体积排阻色谱

凝胶色谱

溶质分子在多孔填料表面上受到的排斥作用称为排阻。产生排阻现象的原因很多，如带电粒子的电荷，溶质分子的大小和空间结构等等。根据这种现象，将溶质分离的色谱过程称为排阻色谱，这种分离的依据是分子的大小。

基本性质

体积排阻色谱是液相色谱方法中最新、也是最容易理解的一种，也被称为凝胶色谱或凝胶渗透色谱。体积排阻色谱的分离机理是分子的体积排阻，样品组分和固定相之间原则上不存在相互作用，色谱柱的固定相是具有不同孔径的多孔凝胶，只让临界直径小于凝胶孔开度的分子进入（保留），其孔径大于溶剂分子，所以溶剂分子可以自由地出入。高聚物分子在溶液中呈无规则线团，线团的体积和分子量有一定的线性关系，对不同大小的溶质分子可以渗透到不同大小的凝胶孔内不同的深度，小的溶质分子，大孔小孔都可以进去，甚至可以渗透到很深的孔中。因此小的溶质分子保留时间长，洗脱体积大，而大的溶质分子保留时间短，洗脱体积小。

体积排阻色谱填料的孔径和样品分子的大小和分布相适应，使用的填料主要有亲水性凝胶、聚苯乙烯凝胶和无机填料。下表列出了一些体积排阻色谱常用的固定相和溶剂：

分离原理

固体填料表面有不同尺寸的孔，它们按一定规律分布，并在制造过程中加以控制。试样中溶质的体积，即分子量，也不同，对于齐聚物，分子大小的分布也有一定规律。用一个孔来说明溶质的分离过程。这个孔的孔径为dp，如果分子的直径大于dp，则这个分子不能进人小孔，随流动相迅速馏出。如果这个分子的直径小于dp，则可以进人这个小孔，它的馏出速度就慢。可以进人小孔的分子仍具有不同的大小，小分子在孔中扩散的体积大，大一点的分子，扩散的体积小。就很多孔来说情况也一样，小分子将占据较多的孔体积，馏出最慢；大一点的分子占有较少的体积先馏出。

柱流动相体积可分为两部分，一部分在颗粒内部，用Vi表示，相当于液液分配色谱中固定液的体积。另一部分在颗粒间，类似液液分配色谱中的死体积，用V0表示。

根据已知的关系式：Ve=V0+Kd*Vi

式中：Ve—保留体积，在这里称为洗溜体积；

V0，Vi—分别为流动相在颗粒间和颗粒内的体积；

Kd—分配系数。

在体积排阻色谱中通常利用已知分子量分布的样品得到一校正曲线，如图1所示：

纵坐标是平均分子量（对数值），横坐标是洗馏体积或保留体积（mL)。若溶质的流体力学体积控制着排阻过程，则用特性黏度与分子量的乘积（[η]·M）作纵坐标，这是通用性的校正曲线，只要柱系统操作条件不变，不同聚合物的[η]与M之积，对应相同的洗馏体积，通过黏度与分子量之间的关系，η=K·Ma，可计算出被测样品的分子量。

固定相

体积排阻色谱所用的填料习惯上称为凝胶。填料的分类有两种方法，一是按机械强度，如软性、刚性、半刚性。二是按材料来分，又分为有机胶与无机胶两大类。因此就出现了有机硬胶和有机软胶的概念。

由于分离机理单纯，溶剂只是溶解样品，因此填料的发展过程就是排阻色谱的发展过程。从1955年淀粉开始，先后研制的填料有交联葡聚糖、琼脂糖、交联聚丙烯酰胺、交联琼脂糖，这些都适合水相SEC。聚乙烯、聚丙烯酰吗啉（1974），这一类基本上属于软性胶，易溶胀、可压缩，渗透性和分离效率差。交联聚苯乙烯是半刚性凝胶，由于它的渗透性好，适用溶质的分子量范围宽（从小分子到108），是使用最多的填料之一，主要适用于非极性有机溶剂。

填料孔径的选择主要依据是样品的分子量，图2给出了孔径大小对应溶质分子量的关系，如果选择不当，分析结果将不反应样品的实际情况。

如果溶质的分子量范围宽，一种柱子不能满足分离要求，则具有不同孔径的同种填料可以混合使用。装有不同种填料的柱子也可以串联使用，以改善分离。

流动相

流动相的作用仅仅在于溶解样品，不控制分离度。选择的原则是低黏度，不损害柱填料。和键合相色谱不同，要根据填料的性质选用溶剂，特别是新填料，厂家往往提供可选溶剂的范围。常用的溶剂有己烷、四氢呋喃、二氯甲烷、二嗯烷、环己烷、二氯乙烷、氯仿、三氯乙烷、四氯化碳、苯、甲苯、乙苯、N，N一二甲基甲酰胺、水、有机和无机盐的缓冲液等，使用硅胶键合相时要注意pH值的使用范围。

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