你问我答（003）：什么是疏水作用？

问：在反相色谱（RPC）中，经常听说疏水作用，那么什么是疏水作用？

答：在反相色谱中，特别是使用烷基键合相（如C18，C8，C4等）作为固定相时，疏水作用是其中最重要的保留机制（很多情况下没有之一）。溶质分子在固定相里的定位可能会以任何方式发生，如图1所示（固定相为C8）,(a)为疏溶剂作用（solvophobic interaction）示意图，也就是溶质分子与固定相的键合基团对齐并且吸附在它的上面，（b）为吸附（adsorption），也就是溶质分子并没有渗透到固定相里，而是保留在固定相和流动相的界面之间，（c）为分配（partition），认为固定相和流动相类似，溶质分子会溶解在里面，而此时的固定相的更准确的理解是键合相及其吸附的部分流动相，比如C8会倾向性地把水/乙腈这种流动相中地乙腈萃取出来，然后在其表面富集，从而形成新的“固定相”。

图1 溶质分子在RPC中的不同的保留机制。（a）疏溶剂作用；（b）吸附；（c）分配；（d）8种氨基酸在RPC中保留的比较（C8，水性缓冲液pH 6.7，70℃）

当讨论RPC的保留机制时，Horvath的疏溶剂作用模式经常被引用，也就是疏水性的溶质分子比较喜欢吸附在疏水性的烷基上，因此也叫“疏水保留”。研究发现RPC的保留与溶质在辛醇和水之间的分配系数P（也就是常说的酯水分配系数）有关，这也说明分配过程是解释RPC保留机制的最好方法。但是当样品成分的分子结构比较多样化时，就会如图1（d）中的那八种氨基酸那样变得不那么明显，因此分配原理来解释反相保留行为还存在一定的局限性。

早在20世纪80年代早期，有人发现各种同系物（CH₃-[CH₂]_n-1-X）的RPC保留结果令人惊讶（这里的X代表一个官能团，比如-OH或者-CO₂CH₃）：logk对碳数量n的作图结果显示出不连贯性，如图2所示：

图2 保留作为烷基链长度的一种函数关系（同时对于溶质分子和柱子，90%甲醇-水，25℃）

这种反常的行为可以用图3来形象地解释，也就是当溶质分子的长度超过键合的烷基时，溶质分子中连续性的-CH₂-基团对保留的贡献就变得很小，因为超出固定相键合的烷基的部分（如图3中红色虚线圈出的部分）可能会折返到固定相上或者进入固定相内部，但是无法如图1（c）一样完全渗入固定相或者如图1（a）一样完全附着在键合的烷基上，因此溶质分子和固定相的相互作用就会减少，因此“突出在”固定相之外的-CH₂-基团的保留也会相应地减少。同系物的每个-CH₂-对于保留的贡献被定义为α_CH2，并且这个值一般假设是恒定不变，然而对于被排除在固定相键合相之外的-CH₂-，其α_CH2的值也会更小一些。图2中，对于C18，C8和C6，分别在n=n''=18，8和6时出现很明显的断点（垂直的虚线），表明小溶质分子可以渗入C18，C8和C6的键合相中，而不只是如图1（b）所示的吸附。

图3 （a）log k和同系物样品CH₃-[CH₂]_n-1-X的数量n的坐标图（C8）；（b）不同n的溶质分子在C8中作用示意图

由于很多的原因，RPC的具体保留机理很可能会随着使用的色谱柱、溶质分子和实验条件的不同而不同。Horvath很早就预测出这个问题，他特别指出“非极性的溶质分子在RPC里的分配和吸附过程是明显不同的，但是这个不同却没有明显的热力学或实际意义，因此这个问题不值得进一步研究”。在实际的工作中，我们将RPC中可能同时存在的如图1中所示的疏溶剂作用、吸附和分配统称为“疏水作用”，疏水作用主导下的保留行为随着流动相组成（B%）的变化而变化也有一个实用的经验公式：

其中k_w指（使用外推法）0%B时k的值（水作为流动相），当只有%B发生变化时，S对于一个给定的分析物来说时常数，Φ是流动相（Φ=0.01%B）中有机溶剂B的体积分数。

总结一下，RPC的保留机制很复杂，其中经常占主导的“疏水作用”也可以细分为疏溶剂作用，吸附和分配等，但是在实际工作中很难、也没有必要深究。疏水作用也可以用简单的经验公式来指导实际工作。

参考文献（本文几乎全部来源于如下专著，推荐大家多阅读学习）

 L. R. Snyder, J. J. Kirland, Introduction to Modern Liquid Chromatography 3rd. 2010, John Wiley & Sons, Inc.