学会这个多条路——离子排阻色谱的原理与实战！

月旭科技

2023.11.01

作者月旭科技

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（图片来源：包图网）

什么是离子排阻色谱？

离子排阻色谱又叫作离子排阻分配色谱，离子节制分配色谱。离子排阻色谱分离测定的是低电离度的分子，而不是离子，分离过程在离子交换柱上实现。

离子交换柱

色谱柱作为分离机制中重要的一员，承担着固定相的角色，是我们必须了解的重点！

本文暂且以月旭Xtimate® Sugar-H柱为例，来阐述分离原理。该色谱柱采用磺化苯乙烯二乙烯基苯共聚氢型强阳离子交换填料，交联度8%，具有耐酸、耐高温的特点。树脂中二乙烯基苯的含量影响弱酸的保留，一般而言，交联度越低，就有越多的电解质进入到树脂内部，使弱酸的保留增强。

离子排阻色谱原理

由于道南电势的存在，离子交换剂中固定不扩散的离子可排斥带同种电荷的小离子扩散进入树脂相。被排阻的离子快速通过色谱柱，无保留或保留值很小；非离子溶质则被分配、保留并实现分离。强酸阴离子受阻于阳离子交换树脂之外，而低电离度的弱酸分子能够进入到树脂内部，且通过溶质与树脂功能团之间的极性相互作用和溶质与树脂基体间的非极性相互作用被固定相所保留。

因此，在离子排阻色谱中溶质保留的选择性产生于：

● 溶质受阻程度的不同，一般归因于pKa差异，在不同的pH条件下物质的电离程度不同。

● 溶质与树脂功能团间极性相互作用的差异。

● 溶质与树脂基体间非极性相互作用的差异。

● 可通过调节柱温改变电离平衡活跃程度，改善分离度。

实例分析 ▷

月旭Xtimate® Sugar-H（7.8×300mm，5μm）分离弱酸钙盐和醋酸赖氨酸，流动相为稀硫酸溶液。在分离弱酸阴离子时，为了抑制电离，将阴离子转化为游离的分子，使用稀酸作为流动相。调节流动相pH可改变分析物的电离程度即受阻程度，实现各物质的分离。

六种分析物结构如下

观察以上结构，我们发现：此类分析物是连接不同R基团的有机酸分子R-C00H，拥有不同的pKa值，在不同的pH下呈现不同的分子-离子平衡状态。所以我们设想通过离子排阻色谱填料，对不同结构的分析物产生的排阻情况和分配效果不同，从而达到分离，这样的一个思路。

接下来我们尝试不同pH流动相的分离效果

1. 流动相pH=1.99：

分析：仅分离五个峰，醋酸赖氨酸未分离。

2. 流动相pH=1.69：

分析：pH减小，在色谱柱中后四峰对应的物质质子化程度增强，电离程度减弱，低电离度的弱酸分子进入到树脂内部被保留分配，后4个峰保留增强，醋酸赖氨酸得以分离（8.5min）。但倒数2，3峰出现重合，改变柱温无更优结果。醋酸赖氨酸8.5min后有一定空间将后四个峰左移，可能分离后四个峰。尝试将流动相pH调至（1.69-1.99）之间。

3. 调整流动相pH=1.85：

分析：后四个峰太靠左，需微调pH使得峰向右移。

● 考察更低pH时是否能极大增强保留使后四峰分离。

4-1. 调整流动相pH=1.40：

4-2. 调整流动相pH=1.57：

分析：更低pH无法达到分离目标。纵观以上1-4结果，当降低流动相pH≦1.99时，不管pH变化为多少，后四峰保留时间均在8.5min至14min之间，仅先后次序发生改变。醋酸赖氨酸保留时间几乎不变，处于8.5min前后。pH≦1.99时弱酸阴离子质子化程度比较大，几乎达到极限，可供分离的调整空间无几。需改变思路。

当pH升高时，调节各弱酸阴离子的电离平衡，保留一定的离子受阻率，峰保留减弱提前出峰，若醋酸赖氨酸保留时间仍不变，则可能使醋酸赖氨酸峰出在后四峰的出峰间隙中。

5. 调整流动相pH=2.0，柱温50度：

分析：当pH升高时，峰保留减弱提前出峰，醋酸赖氨酸保留时间仍不变，处于8.5min，使醋酸赖氨酸峰出在后四峰的出峰间隙中的思路可行。

6. 调整流动相pH=2.5，柱温50度：

分析：仅分离五个峰，醋酸赖氨酸未分离。

● 折中取流动相。

7-1. pH=2.3，柱温50度和60度：

7-2. pH=2.35，柱温50度和60度：

分析：倒数第二峰对流动相pH敏感，且与前后峰接近，调整空间受到限制，需改变思路。

当pH>2.0时，最末峰出峰范围固定于9-11min。目前已知当pH升高时，其他四种物质出峰会提前，可以考虑将其他四个峰前移，使醋酸赖氨酸峰出在倒数第二的出峰位置。参考6的结果（pH=2.5，柱温50度的分离情况），推测当pH>2.5时，前4个峰前移，醋酸赖氨酸得以与重合的倒数第二个峰分离。因倒数第二峰的出峰时间对pH敏感，只能微调pH进行尝试。

8. 调流动相pH=2.6，柱温50度和60度：