机理模型的层析模拟有助于理解层析柱内发生的层析过程。
机理模型基于物理和生化效应，用数学语言写成。许多工艺参数直接纳入在模型方程中，并且可以通过模拟结果计算工艺质量属性。通过这种方式可以提前研究参数对于工艺的正面或负面影响，防止后续生产过程中发生问题。
层析模拟的结果比普通层析图更具优势。机理模型捕捉以下过程中的分子运动：从流动相的间隙体积到流动相的孔体积，最后到固定相体积。
图 1. 层析柱中的分子运动。从左到右：流动相的间隙体积、流动相的孔体积和固定相的体积。
流速诱导的对流
注入层析柱的分子通过连接的泵诱导的流体流动进行输送。对流的影响可以通过峰随时间的变化来观察。泵送速度越高，对流越强。通过前面的峰可以看出这一点，即用流速定义峰的位置。如果按照体积绘制图形，峰位置和形状也可能发生变化。
随着流速的增加，峰宽减小，也会影响传质过程。除了泵速之外，流速变化的第二个原因可能是装填质量的变化。机理模型将层析柱的孔隙率视为影响柱内线性流速的模型参数。装填越密，线性流速越高。
层析柱装填质量和扩散力
扩散由颗粒孔隙外的不同流动效应组成，例如流量分布器、壁效应、湍流、涡流扩散和分子扩散。这些随机扩散运动和非理想流动模式导致峰展宽。与对流效应相比，扩散力对层析图的形状有更大的影响。
扩散是一个随时间变化的过程。分子在层析柱内停留的时间越长，它们受扩散影响的时间就越长。使用脉冲示踪法评估层析柱装填质量时，与需要更长时间通过层析柱的谱峰后部相比，峰前受扩散影响较小，因此轻微拖尾是一种自然结果。
流速相关的孔隙的可及性和缓慢孔隙扩散
考虑到孔隙的可及性，分子可以通过颗粒的滞止液膜并进入颗粒的孔体积。这种间隙体积与空孔隙体积的过渡也表示为从一个体积到另一个体积的传质。这种传递也可能与速度有关。
在高流速的情况下，分子通过小球而不进入其孔隙系统的可能性更高。一旦分子进入颗粒的孔隙中，其运动主要受扩散支配。孔隙的可及性和缓慢孔隙扩散都会导致不对称或拖尾峰。
影响吸附的原材料和上游变异性
最后，吸附到自由结合位点，形成层析图的最终形状。抗体等大分子通常会同时与多个配基结合。大多数层析模型在捕捉这种行为时会考虑多点结合。大多数制造商提供的填料容量可以帮助确定配基浓度。
自由结合位点的竞争在层析分析中同样具有不可或缺的作用，层析模型也可以对此进行捕捉。竞争吸附当然取决于所有物质的个体浓度。层析模型可以直接模拟上游条件的变化，防止造成上料成分变化，而无需重新校准模型。同样，通过改变数字模拟的盐浓度和 pH 值，也可以改变结合力和洗脱条件。