溶質分子在多孔填料表面上受到的排斥作用稱為排阻。產生排阻現象的原因很多，如帶電粒子的電荷，溶質分子的大小和空間結構等等。根據這種現象，將溶質分離的色譜過程稱為排阻色譜，這種分離的依據是分子的大小。
雖然排阻現象早為人知，但直到20世紀60年代初期，由於填料的商品化才真正發展起來，並且在分子量測定、溶質擴散理論和溶質相互作用理論的研究、材料孔徑和孔體積的測定以及溶質的分級與淨化等許多方面都有重要套用，特別在高分子研究領域具有極為重要的使用價值。
基本介紹
- 中文名：體積排阻色譜
- 外文名：Volume exclusion chromatography
- 別稱：凝膠色譜、凝膠色譜等
- 套用學科：儀器分析
基本性質,分離原理,固定相,流動相,
基本性質
體積排阻色譜是液相色譜方法中最新、也是最容易理解的一種，也被稱為凝膠色譜、凝膠過濾色譜或凝膠滲透色譜，它是快速分離不同分子量混合物的最有效的方法。體積排阻色譜的分離機理是分子的體積排阻，樣品組分和固定相之間原則上不存在相互作用，色譜柱的固定相是具有不同孔徑的多孔凝膠，只讓臨界直徑小於凝膠孔開度的分子進入（保留），其孔徑大於溶劑分子，所以溶劑分子可以自由地出入。高聚物分子在溶液中呈無規則線團，線團的體積和分子量有一定的線性關係，對不同大小的溶質分子可以滲透到不同大小的凝膠孔內不同的深度，小的溶質分子，大孔小孔都可以進去，甚至可以滲透到很深的孔中。因此小的溶質分子保留時間長，洗脫體積大，而大的溶質分子保留時間短，洗脫體積小。
體積排阻色譜填料的孔徑和樣品分子的大小和分布相適應，目前使用的填料主要有親水性凝膠、聚苯乙烯凝膠和無機填料。下表列出了一些體積排阻色譜常用的固定相和溶劑：
體積排阻色譜常用的固定相和溶劑分離原理
固體填料表面有不同尺寸的孔，它們按一定規律分布，並在製造過程中加以控制。試樣中溶質的體積，即分子量，也不同，對於齊聚物，分子大小的分布也有一定規律。現在用一個孔來說明溶質的分離過程。這個孔的孔徑為dp，如果分子的直徑大於dp，則這個分子不能進人小孔，隨流動相迅速餾出。如果這個分子的直徑小於dp，則可以進人這個小孔，它的餾出速度就慢。可以進人小孔的分子仍具有不同的大小，小分子在孔中擴散的體積大，大一點的分子，擴散的體積小。就很多孔來說情況也一樣，小分子將占據較多的孔體積，餾出最慢；大一點的分子占有較少的體積先餾出。
柱流動相體積可分為兩部分，一部分在顆粒內部，用Vi表示，相當於液液分配色譜中固定液的體積。另一部分在顆粒間，類似液液分配色譜中的死體積，用V0表示。
根據已知的關係式：Ve=V0+Kd*Vi
式中：Ve—保留體積，在這裡稱為洗溜體積；
V0，Vi—分別為流動相在顆粒間和顆粒內的體積；
Kd—分配係數。
在體積排阻色譜中通常利用已知分子量分布的樣品得到一校正曲線，如下圖所示：
體積排阻色譜校正曲線縱坐標是平均分子量（對數值），橫坐標是洗餾體積或保留體積（mL)。若溶質的流體力學體積控制著排阻過程，則用特性黏度與分子量的乘積（[η]·M）作縱坐標，這是通用性的校正曲線，只要柱系統操作條件不變，不同聚合物的[η]與M之積，對應相同的洗餾體積，通過黏度與分子量之間的關係，η=K·Ma，可計算出被測樣品的分子量。
固定相
體積排阻色譜所用的填料習慣上稱為凝膠。填料的分類有兩種方法，一是按機械強度，如軟性、剛性、半剛性。二是按材料來分，又分為有機膠與無機膠兩大類。因此就出現了有機硬膠和有機軟膠的概念。
由於分離機理單純，溶劑只是溶解樣品，因此填料的發展過程就是排阻色譜的發展過程。從1955年澱粉開始，先後研製的填料有交聯葡聚糖、瓊脂糖、交聯聚丙烯醯胺、交聯瓊脂糖，這些都適合水相SEC。聚乙烯、聚丙烯醯嗎啉（1974），這一類基本上屬於軟性膠，易溶脹、可壓縮，滲透性和分離效率差。交聯聚苯乙烯是半剛性凝膠，由於它的滲透性好，適用溶質的分子量範圍寬（從小分子到108），是目前使用最多的填料之一，主要適用於非極性有機溶劑。
填料孔徑的選擇主要依據是樣品的分子量，下圖給出了孔徑大小對應溶質分子量的關係，如果選擇不當，分析結果將不反應樣品的實際情況。
空孔徑與分離範圍之間的關係如果溶質的分子量範圍寬，一種柱子不能滿足分離要求，則具有不同孔徑的同種填料可以混合使用。裝有不同種填料的柱子也可以串聯使用，以改善分離。
流動相
流動相的作用僅僅在於溶解樣品，不控制分離度。選擇的原則是低黏度，不損害柱填料。和鍵合相色譜不同，要根據填料的性質選用溶劑，特別是新填料，廠家往往提供可選溶劑的範圍。常用的溶劑有己烷、四氫呋喃、二氯甲烷、二嗯烷、環己烷、二氯乙烷、氯仿、三氯乙烷、四氯化碳、苯、甲苯、乙苯、N，N一二甲基甲醯胺、水、有機和無機鹽的緩衝液等，使用矽膠鍵合相時要注意pH值的使用範圍。
