分离科学第八章 高效毛细管电泳PPT

第八章 高效毛细管电泳
10 cm V s
-1 -1
eo
5 0 -5 0 1 2 3 4
ap v' E
绝对淌度（absolute mobility,mab）
无限稀释条件下单位电场强度下离子的平均 迁移速度。它是该离子在一定溶液中的一个特征 物理常数。在手册中可以查到一些离子的绝对淌 度。
第八章 高效毛细管电泳
有效淌度（effective mobility,ef）
有效淌度是实验测出的离子淌度，它是所有产 物的离解度（i）和分子的第i离子形式的绝对淌 度乘积之总和：
A （A）EOF－不存在流速场，无展宽；（ BB ）HPLC－存在 流速场，展宽大。
第八章 高效毛细管电泳
电渗流在CE中的意义
将正、负离子和中性分子一起朝一个方向产生 差速迁移 通过EOF 的大小和方向的控制，还可以影响 CE 的分离效率，选择性和分离度 EOF的细微变化会影响CE 分离的重现性（迁移 时间和峰面积）。
电解质溶液的成分和浓度
添加剂
温度
第八章 高效毛细管电泳
电场的影响
eo
E
eo ~ E关系曲线
第八章 高效毛细管电泳
毛细管材料以及pH的影响10 cm V s2 -1 -1eo
4
玻璃 石英
-4
2
聚四氟乙烯
3
4
5
6
7
pH
EOF和pH的关系曲线
第八章 高效毛细管电泳
电解质溶液的成分和浓度
第八章 高效毛细管电泳
毛细管电泳基本原理
预备知识：双电层和Zeta电势 双电层
由界面化学可知，固体与液体接触时，固体表 面分子离解或者（和）表面吸附溶液中的离子， 在表面形成双电层。
第八章 高效毛细管电泳
双电层模型和相应的电势分布
吸附层 扩散层 （紧密层）
-
V

d d0 x
0为表面电势，紧密层中电势线性下降至d。剪切面上的电 位称为Zeta电势（），略低于d，一般认为与d相等。 表面吸附了非离子表面活性剂或大分子后，剪切面外移， 与d差别变大，甚至会改变符号。
50mmol/L钠盐缓冲液中测得的电流和电渗淌度（pH8.0）
B4O72电流（A） 137.4 Cit3246.5 Ac74.5 PO43162.0 HCO369.0
（10-5cm2V-1s-1） eo
41.2
47.7
49.0
49.7
51.8
相同浓度的不同的电解质，溶液的介电常数、离子强度以 及粘度不同； 同一缓冲液，浓度增大、离子强度增加，双电层变薄， Zeta电势下降，因此EOF变小。
4. 1984年，Terabe等发展了胶束电动色谱，使中性化合物的 CE分离成为可能。
5. 1987年，Hjerten提出了毛细管等电聚焦电泳。
6. 1989年出现商品CE仪器，为推广应用起到了促进作用。
人类基因组研究计划中发挥了巨大的作用
第八章 高效毛细管电泳
毛细管电泳特点
• 分离模式多，转换容易，适用范围广。
[3 10 ZC ] cm
7 1/ 2 1
带电粒子在其有效半径所组成的面存在Zeta电 势：
e q / r
第八章 高效毛细管电泳
电泳（Electrophoresis）
在半导电流体中，带电粒子在外加电场作用 下的泳动现象叫电泳。带电粒子的移动速度可以 表示为：
球形粒子：
e v' E 6
第八章 高效毛细管电泳
电泳技术发展历程：
1. 1937年瑞典科学家Tiselius首次采用电泳技术，分离人血清 中5种蛋白。 2. 1981年Jorgenson用75μm内径毛细管，利用区带电泳实现 了正负离子的分离分析，成为毛细管电泳技术的里程碑。
3. 1983年，Hjerten发展了毛细管凝胶电泳。
第八章 高效毛细管电泳
添加剂对EOF的影响
中性盐（K2SO4），双电层变薄，EOF降低； 两性离子（四甲基氯化铵）增加溶液粘度，降低pH，EOF 降低； 有机溶剂甲醇、乙腈等降低离子强度（有利于提高Zeta 电 势）、粘度。但通过氢键或偶极作用于管壁，改变表面电荷， 这些共同作用的结果一般使EOF变小。 表面活性剂，显著改变毛细管内壁的电荷特性。当表面活 性剂的浓度超过临界胶束浓度以后，将形成胶束，这个时候 CE的分离机理会发生变化。
第八章 高效毛细管电泳
当d衰减到原来的1/e时，离紧密层的距离定 义为扩散层的厚度（）。
Zeta电势正比于扩散层厚度 。毛细管壁上的 Zeta电势为：
w
4e

e为溶液中每单位面积总的过剩电荷， 为介质的 介电常数。
第八章 高效毛细管电泳
扩散层的厚度与电解质的浓度有关，确切地 说与离子强度有关。对于二元电解质，近似有：
ef i i
i
ef取决于许多因素，包括离子半径，溶剂化作用， 介电常数，溶剂粘度，离子形状、电荷、pH、离 解度和温度等。
第八章 高效毛细管电泳
电渗流（Electroosmotic flow, EOF）
在毛细管中，电渗流指的是体相溶液在外加 电场下整体朝一个方向运动的现象。
塞子流 层流
e v' E 4
棒状粒子：
第八章 高效毛细管电泳
影响电泳速度的因素：
电场强度E 介质特性（介电常数和粘度） 粒子的有效电荷 粒子大小和形状 因此，荷质比差异是电泳分离的基础。
第八章 高效毛细管电泳
淌度（Mobility, ）
因为电泳速度与外加电场强度有关，所以， 在电泳中常用淌度而不用速度来表示带电粒子的 电泳行为和特性。
• 分离效率高。理论塔板数40万块/m。 • 速度快。多数<30min，最快几秒钟。 • 试剂和样品消耗少。分离溶剂仅为几μl，进样量 nL（10-9L）级。
• 成本低，操作简便，环境污染小。
• 应用领域十分广泛。在生命科学、药学、医学、 中药分析、食品化学、环境化学和法医学等领域 都得到广泛的应用。
第八章 高效毛细管电泳
EOF速度的大小与毛细管管壁的Zeta电势有关：
0 w veo E
式中为0真空介电常数。 类似于电泳，常用电渗流系数或电渗淌度来 表示EOF大小：
eo
veo
E
第八章 高效毛细管电泳
影响电渗流的因素主要有：
电场强度E
毛细管材料
溶液的pH