陰離子交換柱通過固定相上的帶電官能團(tuán)與樣品中帶負(fù)電荷的目標(biāo)分子進(jìn)行可逆的離子交換,實(shí)現(xiàn)對不同分子的分離。其核心運(yùn)行原理可分為三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié):
1.官能團(tuán)解離與電荷吸附
陰離子交換柱的固定相上共價(jià)結(jié)合了帶正電荷的官能團(tuán)。根據(jù)電荷狀態(tài)是否隨pH變化,可分為強(qiáng)陰離子交換劑(如季銨基團(tuán))和弱陰離子交換劑(如二乙氨乙基)。強(qiáng)陰離子交換劑在寬的pH范圍內(nèi)始終保持帶正電,而弱陰離子交換劑僅在特定pH范圍內(nèi)才離子化。
當(dāng)樣品通過處于平衡狀態(tài)(與特定pH和離子強(qiáng)度的緩沖液平衡)的色譜柱時(shí),表面帶負(fù)電荷的目標(biāo)分子會與固定相上帶正電荷的官能團(tuán)通過靜電引力結(jié)合,從而被保留在柱上。不帶電荷或帶正電荷的雜質(zhì)則不被保留,直接從柱中流出。
2.離子交換與競爭置換
目標(biāo)分子被吸附后,其與固定相的結(jié)合強(qiáng)度取決于分子本身所帶的凈電荷數(shù)量。電荷越多,結(jié)合越緊密。要實(shí)現(xiàn)分離,就需要打破這種結(jié)合平衡。
3.梯度洗脫實(shí)現(xiàn)分離
要依次釋放這些結(jié)合的目標(biāo)分子,常用的方法是梯度洗脫。即逐漸增加流動相中鹽的濃度。鹽離子會與吸附在固定相上的目標(biāo)分子競爭結(jié)合位點(diǎn)。隨著鹽濃度升高,越來越多的目標(biāo)分子被鹽離子置換下來,重新進(jìn)入流動相。
由于不同分子帶電荷數(shù)不同,與固定相的親和力各異,因此在鹽濃度梯度上升的過程中,結(jié)合力較弱的分子會先被洗脫,而結(jié)合力強(qiáng)的分子則在較高鹽濃度時(shí)才會被洗脫出來,從而實(shí)現(xiàn)按電荷差異的分離。