色譜分析大揭秘！那些主導(dǎo)分離的“神秘力量”

范德華力是一種普遍存在且至關(guān)重要的分子間作用力。它就像一雙溫柔的 “手”，雖然力量相對(duì)較弱，但對(duì)色譜分離的效果產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響 。范德華力主要包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力這三種類型，它們各自有著作用機(jī)制和特點(diǎn) 。

取向力存在于具有偶極的極性分子之間。想象一下，極性分子就如同一個(gè)個(gè)微小的磁鐵，它們的正負(fù)極會(huì)相互吸引。當(dāng)兩個(gè)極性分子相遇時(shí)，就像兩塊磁鐵的異性磁極相互靠近，會(huì)產(chǎn)生一種相互吸引的力量，這就是取向力。在色譜分析中，極性分子與固定相之間的取向力越強(qiáng)，在固定相上的保留時(shí)間就越長，從而實(shí)現(xiàn)與其他非極性或弱極性化合物的分離。

誘導(dǎo)力是由一個(gè)具有偶極的分子誘導(dǎo)另一個(gè)原本沒有偶極的分子產(chǎn)生偶極而形成的作用力。在分子世界里，當(dāng)極性分子靠近非極性分子時(shí)，極性分子的電場(chǎng)會(huì)使非極性分子的電子云發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)的誘導(dǎo)偶極，兩個(gè)分子之間就產(chǎn)生了誘導(dǎo)力。在實(shí)際的色譜分析中，誘導(dǎo)力對(duì)于一些非極性化合物與極性化合物混合體系的分離起到了關(guān)鍵作用。

色散力是范德華力中最微弱的一種，但它卻廣泛存在于所有分子之間。這是因?yàn)榉肿又械碾娮釉诓粩嗟剡\(yùn)動(dòng)，在某一瞬間，電子可能會(huì)在分子的某一側(cè)聚集，使得分子在這一瞬間產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)偶極。這個(gè)瞬時(shí)偶極又會(huì)影響周圍的分子，使其也產(chǎn)生相應(yīng)的瞬時(shí)偶極，從而導(dǎo)致分子之間產(chǎn)生相互吸引的色散力。對(duì)于一些非極性或弱極性的化合物，如烷烴類物質(zhì)，色散力在色譜分離中起著主導(dǎo)作用。雖然色散力很微弱，但在大量分子的相互作用下，它能夠影響化合物在色譜柱中的保留行為，實(shí)現(xiàn)不同化合物的分離。

氫鍵是一種特殊的分子間作用力，它比范德華力要強(qiáng)得多，但又比化學(xué)鍵弱一些。氫鍵的形成需要特定的條件，即氫原子與電負(fù)性較大的原子（如氮、氧、氟等）形成共價(jià)鍵時(shí)，氫原子會(huì)帶有部分正電荷，它會(huì)與另一個(gè)電負(fù)性較大且含有孤對(duì)電子的原子之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電吸引作用，這就是氫鍵。在色譜分析中，氫鍵能讓含有特定原子的化合物與固定相之間的相互作用大大增強(qiáng)。比如說，含有羥基（-OH）的化合物在色譜柱中會(huì)通過氫鍵與特定固定相發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，這使得它們?cè)谏V柱中的保留時(shí)間變長，從而實(shí)現(xiàn)與其他物質(zhì)的分離。

π-π相互作用是基于π電子體系的一種非共價(jià)相互作用。在色譜體系中，當(dāng)固定相和被分離物質(zhì)至少一方具有π鍵或共軛π鍵體系時(shí)，二者的π電子云可發(fā)生重疊或重新分布，從而產(chǎn)生π-π相互作用，使被分離物質(zhì)在固定相上有一定的保留行為。被分離物質(zhì)共軛體系越大、分子平面性越好，與固定相的π-π相互作用往往越強(qiáng)，保留時(shí)間越長。同時(shí)，若被分離物質(zhì)有給電子基團(tuán)，會(huì)增加π電子云密度，增強(qiáng)π-π相互作用，延長保留時(shí)間；吸電子基團(tuán)則相反。

離子偶極相互作用是指帶電荷的離子與具有偶極矩的分子之間的吸引力。想象一下，離子就像一個(gè)帶有強(qiáng)烈電荷的小粒子，而具有偶極矩的分子就像一個(gè)有著正負(fù)極的小磁鐵。當(dāng)離子與這樣的分子相遇時(shí)，離子會(huì)與分子的偶極部分相互吸引。在分析離子型化合物時(shí)，離子偶極相互作用對(duì)化合物在固定相和流動(dòng)相之間的分配起著關(guān)鍵作用。例如，在分析含有羧基的有機(jī)酸類化合物時(shí)，由于羧基在一定pH條件下會(huì)發(fā)生解離，產(chǎn)生帶負(fù)電荷的羧酸根離子。此時(shí)，流動(dòng)相中具有偶極的水分子等溶劑分子會(huì)與羧酸根離子發(fā)生離子偶極相互作用，從而影響有機(jī)酸在色譜柱中的保留行為。

離子相互作用是指帶相反電荷的離子之間的直接吸引力，這是一種非常強(qiáng)大的作用力。在離子交換色譜中，離子相互作用發(fā)揮著核心作用。離子交換填料上帶有特定的離子基團(tuán)，當(dāng)樣品中的離子通過色譜柱時(shí)，樣品中的離子會(huì)與填料上的離子發(fā)生交換反應(yīng)。根據(jù)離子之間相互作用的強(qiáng)弱不同，不同的離子會(huì)在色譜柱中表現(xiàn)出不同的保留行為，從而實(shí)現(xiàn)離子的分離。

空間位阻雖然不是傳統(tǒng)意義上的分子間作用力，但它在色譜分析中同樣不可忽視?？臻g位阻是指分子的形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)其與其他分子或固定相之間相互作用的影響。簡單來說，如果化合物的分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、龐大，那么它在與固定相接觸時(shí)，就會(huì)受到空間上的限制，就像一個(gè)體型龐大的人在狹窄的通道中行走會(huì)受到阻礙一樣。在色譜分析中，空間位阻會(huì)影響化合物在固定相上的吸附和脫附過程，從而影響其保留時(shí)間和分離效果。例如，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)相似但空間構(gòu)型不同的異構(gòu)體，空間位阻的差異會(huì)導(dǎo)致它們?cè)谏V柱中的保留行為不同，從而實(shí)現(xiàn)異構(gòu)體的分離。

到這里我們已經(jīng)了解了色譜分析中的主要作用力，還有些出鏡率不那么高的作用力，比如體積排阻作用、共價(jià)鍵等，在一些特殊樣品的分析中不可少，小編會(huì)在以后的文章中單獨(dú)討論。

了解色譜分析中的關(guān)鍵作用力，不僅可以幫助我們更好地理解色譜分析原理，更能幫助我們更有針對(duì)性地選擇合適的色譜柱和分析條件，提高色譜分析的準(zhǔn)確性和效率。艾杰爾飛諾美（Agela & Phenomenex）專注深耕色譜行業(yè)40余年，有著豐富的色譜柱固定相種類供客戶選擇，不同的固定相提供了差異化的作用力，可以根據(jù)分析物特性有針對(duì)性的選擇，使得色譜方法開發(fā)變得簡單且高效。

Luna C18(2) & Luna Omega Palar C18色譜柱作用力對(duì)比示意圖