凝膠色譜柱的工作原理與分離機(jī)制

　　凝膠色譜柱是一種重要的色譜分離工具，廣泛應(yīng)用于分子量分離、生物大分子純化以及高分子材料分析等領(lǐng)域。它基于凝膠滲透原理，通過(guò)柱內(nèi)填充的多孔凝膠介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同分子大小的分離。

　　一、工作原理

　　凝膠色譜柱的分離原理基于“分子篩效應(yīng)”或稱(chēng)“排阻效應(yīng)”。當(dāng)待分離的樣品溶液流經(jīng)填充有多孔凝膠的柱子時(shí)，不同分子大小的組分在通過(guò)柱床時(shí)表現(xiàn)出不同的通行路徑和速度。

　　1、大分子：由于分子尺寸較大，無(wú)法進(jìn)入凝膠顆粒的孔隙，只能繞過(guò)凝膠顆粒表面，因此其流動(dòng)路徑較短，容易較快通過(guò)柱子，較早洗脫。

　　2、中等大小分子：部分分子可以進(jìn)入孔隙，但并不能滲透凝膠顆粒的全部孔隙，因此其流動(dòng)路徑介于大分子和小分子之間，洗脫時(shí)間居中。

　　3、小分子：能夠自由進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)的大多數(shù)孔隙，流動(dòng)路徑相對(duì)較長(zhǎng)，因此通過(guò)色譜柱所需的時(shí)間最長(zhǎng)，較晚洗脫。

　　簡(jiǎn)而言之，它利用分子在凝膠顆粒孔隙中的“排阻”作用實(shí)現(xiàn)分子大小的分離，分子量越大洗脫時(shí)間越短，分子量越小洗脫時(shí)間越長(zhǎng)。

　　二、分離機(jī)制

　　凝膠色譜柱的分離機(jī)制主要包括以下幾個(gè)方面：

　　1、物理篩分作用

　　凝膠介質(zhì)的多孔結(jié)構(gòu)對(duì)分子起到物理篩分的作用。不同大小的分子通過(guò)是否能進(jìn)入顆粒孔隙實(shí)現(xiàn)分離。此過(guò)程不依賴(lài)于分子的化學(xué)性質(zhì)或電荷，只依賴(lài)于分子的體積大小，因此凝膠色譜是一種尺寸排阻分離技術(shù)。

　　2、動(dòng)力學(xué)因素

　　分子在凝膠顆粒孔隙中的擴(kuò)散速度影響其在柱中的遷移速率。較小分子因能夠進(jìn)入更多孔隙，擴(kuò)散路徑更復(fù)雜，遷移速度較慢。較大分子受限于無(wú)法進(jìn)入孔隙，遷移路徑較為直接，因此遷移速度較快。

　　3、非特異性吸附

　　雖然凝膠色譜的主要分離機(jī)理是基于分子大小，但在實(shí)際應(yīng)用中，樣品分子與凝膠表面的非特異性吸附可能影響分離效果。良好的凝膠材料設(shè)計(jì)會(huì)盡量減少這種吸附，確保分離純粹依賴(lài)于分子大小。

　　凝膠色譜柱通過(guò)多孔凝膠介質(zhì)實(shí)現(xiàn)基于分子大小的分離，其工作原理是利用分子在凝膠顆粒孔隙中的物理排阻效應(yīng)。大分子因不能進(jìn)入孔隙而較快洗脫，小分子則因深入孔隙而延遲洗脫。該技術(shù)操作簡(jiǎn)便、條件溫和，適用于多種復(fù)雜生物樣品和高分子材料的分離分析，已成為現(xiàn)代化學(xué)和生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的重要工具。