色谱仪的核心工作原理是基于不同物质在 固定相 和 流动相 之间的 分配差异 或 相互作用差异，通过动态分离实现混合物中各组分的分离与检测。以下从原理本质、核心机制及典型类型展开详细说明：

一、原理本质：分配与分离的动力学过程

色谱分离的本质是利用物质在两相（固定相和流动相）中 物理化学性质的差异，使其在两相中反复分配或作用，***终因迁移速率不同而分离。具体表现为：

1. 当样品随流动相通过固定相时，各组分与固定相的 作用力（如吸附、溶解、离子交换、尺寸排阻等）不同，导致在固定相上的停留时间不同。

2. 作用力弱的组分随流动相移动更快，先流出色谱柱；作用力强的组分停留时间长，后流出，从而实现分离。

二、核心分离原理分类及机制

根据固定相和分离机制的不同，色谱仪的工作原理可分为以下主要类型：

1. 分配色谱原理（基于溶解度差异）

(1) 原理核心：利用组分在固定相和流动相中的 溶解度（分配系数）差异 进行分离。

(2) 典型应用：常见于气相色谱（GC）和液相色谱（HPLC）。

①　气相色谱（GC）：

l 固定相为涂覆在惰性载体表面的高沸点液体（如聚硅氧烷类），流动相为惰性气体（如氮气、氦气）。

l 样品气化后随载气进入色谱柱，各组分在固定液中溶解度不同：溶解度低的组分与固定相作用弱，随载气快速移动；溶解度高的组分在固定相中滞留时间长，从而分离。

②　液相色谱（HPLC）：

l 固定相为键合在固体基质上的有机基团（如 C18、C8 等），流动相为极性或非极性溶剂。

l 样品溶于流动相后，在固定相和流动相之间分配：极性弱的组分易溶于非极性固定相，移动慢；极性强的组分易溶于流动相，移动快。

2. 吸附色谱原理（基于表面吸附能力差异）

(1) 原理核心：利用组分在固定相表面的 吸附能力差异 实现分离，固定相为多孔性固体吸附剂（如硅胶、氧化铝）。

(2) 作用机制：

①　样品随流动相通过固定相时，各组分分子与吸附剂表面的活性位点发生物理吸附。

②　吸附能力强的组分（如极性分子）与固定相结合紧密，解吸慢，迁移速率低；吸附能力弱的组分（如非极性分子）则快速随流动相移动。

(3) 典型应用：常用于分离异构体、烃类化合物等，如薄层色谱（TLC）的原理本质也属于吸附色谱。

3. 离子交换色谱原理（基于离子亲和力差异）

(1) 原理核心：针对离子型化合物，利用组分与固定相之间的 离子交换能力（亲和力）差异 分离。

(2) 固定相结构：离子交换树脂（带有固定电荷基团，如磺酸基 [-SO3-]、季铵基 [-N (CH3)3+]）。

(3) 分离机制：

①　样品中的离子与固定相上的反离子发生交换反应：亲和力强的离子（如高价离子、半径小的离子）与固定相结合更牢固，迁移慢；亲和力弱的离子则快速流出。

(4) 典型应用：用于分离无机离子、氨基酸、核酸等，如水质中阴离子（Cl-、SO42-）的检测。

4. 尺寸排阻色谱原理（基于分子尺寸差异）

(1) 原理核心：又称 “凝胶色谱”，利用组分分子的 尺寸（分子量）差异，通过固定相的多孔网络结构实现分离。

(2) 固定相特点：多孔凝胶（如葡聚糖、聚丙烯酰胺凝胶），孔径大小与被分离分子尺寸匹配。

(3) 分离机制：

①　大分子无法进入凝胶孔道，只能沿颗粒间隙流动，路径短，先流出；

②　小分子可进入孔道内部，路径长，后流出。

(4) 典型应用：测定高分子化合物的分子量及分布（如蛋白质、聚合物），分离核酸、多糖等。

5. 亲和色谱原理（基于特异性结合作用）

(1) 原理核心：利用生物分子间的 特异性亲和作用（如抗体 - 抗原、酶 - 底物、受体 - 配体） 进行分离。

(2) 固定相制备：将亲和配体（如抗体）共价结合到固定相基质上。

(3) 分离机制：样品中能与配体特异性结合的组分被保留在固定相上，其他组分直接流出；通过改变流动相条件（如 pH、离子强度）可洗脱目标组分。

(4) 典型应用：生物制药中纯化蛋白质、酶等生物大分子。

三、分离过程的关键影响因素

(1) 固定相性质：类型（如 C18、硅胶、离子交换树脂）、颗粒大小（影响柱效）、孔径分布（影响尺寸排阻分离）等。

(2) 流动相性质：气相色谱中载气的种类（如氦气、氮气）和流速；液相色谱中溶剂的极性、pH、离子强度等，直接影响组分的分配系数和迁移速率。

(3) 温度：气相色谱中柱温影响组分的气化和分配系数，常采用程序升温优化分离；液相色谱中温度影响固定相和流动相的相互作用，需恒温控制。

(4) 样品性质：组分的极性、分子量、电荷性质等，决定了其与固定相的作用方式和分离难度。

四、分离与检测的联动机制

色谱仪的工作原理不仅包括分离过程，还需通过检测器将分离后的组分转化为可量化的信号，典型联动逻辑如下：

1. 分离阶段：样品在色谱柱中按上述原理分离，形成独立的 “色谱峰”。

2. 检测阶段：组分依次流进检测器，根据物理或化学性质产生信号（如紫外吸收、荧光、离子化电流等）。

3. 数据处理：信号被记录为色谱图，通过保留时间（定性）和峰面积 / 峰高（定量）分析各组分的组成和含量。