Sắc ký rây phân tử (Size exclusion chromatography: SEC) còn gọi là sắc ký loại trừ kích thước. Pha tĩnh được chế tạo từ các vật liệu bền vững, có chứa các mao quản kích thước cỡ phân tử, vì vậy có thể xem như chúng là các rây phân tử. Khi cho hỗn hợp chất tan có kích thước phân tử khác nhau vào cột tách, các phân tử có kích thước nhỏ sẽ đi sâu được vào mạng lưới của chất nhồi, còn các phân tử có kích thước lớn hơn sẽ chỉ thâm nhập ở mức độ nhất định, các phân tử có khối lượng rất lớn sẽ không đi vào các mao quản được. Trong quá trình rửa giải, các chất càng thâm nhập sâu vào pha tĩnh, càng mất nhiều thời gian để trở lại pha động, do đó sẽ di chuyển càng chậm. Kết quả là các phân tử có kích thước lớn hơn sẽ bị rửa giải trước, sau đó đến các phân tử có kích thước nhỏ hơn. Thời gian lưu của chất tỷ lệ nghịch với kích thước phân tử của chúng.
Sắc ký rây phân tử đã được một số tác giả nghiên cứu, ứng dụng phân tích kim loại nặng. R. G. Wuilloud và cộng sự (2004) đã xác định hàm lượng các dạng của Zn, Ni, Cu, Mn trong một số loại hạt (hạt óc chó, hạt đào lộn hột và hạt lạc) bằng phương pháp sắc ký rây phân tử sử dụng detecter UV-Vis và ICP-MS. Cột Superdex 75 được sử dụng để tách các hợp chất có khối lượng phân tử lớn từ 3000 đến 70,000 Da, cột Superdex Peptide được sử dụng để tách các hợp chất có khối lượng phân tử thấp. Kết quả thu được, dạng 55Mn liên kết có khối lượng phân tử lớn 10400 –13400 Da xác định được trong phân đoạn NaOH 0,05M, còn dạng 55Mn liên kết có khối lượng phân tử thấp 3600 – 4100 Da xác định được trong phân đoạn HCl 0,05M trong đa số các loại hạt. Kết quả chỉ ra rằng trong các loại hạt đó 55Mn tồn tại ở dạng liên kết với protein và được hòa tan hiệu quả trong pha động NaOH nhưng ít bị hòa tan khi pha động có môi trường axit [60].