色谱柱内的分子间作用力有哪些？
色谱柱内的分子间作用力有哪些？
色谱技术是现代化学分析中一种重要的分离手段，其核心原理在于色谱柱内发生的精细而多样的分子间相互作用。这些作用力构成了样品组分在固定相与流动相之间分配差异的基础，进而驱动了有效分离的发生。本文将系统介绍色谱柱内涉及的主要分子间作用力，包括疏水作用、极性相互作用、电荷作用、体积排阻作用、π-π堆积作用以及范德华力等，帮助读者更好地理解色谱技术的内在原理。
疏水作用力（Hydrophobic Interactions）
在反相色谱（RP-HPLC）中最主要的作用力，特别是使用C18或其他烷基链（如C8、C4）键合相的色谱柱。非极性或弱极性样品分子与固定相上的疏水基团（如烷烃链）之间产生排斥水分子的相互吸引，导致样品分子在固定相上滞留。疏水作用力的强弱与样品分子的疏水性（即非极性基团的数量和分布）以及流动相中有机溶剂的比例有关。
极性相互作用（Polar Interactions）
氢键作用（Hydrogen Bonds）
极性或含氢键供体/受体基团的样品分子与固定相上的相应基团（如羟基、羧基、氨基、氮杂环等）之间形成暂时性的氢键，影响样品在两相间的分配。氢键作用的强弱取决于供体和受体的匹配程度以及流动相的极性。
偶极-偶极相互作用（Dipole-Dipole Interactions）
极性分子的永久偶极之间通过电荷分布的不对称性产生吸引力。这种作用力对具有多个极性基团的化合物分离尤为重要。
电荷作用力（Charge Interactions）
离子交换作用（Ion Exchange）
在离子交换色谱（IEC）中，带电样品分子与固定相上的带相反电荷的功能基团（如磺酸基、季铵基等）发生静电吸引。根据样品离子的电荷性质（阳离子或阴离子），选择相应的阳离子交换柱（SAX）或阴离子交换柱（SCX）。
金属离子配位（Metal Ion Coordination）
在金属亲和色谱（IMAC）中，含有特定配位基团（如硫醇、磷酸基、羟基等）的样品分子与固定相上的金属离子（如Cu2+、Fe3+等）形成稳定的配位络合物。
体积排阻作用（Steric Exclusion）
在体积排阻色谱（SEC/GPC）中发挥作用，大分子样品由于尺寸过大无法进入固定相（多孔凝胶或聚合物微球）的孔隙内，而小分子则可进入孔内并滞留更长时间。分离依据是分子的流体力学体积（即分子大小）而非化学性质。
π-π堆积作用（π-π Stacking）
主要用于芳香族化合物的分离，样品分子中的芳环与固定相上的芳环（如在苯基或二甲基苯基键合相上）之间通过平行排列的π电子云相互吸引，导致芳香化合物在固定相上有较长的保留时间。
范德华力（Van der Waals Forces）
所有分子间普遍存在的弱吸引力，包括诱导力、色散力和定向力。虽然范德华力相对较弱，但在分离过程中与其他更强的相互作用共同影响样品在色谱柱内的行为。
某色谱柱各类作用力的评价图
综上所述，色谱柱内的分子间作用力涵盖了疏水作用、极性相互作用（包括氢键和偶极-偶极相互作用）、电荷作用（离子交换和金属离子配位）、体积排阻作用、π-π堆积作用以及范德华力等多种类型。这些作用力的协同作用决定了样品分子在色谱柱内的保留、分离和迁移行为，是选择合适色谱条件和固定相类型的基础。在实际应用中，根据样品特性和分离需求，可以选择侧重某一种或几种作用力的色谱模式和色谱柱。