气相色谱法与高效液相色谱法的异同点

气相色谱法与高效液相色谱法的异同点 气相色谱法和高效液相色谱法是色谱法中的一种，因流动相物态不同，才有此分类。 一、 一、气相色谱法与高效液相色谱法的不同点 1、流动相 气相色谱法的流动相是气体（又称载气），液相色谱法的流动相为液相（又称淋洗液）。 2、2、分类（按固定相不同） 气相色谱法中，按固定相不同可分为：气---固色谱法；气---液色谱法。高效液相色谱法中，按固定相不同可分为：液---固色谱法；液---液色谱法。 3、固定相 气固（液固）色谱的固定相：多孔性的固体吸附剂颗粒，如活性炭，活性氧化铝，硅胶等。气液（液液）色谱的固定相：化学惰性的固体微粒（担体），固定液+担体。 4、特点 气相色谱法的特点：高效能、选择性好、灵敏度高、操作简单、应用广泛。 高效液相色谱法的特点：高压、高速、高效、高灵敏度。 5、应用范围 气相色谱法的应用范围：对于难挥发和热不稳定的物质是不适用的。高效液相色谱法的应用范围：从原则上说，高沸点难挥发且相对分子质量大的有机物都适用。 6、分离机理 （1）气相色谱法：气相色谱是一种物理的分离方法。利用被测物质各组分在不同两相间分配系数（溶解度）的微小差异，当两相作相对运动时，这些物质在两相间进行反复多次的分配，使原来只有微小的性质差异产生很大的效果，而使不同组分得到分离。  （2）液相色谱法：高效液相色谱法是在经典色谱法的基础上，引用了气相色谱的理论，在技术上，流动相改为高压输送;色谱柱是以特殊的方法用小粒径的填料填充而成，同时柱后连有高灵敏度的检测器，可对流出物进行连续检测。 概括为：气固色谱的分离机理:   吸附与脱附的不断重复过程； 气液色谱的分离机理： 气液(液液)两相间的反复多次分配过程。液固色谱的分离机理：溶质分子和溶剂分子对吸附剂活性面的竞争吸附。 7、仪器构造 （1）气相色谱法：由载气系统、进样系统、色谱柱、检测系统和数据处理系统组成。进样系统、色谱柱和检测器的温度均在控制状态。 （2）液相色谱法：高效液相色谱仪主要由进样系统、输液系统、分离系统、检测系统和数据处理系统组成。 8、进样器 高效液相为平头进样针，气相色谱为尖头进样针。 9、色谱柱长 （1）气相色谱柱通常几米到几十米。（气相色谱由于载气的相对量较低，分子间隙大，故粘度低，流动性好，组分在气相中流动速度快，因此可以增加柱长，以提高柱效）。 （2）液相色谱柱通常为几十到几百毫米。 10、样品柱前变化 气相色谱的样品在柱前必须变为气体（气化室汽化），而液相色谱的样品在柱前则无变化。 11、所用检测器 液相色谱法主要为：紫外检测器，荧光检测器、示差折光检测器等； 气相色谱主要为：氢火焰离子化检测器（FID）,热导检测器（TCD）,电子捕获检测器（ECD）,火焰光度检测器（FPD）,氮磷检测器（NPD）等。 12、死时间 气相色谱过程中，只要载气流速稳定就可以进样分析，而液相色谱过程中，通常需要平衡一段时间后再进样分析，特别是进行梯度洗脱后柱子平衡时间较长。 13、操作温度 液相色谱通常在室温下操作，较低的温度，一般有利于色谱分离条件的选择。而气相色谱则不能，因为室温变动幅度较大，使气相色谱基线漂移严重而无法分析，所以必须精确控制温度。  二、气相色谱法和液相色谱法的相同点 它们的理论基础同为“两相及两相的相对运动”，且它们在保留值、分配系数、分配比、分离度、塔板理论、速率理论方面是一致的，但其中有细微的区别，现比较如下： 1、 分配系数 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，用K 表示，即：  k==液---液分配色谱法与气---液分配色谱法，当溶质在固定相和流动相间进行分配达到平衡时，物质的分配都服从于分配系数。其中，分离的顺序决定于分配系数的大小，分配系数大的组分保留值大，而气相色谱法中流动相的性质对分配系数影响不大，液相色谱法中流动相的种类对分配系数却有较大的影响。 2、分配比 分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：  k==其中，分配比与分配系数的关系为：      k=VM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；VS为固定相体积，对不同类型色谱柱， VS的含义不同。对于气-液色谱柱： VS为固定液体积；而气-固色谱柱： VS为吸附剂表面容量。 3、分离度 难分离物质的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：保留值之差──色谱过程的热力学因素；区域宽度──色谱过程的动力学因素。色谱分离中的四种情况如图所示：       分离度的表达式：  （1）分离度与柱效  R=分离度与柱效的平方根成正比， r21一定时，增加柱效，可提高分离度，但组分保留时间增加且峰扩展，分析时间长。 （2）分离度与r21       增大r21是提高分离度的最有效方法，计算可知，在相同分离度下，当r21增加一倍，需要的n有效 减小10000倍。增大r21的最有效方法是选择合适的固定液。 4、塔板理论 半经验理论； 将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复（类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）； 塔板理论的假设： (1)在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅速达到；(2) 将载气看作成脉动（间歇）过程；(3) 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；(4) 每次分配的分配系数相同。塔板理论的特点和不足 （1）当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。  （2）柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 （3）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。 5、速率理论 气相色谱和液相色谱的速率方程同样表示为：H = A + B/u + C·u                                        H：理论塔板高度，                                 u：载气（流动相）的线速度(cm/s)  其中A─涡流扩散项（在高效液相色谱法中涡流扩散相用He表示），（1）A = 2λdp  dp：固定相的平均颗粒直径  λ：固定相的填充不均匀因子 （2）B/u —分子扩散项   B = 2 νDg    液相色谱法中称为纵向扩散项，表示为Hd，因液体的扩散系数仅为气体的万分之一，则速率方程中的分子扩散项B/U较小，可以忽略不计，但是，分子扩散相在气相色谱法中却是很重要的，这一项不可忽略。 （3）B ·u —传质阻力项  传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即：C =（Cg + CL） ，在液相色谱法中分为固定相传质阻力项和流动相传质阻力项。 这三项中与柱效存在一定的关系： 载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的主要因素，流速增大，柱效降低。载气流速低时： 分子扩散项成为影响柱效的主要因素，流速升高，柱效升高 。 速率理论概括如下：(1)组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散、浓度梯度所造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。 (2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。 (3)速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。  (4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。