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  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、凝胶过滤色谱或凝胶渗透色谱,它是快速分离不同分子量混合物的最有效的方法。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。

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),是目前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,下图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。

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。现在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,如下图所示:

体积排阻色谱校正曲线.jpg

  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。

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