体积排阻色谱编辑

日期:2020-01-09     浏览:327    
0体积排阻色谱简介
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。虽然排阻现象早为人知,但直到20世纪60年代初期,由于填料的商品化才真正发展起来,并且在分子量测定、溶质扩散理论和溶质相互作用理论的研究、材料孔径和孔体积的测定以及溶质的分级与净化等许多方面都有重要应用,特别在高分子研究领域具有极为重要的使用价值。
中文名
体积排阻色谱
外文名
Volume exclusion chromatography
别    称
凝胶色谱、凝胶色谱等
应用学科
仪器分析
1体积排阻色谱基本性质
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、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。 [1] 
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:
体积排阻色谱常用的固定相和溶剂 体积排阻色谱常用的固定相和溶剂
2体积排阻色谱分离原理
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,如下图所示:
体积排阻色谱校正曲线 体积排阻色谱校正曲线
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。 [2] 
3体积排阻色谱固定相
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,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。
空孔径与分离范围之间的关系 空孔径与分离范围之间的关系
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。 [2] 
4体积排阻色谱参考资料

1.  王春丽.环境仪器分析:中国铁道出版社,2014
2.  夏之宁.色谱分析法:重庆大学出版社,2012
 
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