毛细管电泳课件

毛细管电泳第四组：

周毅

龙城

陈欣毛细管电泳第四组：Contents一、概述二、经典电泳分析三、毛细管电泳分析法Contents一、概述二、经典电泳分析三、毛细管电泳分析法毛细管电泳，又叫高效毛细管电泳（HPCE），是八十年代问世的一种高效的液相分离方法，是经典电泳技术和现代微柱分离相结合的产物。毛细管电泳有六种不同的分离形式可供选择，具有分析时间短，分离效率高等特点。广泛用于分离多种化合物，如氨基酸、糖类、维生素、神经递质、DNA片段等。毛细管电泳在食品分析、药物分析和生命科学等领域得到了广泛应用。毛细管电泳，又叫高效毛细管电泳（HPCE），是八十年代问世的

二、经典电泳分析

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；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。

二、经典电泳分析

利用电泳现象对某些化学或生物物质进行分离三、高效毛细管电泳分析高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进：1、采用了内径在25~100μm，外径300~400μm的毛细管2、采用了高达数千伏的电压（1）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（2）电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小，柱长增加（3）高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理论塔板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万三、高效毛细管电泳分析高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改1、毛细管电泳基本原理

毛细管电泳中，带电粒子的运动受到两种作用：电泳和电渗。电泳是指溶液中带电粒子(离子、胶团)在电场中定向移动的现象，是驱动毛细管中电解质运动的一种作用力。电渗是在电场的作用下，毛细管中的溶液表层聚集的正电荷向负极运动的现象。1、毛细管电泳基本原理毛细管电泳中，带电粒子的运动受到两种（1）分离过程电场作用下，毛细管柱中出现：电泳现象和电渗流现象。带电粒子的迁移速度=电泳+电渗流；两种速度的矢量和。正离子：两种效应的运动方向一致，在负极最先流出；中性粒子无电泳现象，受电渗流影响，在阳离子后流出；阴离子：两种效应的运动方向相反。ν电渗流>ν电泳时,阴离子在负极最后流出。（1）分离过程电场作用下，毛细管柱中出现：电泳现象和电渗流现（2）迁移速度当带电离子以速度ν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。电场力：FE=qE阻力：F=fν

故：qE=fνq—离子所带的有效电荷；E—电场强度；ν—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=6πηγ；γ—离子的表观液态动力学半径；η—介质的粘度；)（2）迁移速度当带电离子以速度ν在电场中移

（3）电渗流现象液体两端施加电压时，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叫电渗现象。电渗是CE中推动流体前进的驱动力，它使整个流体像一个塞子一样以均匀的速度向前运动，使整个流型呈近似扁平型的“塞式流”。它使溶质区带在毛细管内原则上不会扩张。（3）电渗流现象液体两端施加电压时电渗现象中整体移动着的液体叫电渗流。电渗流的大小用电渗流速度V电渗流表示，取决于电渗淌度μ和电场强度E。V电渗流=μE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，电渗流流向阴极；内表面带正电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极Eg：石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极；毛细管电泳课件2、高效毛细管电泳分离模式

毛细管区带电泳(CZE)1

毛细管凝胶电泳(CZE)2胶束电动毛细管色谱（MEKC）3

毛细管等速电泳（CITF）5毛细管等电聚焦(CIEF)4毛细管电色谱（CEC）62、高效毛细管电泳分离模式毛细管区带电泳(CZE)1

毛细管区带电泳（CZE）CZE是使用裸毛细管和真溶液性质的电解质缓冲溶液进行的毛细管电泳技术，是毛细管电泳中应用最广泛、最基本的一种分离模式。分离机理是基于各被分离组分的荷质比之间的差异。通常把CZE看成其他各种毛细管电泳分离模式的母体。应用范围包括氨基酸、多肽、蛋白质、离子、对映体拆分和很多其他本身能带电或在一定条件下能带上电荷物质的分离。毛细管区带电泳（CZE）CZE是使用裸毛细管和真溶液性

毛细管凝胶电泳（CGE）CGE是以凝胶或高浓度线性高分子溶液为介质填充在毛细管内而进行的电泳。被分析组分因电泳而迁移，在迁移过程中依据分子的大小在起“分子筛”作用的凝胶中得以分离。特点：抗对流性好，散热性好，分离度极高。因为蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关，CZE模式很难分离，采用CGE能获得良好分离，所以是DAN排序的重要手段。毛细管凝胶电泳（CGE）

胶束电动毛细管色谱（MEKC）MEKC采用临界胶束浓度以上的表面活性剂在运行缓冲液内形成疏水内核、外部带负电的动态胶束假固相，利用溶质的疏水性差异，在溶液和胶束假固相间分配的差异进行分离。不仅能分离中性溶质，而且能分离带电组分。胶束电动毛细管色谱（MEKC）MEKC采用临界胶束浓度此表有助于根据样品的物化性质选择合适的电泳模式。此表有助于根据样品的物化性质选择合适的电泳模式。3、高效毛细管电泳的特点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；柱效常常可达105-106理论塔极数/米；3.操作方便、消耗少进样量极少，每次进样的体积仅为1mL10nL4.应用范围极广分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等3、高效毛细管电泳的特点4、毛细管电泳的应用①

药物分析②手性化合物分析③离子分析④核酸分析及DNA测序⑤毛细管电泳—电化学发光

分离检测技术⑥毛细管电泳离子色谱检测离子4、毛细管电泳的应用①药物分析②手性化合物①药物分析

CE对药物及其制剂的成分分析，主要用于新药研究和开发、药品生产过程中的质量控制、药物制剂分析等。采用毛细管区带电泳方式，在11min内分离17种药物；eg：采用MEKC模式，鉴定违禁药物；效果优于HPLG法。①药物分析②手性化合物分析合成获得单一手性化合物相当困难，检测分析更是相当困难；HPCE分离分析手性化合物的方法：加入手性选择剂；常用手性选择剂：环糊精及其衍生物；手性冠醚；手性表面活性剂（氨基酸衍生物、低聚糖等天然手性表面活性剂）②手性化合物分析③离子分析阳离子分析：迁移方向和电渗流方向一致；4.5min内分离了24种金属离子阳极进样，阴极检测；具有很高的灵敏度；阴离子分析：阴离子电泳方向和电渗流方向相反、速度接近；分析时间长、效率低；阴极进样，阳极检测；但是质量小、电荷密度大的离子如SO4-2、F-等，电泳速率大于电渗流，阳极端流出，在阴极端无法检测；可加入电渗流改性剂，十六烷基三甲基溴化胺等，使电泳方向和电渗流方向一致，可在3.1min内分离36种阴离子。③离子分析阳离子分析：

④核酸分析及DNA测序CZE和MECC通常用来分离碱基、核苷、核苷酸、简单的寡核苷酸等。CGE则可用于寡核苷酸(>10mers)、ssDNA和dsDNA等的分离。人类基因组计划所需解决的关键问题之一就是提高测序的速度。如用短寡核苷酸引物库测DNA序列、高速DNA序列、毛细管阵列、毛细板阵列等。对DNA分析是CE的应用重点之一，CE-MS联用也已用于DNA分析。④核酸分析及DNA测序

⑤毛细管电泳—电化学发光分离检测技术

Ru(bpy)32+ECL技术已经成功应用于CE，简称CE-ECL。主要用来检测胺类化合物操作简单、灵敏度高、分离效率高、分析速度快以及试剂消耗少等。CE-ECL主要有四种模式：毛细管区带电泳-ECL(CZE-ECL)，胶束电动色谱-ECL(MEKC-ECL)，毛细管电色谱-ECL(CEC-ECL)非水毛细管电泳-ECL(NACE-ECL)。

⑤毛细管电泳—电化学发光分离检测技术

Ru(bpy)32+⑥毛细管电泳离子色谱检测离子传统的毛细管电泳法主要用于检测有机大分子和蛋白质的分离，难以检测没有紫外吸收的无机离子。

①分离能力强。传统离子色谱柱内径4-5mm，而毛细管电泳离子色谱柱的内径为5-500μm，其理论踏板数为每米几十万到上百万，远高于传统离子色谱。②分离速度快。通常在几分钟内即可分离完全，而常规离子色谱分析一般需要几十分钟。③操作简便、费用低。毛细管的价格远远低于离子色谱柱的价格。④进样量小。一般小于100nL，而传统离子色谱则需10-15uL⑥毛细管电泳离子色谱检测离子5、毛细管电泳的前景展望1、微型化

毛细管电泳可以实现微型化，整体化学分析系统（TAS）及TAS微型化。2、联用仪器

将毛细管电泳-质谱技术（CE-MS）结合起来。3、阵列毛细管凝胶电泳

一个新的进展方向，目前最有效的DNA序列分析仪，若用100支毛细管阵列电泳，速度可达到280碱基对/小时/支。5、毛细管电泳的前景展望5、毛细管电泳的前景展望4、微全分析(μ-TAS)

使得集成毛细管电泳技术(ICEC)延伸了毛细管电泳的潜力和可行性。5、CE分析微生物

通过改变微生物的生存环境来改变细菌的表面特征,借助CE方法测定其特征及其这种改变。5、毛细管电泳的前景展望

谢谢观赏！谢谢观赏！人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，毛细管电泳课件毛细管电泳第四组：

周毅

龙城

陈欣毛细管电泳第四组：Contents一、概述二、经典电泳分析三、毛细管电泳分析法Contents一、概述二、经典电泳分析三、毛细管电泳分析法毛细管电泳，又叫高效毛细管电泳（HPCE），是八十年代问世的一种高效的液相分离方法，是经典电泳技术和现代微柱分离相结合的产物。毛细管电泳有六种不同的分离形式可供选择，具有分析时间短，分离效率高等特点。广泛用于分离多种化合物，如氨基酸、糖类、维生素、神经递质、DNA片段等。毛细管电泳在食品分析、药物分析和生命科学等领域得到了广泛应用。毛细管电泳，又叫高效毛细管电泳（HPCE），是八十年代问世的

二、经典电泳分析

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；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。

二、经典电泳分析

利用电泳现象对某些化学或生物物质进行分离三、高效毛细管电泳分析高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进：1、采用了内径在25~100μm，外径300~400μm的毛细管2、采用了高达数千伏的电压（1）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（2）电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小，柱长增加（3）高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理论塔板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万三、高效毛细管电泳分析高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改1、毛细管电泳基本原理

毛细管电泳中，带电粒子的运动受到两种作用：电泳和电渗。电泳是指溶液中带电粒子(离子、胶团)在电场中定向移动的现象，是驱动毛细管中电解质运动的一种作用力。电渗是在电场的作用下，毛细管中的溶液表层聚集的正电荷向负极运动的现象。1、毛细管电泳基本原理毛细管电泳中，带电粒子的运动受到两种（1）分离过程电场作用下，毛细管柱中出现：电泳现象和电渗流现象。带电粒子的迁移速度=电泳+电渗流；两种速度的矢量和。正离子：两种效应的运动方向一致，在负极最先流出；中性粒子无电泳现象，受电渗流影响，在阳离子后流出；阴离子：两种效应的运动方向相反。ν电渗流>ν电泳时,阴离子在负极最后流出。（1）分离过程电场作用下，毛细管柱中出现：电泳现象和电渗流现（2）迁移速度当带电离子以速度ν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。电场力：FE=qE阻力：F=fν

故：qE=fνq—离子所带的有效电荷；E—电场强度；ν—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=6πηγ；γ—离子的表观液态动力学半径；η—介质的粘度；)（2）迁移速度当带电离子以速度ν在电场中移

（3）电渗流现象液体两端施加电压时，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叫电渗现象。电渗是CE中推动流体前进的驱动力，它使整个流体像一个塞子一样以均匀的速度向前运动，使整个流型呈近似扁平型的“塞式流”。它使溶质区带在毛细管内原则上不会扩张。（3）电渗流现象液体两端施加电压时电渗现象中整体移动着的液体叫电渗流。电渗流的大小用电渗流速度V电渗流表示，取决于电渗淌度μ和电场强度E。V电渗流=μE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，电渗流流向阴极；内表面带正电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极Eg：石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极；毛细管电泳课件2、高效毛细管电泳分离模式

毛细管区带电泳(CZE)1

毛细管凝胶电泳(CZE)2胶束电动毛细管色谱（MEKC）3

毛细管等速电泳（CITF）5毛细管等电聚焦(CIEF)4毛细管电色谱（CEC）62、高效毛细管电泳分离模式毛细管区带电泳(CZE)1

毛细管区带电泳（CZE）CZE是使用裸毛细管和真溶液性质的电解质缓冲溶液进行的毛细管电泳技术，是毛细管电泳中应用最广泛、最基本的一种分离模式。分离机理是基于各被分离组分的荷质比之间的差异。通常把CZE看成其他各种毛细管电泳分离模式的母体。应用范围包括氨基酸、多肽、蛋白质、离子、对映体拆分和很多其他本身能带电或在一定条件下能带上电荷物质的分离。毛细管区带电泳（CZE）CZE是使用裸毛细管和真溶液性

毛细管凝胶电泳（CGE）CGE是以凝胶或高浓度线性高分子溶液为介质填充在毛细管内而进行的电泳。被分析组分因电泳而迁移，在迁移过程中依据分子的大小在起“分子筛”作用的凝胶中得以分离。特点：抗对流性好，散热性好，分离度极高。因为蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关，CZE模式很难分离，采用CGE能获得良好分离，所以是DAN排序的重要手段。毛细管凝胶电泳（CGE）

胶束电动毛细管色谱（MEKC）MEKC采用临界胶束浓度以上的表面活性剂在运行缓冲液内形成疏水内核、外部带负电的动态胶束假固相，利用溶质的疏水性差异，在溶液和胶束假固相间分配的差异进行分离。不仅能分离中性溶质，而且能分离带电组分。胶束电动毛细管色谱（MEKC）MEKC采用临界胶束浓度此表有助于根据样品的物化性质选择合适的电泳模式。此表有助于根据样品的物化性质选择合适的电泳模式。3、高效毛细管电泳的特点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；柱效常常可达105-106理论塔极数/米；3.操作方便、消耗少进样量极少，每次进样的体积仅为1mL10nL4.应用范围极广分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等3、高效毛细管电泳的特点4、毛细管电泳的应用①

药物分析②手性化合物分析③离子分析④核酸分析及DNA测序⑤毛细管电泳—电化学发光

分离检测技术⑥毛细管电泳离子色谱检测离子4、毛细管电泳的应用①药物分析②手性化合物①药物分析

CE对药物及其制剂的成分分析，主要用于新药研究和开发、药品生产过程中的质量控制、药物制剂分析等。采用毛细管区带电泳方式，在11min内分离17种药物；eg：采用MEKC模式，鉴定违禁药物；效果优于HPLG法。①药物分析②手性化合物分析合成获得单一手性化合物相当困难，检测分析更是相当困难；HPCE分离分析手性化合物的方法：加入手性选择剂；常用手性选择剂：环糊精及其衍生物；手性冠醚；手性表面活性剂（氨基酸衍生物、低聚糖等天然手性表面活性剂）②手性化合物分析③离子分析阳离子分析：迁移方向和电渗流方向一致；4.5min内分离了24种金属离子阳极进样，阴极检测；具有很高的灵敏度；阴离子分析：阴离子电泳方向和电渗流方向相反、速度接近；分析时间长、效率低；阴极进样，阳极检测；但是质量小、电荷密度大的离子如SO4-2、F-等，电泳速率大于电渗流，阳极端流出，在阴极端无法检测；可加入电渗流改性剂，十六烷基三甲基溴化胺等，使电泳方向和电渗流方向一致，可在3.1min内分离36种阴离子。③离子分析阳离子分析：

④核酸分析及DNA测序CZE和MECC通常用来分离碱基、核苷、核苷酸、简单的寡核苷酸等。CGE则可用于寡核苷酸(>10mers)、ssDNA和dsDNA等的分离。人类基因组计划所需解决的关键问题之一就是提高测序的速度。如用短寡核苷酸引物库测DNA序列、高速DNA序列、毛细管阵列、毛细板阵列等。对DNA分析是CE的应用重点之一，CE-MS联用也已用于DNA分析。④核酸分析及DNA测序

⑤毛细管电泳—电化学发光分离检测技术

Ru(bpy)32+ECL技术已经成功应用于CE，简称CE-ECL。主要用来检测胺类化合物操作简单、灵敏度高、分离效率高、分析速度快以及试剂消耗少等。CE-ECL主要有四种模式：毛细管区带电泳-ECL(CZE-ECL)，胶