毛细管电泳技术

1、毛细管电泳技术 1.毛细管电泳概述 2.毛细管电泳理论基础 电泳 在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作用下，以不 同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象，称之为电泳。 1808年，俄国物理学家Reuss首次发现电泳现象。 1937年，Tiselius（瑞典）用于人血清蛋白质混合液的分离 发现样品的迁移速度和方向由其电荷和淌度决定； 第一次的自由溶液电泳；第一台电泳仪； 1948年，获诺贝尔化学奖。 利用电泳现象对某些化学或生物物质进行分离分析的方法和技术叫电 泳法或电泳技术。 按形状分类：U型管电泳、柱状电泳、板电泳； 按载体分类：滤纸电泳、琼脂电泳、聚丙烯酰胺电泳、自由电泳

2、； 传统电泳分析：操作烦琐，分离效率低，定量困难，无法与其他分析 相比。 1981年，Jorgenson和Luckas，用75m内径石英毛细管进行电泳分析， 柱效高达40万/m，促进电泳技术发生了根本变革，迅速发展成为可与 GC、HPLC相媲美的崭新的分离分析技术毛细管电泳。毛细管电泳。 经典电泳 高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 1.采用了25-100m内径的毛细管； 2.采用了高达数千伏的电压。 毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大减小了温度效应， 使电场电压可以很高。 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小，柱长增加， 毛细管电泳的柱效远高于HPLC，理论塔板数高达

3、几十万块/米，特 殊柱子可以达到数百万。 毛细管电泳（Capillary Electrophoresis, CECapillary Electrophoresis, CE） 1.仪器简单、易自动化 电源、毛细管、检测器、溶液瓶 2.分析速度快、分离效率高 在3.1min内分离36种无机及有机阴离子，4.1min内分离了24种 阳离子； 3.操作方便、消耗少 进样量极少，水介质中进行； 4.应用范围极广 有机物、无机物、生物、中性分子；生物大分子等； 分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等； 毛细管电泳的特点 毛细管电泳基础理论 1.CE基本原理 2.电渗现象与电渗流 3.影响电渗流的因

4、素 电泳是指带电离子在电场中的定向移动，不同离子具有不同的迁移 速度，迁移速度与哪些因素有关？ 当带电离子以速度 在电场中移动时，受到大小相等、方向相反 的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。 CE基本原理 电场力：电场力：F FE E = = qEqE 阻阻 力：力：F F = = f f 故：故： qEqE = = f f q离子所带的有效电荷； E 电场强度； 离子在电场中的迁移速度； f 平动摩擦系数 ( 对于球形离子： f =6； 离子的表观液态动 力学半径； 介质的粘度； ) 所以，迁移速度： E q f qE 6 物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。 淌度 ：单位电场强度下的平

5、均电泳速度。 6 q E q离子所带的有效电荷； E 电场强度； 离子的表观液态动力学半径； 介质的粘度； 电渗现象与电渗流 电渗现象 当液体两端施加电压时，就会发生液体相对于固体表 面的移动，这种液体相对于固体表面的移动的现象。 电渗流（electroosmotic flow ，简称EOF） 电渗现象中整体移动着的液体。 电渗流的大小用电渗流速度电渗流表示，取决于电渗淌度和电 场强度E。即 电渗流 = E 电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即 = 0 0真空介电常数；介电常数；毛细管壁的Zeta电势。 电渗流 = 0 E 实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算 电渗流

6、= Lef/teo Lef 毛细管有效长度； teo电渗流标记物（中性物质）的迁移时 间。 CE中电渗流的大小与方向 电渗流的方向取决于毛细管内表面电荷的性质： 内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向负极； 内表面带正负电荷，溶液带负电荷，电渗流流向正极； 石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极； 改变电渗流方向的方法： （1）毛细管改性 表面键合阳离子基团； （2）加电渗流反转剂 内充液中加入大量的阳离子表面活性剂，将使石英毛细管壁带正电荷， 溶液表面带负电荷。电渗流流向正极。 CE中电渗流的方向 CE中电渗流的流形 电荷均匀分布，整体移动，电渗流的流动为平流，塞式流动（谱带展宽 很小）；

7、液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁处流速为零，管中 心处的速度为平均速度的2倍（引起谱带展宽较大）。 电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的57倍； 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为：各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为： + =电渗流 + +ef 阳离子运动方向与电渗流一致； - =电渗流 - -ef 阴离子运动方向与电渗流相反； 0 =电渗流 中性粒子运动方向与电渗流一致； （1）可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离； （2）改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性，如同 改变LC中的流速； （3）电渗流的微小变化影响结果的重现性； 在在CECE中，控制电渗流非常重要。

8、中，控制电渗流非常重要。 CE中电渗流的作用 1.电场强度的影响 电渗流速度和电场强度成正比，当毛细管长度一 定时，电渗流速度正比于工作电压。 2.毛细管材料的影响 不同材料毛细管的表面电荷特 性不同，产生的电渗流大小不同； CE中影响电渗流的因素 （1）溶液pH的影响 对于石英毛细管，溶液pH增高时，表面电离多，电荷密度增加， 管壁zeta电势增大，电渗流增大，pH=7，达到最大； pH3，完 全被氢离子中和，表面电中性，电渗流为零。分析时，采用缓冲溶 液来保持pH稳定。 （2）阴离子的影响 在其他条件相同，浓度相同而阴离子不同时，毛细管中的电流有 较大差别，产生的焦耳热不同。 缓冲溶液离子强度，影响双电层的厚度、溶液黏度和工作电流， 明显影响电渗流大小。缓冲溶液离子强度增加，电渗流下降。 3. 电解质溶液性质的影响 毛细管内温度的升高，使溶液的黏度下降，电渗流增大。温度变 化来自于“焦耳热”； 焦耳热：毛细管溶液中有电流通过时，产生的热量； CE中的焦耳热与背景电解质的摩尔电导、浓度及电场强度成正比。 温度每变化1，将引起背景电解质溶液黏度变化2%3%； 温度的影响 （1）加入浓度较大的中性盐，如K2SO4，溶液 离子强度增大，使溶液的黏度增大，电渗流减 小。 （2）