毛细管电泳
毛细管电泳法
1990年代至今
随着相关技术的进步和应 用领域的拓展，毛细管电 泳法不断改进和完善。
分类与应用
分类
毛细管电泳法有多种分类方式，如根据分离模式可分为区带电泳、凝胶电泳、亲 和电泳等；根据检测方式可分为紫外可见光谱检测、荧光检测、质谱检测等。
应用
毛细管电泳法广泛应用于生物大分子、蛋白质、核酸、氨基酸、离子等物质的分 离和检测，在生命科学、医学、药物研发、环境监测等领域具有广泛的应用前景 。
结果分析
根据数据处理结果，分析各组分的性质、含 量等信息，得出结论。
04 毛细管电泳法的优缺点
CHAPTER
优点
高分离效率
微量样品需求
毛细管电泳法具有极高的分离效率，能够 快速分离复杂的生物分子，如蛋白质、 DNA等。
该方法所需的样品量极少，适用于珍贵样 品的分析。
低成本
操作简便
毛细管电泳所需仪器简单，成本较低，适 合实验室和临床应用。
改进方向
提高稳定性
通过改进毛细管电泳的仪器和实验条件，提高其稳定性。
降低检测限
采用更灵敏的检测方法，如激光诱导荧光等，降低毛细管电泳的 检测限。
发展高通量技术
通过多通道毛细管电泳、微流控芯片等技术，实现高通量分析。
05 毛细管电泳法的应用实例
CHAPTER
在生物医学领域的应用
1 2
毛细管等速电泳
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THANKS
在DNA测序中的应用
01
DNA片段分离
毛细管等速电泳可用于分离DNA片段，如基因组DNA、PCR产物或基
因突变分析中的DNA片段。
02
单分子测序
毛细管等速电泳结合纳米孔测序技术，可以实现单分子测序，提高了测
序速度和准确性。
03
基因表达分析
通过毛细管等速电泳分离DNA片段，可以分析基因的表达情况，如检
毛细管等速电泳的实验操作相对简单， 对实验条件的要求不高，便于在实验 室中实现。
缺点
样品量限制
毛细管等速电泳的进样量 较小，对于大量样品的分 析可能不太适用。
稳定性问题
毛细管等速电泳的稳定性 有待提高，可能会受到温 度、电压等因素的影响。
仪器成本高
毛细管等速电泳的仪器成 本较高，可能会增加实验 成本。
高效进样技术
优化进样技术，减少样品在毛细管内的扩散和稀 释，提高检测灵敏度和准确性。
自动化与智能化
实现毛细管等速电泳的自动化和智能化，提高分 析速度和降低人工操作误差。
应用拓展
环境监测
将毛细管等速电泳应用于环境监测领域，如水质分析、土壤重金 属检测等。
生物医药
拓展毛细管等速电泳在生物医药领域的应用，如蛋白质组学、基 因组学和药物分析等。
毛细管等速电泳
目录 CONTENT
毛细管电泳法
粘度
毛细管电泳法
2 电泳和电渗
表观电泳淌度 µap
μap=υap/E
υap为离子的表观迁移速度
υap=υef +υeo µap= µef + µeo
毛细管电泳法
3 分离效率和分离度
分离效率 柱效可以用理论塔板数n表示
n = (µep+µeo) V l /(2DL)
毛细管电泳分离的柱效方程 理论塔板高
时间宽度
Ws =（Wt﹒l/tm）-Wd
பைடு நூலகம்
空间宽度
检测器的窗口宽度
毛细管电泳法
4 区带宽度及其展宽因素
区带宽度展宽因素 1. 焦耳热 2. 进样 3. 电泳扩散 4. 毛细管壁对组分的吸附
毛细管电泳法
4 区带宽度及其展宽因素
焦耳热
温度轮廓 ---- 黏度轮廓 ----速度轮廓
细内径（<100µm），粗外径的毛细管柱
H =L / n n = 5.54(χ/ W½)2 实验上可按上式求出理论塔板数
χ为电泳图上从起点至电泳峰最大值之间的距离
W½为电泳峰的半高峰宽
毛细管电泳法
3 分离效率和分离度
分离度
电泳中两峰的分离度（Rs），也称为分辨率，它 表示了淌度相近的组分分开的能力，可表达为
Rs= （n 1/2/4）×（ Δυ /υ平 ）
毛细管区带电泳
毛细管区带电泳
（capillary zone electrophoresis）
硼酸盐、三羟甲基氨基甲烷等缓冲溶液，因缓冲容量大，背景干扰小，经 常被作为缓冲溶液使用。
缓冲溶液的pH决定了弱电离试样的有效淌度，同时控制着电渗流的大小和 方向，一般通过实验来优化最佳pH值。
添加剂的种类及作用
1.中性盐
加入高浓度的中性盐，大量的阳离子争夺毛细管壁的负电荷从而降低管 壁对蛋白质的吸附。
区带电泳的操作条件 ＊选择缓冲溶液的类型 ＊改变溶液的离子强度
＊改变pH值 ＊加入添加剂
缓冲溶液、离子强度、pH影响电渗流的大小和方向，决 定区带电泳的柱效、选择性以及分离度和分离时间。
缓冲溶液的选择应遵循的要求：
（1）在所选的pH范围内有合适的缓冲容量。 （2）本底的响应值低。
（3）自身的淌度要低，离子大而带Leabharlann Baidu小。
＊毛细管区带电泳的分离对象：
特别适合分离带电化合物，包括 无机阴离子、无机阳离子、有机酸、胺类化合物、氨基酸、蛋白质等，不能 分离中性化合物。
毛细管区带电泳的分离原理
毛细管电泳
毛细管电色谱 可以分离离子和中性分子。它是利用
缓冲溶液的电渗流作为泵，使被分析的分子通过对其 具有不同保留程度的第二相，达到分离的目的。
特 点
瑞典化学家Tiselius建立了“移界 电泳”，成功地将人血清中的蛋 白质分为5个主要成分，为蛋白 质化学的发展奠定了基础。 诺贝尔奖
优点: 操作简单，试样量少，分离效率高， 成本低等。
毛细管电动色谱的优点
像高效液相色谱，能够分离不带电荷的物质。 像毛细管电泳法，不需要压力泵系统的情况下，提 供了微量体积试样溶液的高效分离通过电渗流泵， 而不是通过机械输送流动相通过固定相的。明显地 简化了输送体系。 电渗泵产生的是塞子式流动轮廓，而不是流体动力 学轮廓，因此毛细管电色谱的分离柱效比高效液相 色谱法高。
毛细管等速电泳
是基于试样中各组分电泳迁移率的差异而进行分离的。在等速电泳中
试样是引入在两种不同的电解质之间，其中一种是迁移率较高的前导
离子电解质溶液另一种是迁移率较低的尾随离子电解质溶液。当加 上电场后，由于各种离子迁移率不同，向正极迁移的速度不同，故电 解质溶液将形成由负极到正极增加的离子浓度梯度，而电位梯度与电 导率呈反比，故低浓度离子区即低电导区有较高的电位梯度。因此电 泳池内电解质溶液的电位梯度有正极向负极增加。由于离子的迁移速 度与电场强度呈正比，随着电泳的进行，离子进入等速状态，此时形 成紧紧相邻而又彼此完全分离的单组分区带。
毛细管电泳
tm = Lt2/UV
其中， U = Ue/Ueo
可见，在毛细管长度一定，某时刻电压 相同的条件下，迁移时间决定于电泳速 度Ue和电渗流速度Ueo,而两者均随组分 的不同荷质比而异;所以，基于荷质比 的差异就可以实现组分的分离。
Lt---有效长度 V---施加电压 U---溶质总流速 Ue---电泳速度 Ueo---电渗流速度
二.毛细管电泳基本原理
1.基本概念
有效长度 (Ld, cm)
迁移时间 (tm min)
毛细管的入口端到检测器窗口的距离；
带电粒子在电场作用下做定向移动的时间；
电泳速度（Ue cm/s） 在单位时间内，带电粒子在毛细管中定向 移动的距离； 电场强度(E V/cm) 在给定长度毛细管的两端施加一个电场后 所形成的电效应的强度；
四.CE技术的应用
• 毛细管电泳技术可检测多 • 毛细管电泳技术不仅 种样品，如血清、血浆、 在基础科学中得到广 尿样、脑脊液、红细胞、 泛应用，在临床医学 体液或组织及其实验动物 等领域的应用也有较 活体实验；且可分离分析 多应用。如临床疾病 多种组分，如核酸/核苷酸、 诊断、临床蛋白分析、 蛋白质/多肽/氨基酸、糖 临床药物监测、代谢 类/糖蛋白、酶、碱氨基酸、 研究、病理研究、同 微量元素、小的生物活性 工酶分析、PCR产物 分子等的快速分析，以及 分析、DNA片段及序 DNA序列分析和DNA合成 列分析等。 中产物纯度测定等
毛细管电泳
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
缺点：操作烦琐，分离效率低，定量困难，无法与其 他分析相比。
•正溶质离子所受的力：电场力 + 电渗力 •负溶质离子所受的力：电场力 电渗力 •中性分子所受的力：电渗力
➢ 电渗流速度是电泳流速度的5-7倍，混合物 中所有的组份随电渗流朝一个方向迁移。
➢ 流出顺序：①正离子②中性粒子③负离子
电 泳 过 程 中 不 但 可 以 按 类 分 离 , 除 中 性
有关物质 有关物质 有关物质 有关物质
例：毛细管电泳（抑肽酶）
AU
0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 -0.002 -0.004 -0.006
15
18.417分钟的是去丙氨酸-去甘氨酸-抑肽酶， 18.617分钟的是去丙氨酸-抑肽酶， 18.829分钟的是抑肽酶峰
18.829
5、进样方式
进样量：毛细管长度的1%-2%；纳升级、非常小
1. 流体力学进样方式 进样端加压、出口端抽真空、虹吸进样
2. 电动进样方式 毛细管一端插入样品瓶，加电压
3. 扩散进样 试样通过扩散作用进入分离柱端口处。
毛细管电泳
毛细管电泳(CE)又叫高效毛细管电泳(HPCE), 是近年来发展最快的分析方法之一。是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分析技术。毛细管电泳是将电泳的场所置于毛细管中的一种电泳分离方法，它的装置结构通常由高压电源、铂电极、缓冲液池、样品池、毛细管、检测器和分析记录仪构成。毛细管电泳分离的基本流程有进样、分离和检测三步骤。
进样：毛细管电泳的基本装置是一根充满电泳缓冲液的毛细管，与毛细管两端相连的两个小瓶微量样品从毛细管的一端通过“压力”或“电迁移”进入毛细管;
分离：电泳时，与高压电源连接的两个电极分别浸人毛细管两端小瓶的缓冲液中。样品朝与自身所带电荷极性相反的电极方向泳动。各组分因其分子大小、所带电荷数、等电点等性质的不同而迁移速率不同，依次移动至毛细管输出端附近的光检测器，检测、记录吸光度，并在屏幕上以迁移时间为横坐标，吸光度为纵坐标将各组分以吸收峰的形式动态直观地记录下来；检测的原理基于被测组分和背景电解质的吸光度不同，当被测组分通过检测窗时，吸光度发生的变化服从朗伯-比尔定律，即在一定的实验条件下，吸光度与被测组分的浓度成正比。
毛细管电泳19390
电渗流的特点：具有一定流 型，其电渗驱动力沿毛细管 均匀分布，所以电渗速度的 径向分布几乎是均匀的。
A
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电渗的速度可以表示为： uos os•E
• eo—电渗率，单位电场下的电渗流的线速度
os
os
－介质的介电常数
－介质的粘度
总之，与经典电泳法比较，毛细管电泳法的特点
有四个：高效、快速、微量和自动化。
A
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毛细管电泳的发展
• 1981年，Jorgenson．和Lukacs 使用75μm内 径的熔融石英毛细管，电泳分离氨基酸和肽，成 为高效毛细管电泳划时代的里程碑。至此，出现 了毛细管电泳技术。
• 80年代以来，诞生了很多新的毛细管电泳方法， 如毛细管凝胶电泳和毛细管等电聚焦电泳。
电泳法（electrophoresis）以电泳为基础的分离分 析方法。
•毛细管电泳（又称高效毛细管电泳）（HPCE ），是 一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动 力的新型电泳分离技术。
• 包含电泳、色谱及其交叉内容。
A
2
• 电泳法的发展史(Phylogeny)：
• 电泳现象早在18世纪就被发现。
（2）分离原理：不同（驱动力不同）
HPCE：带电粒子在电场中发生定向移动，依据粒 子所带电荷数、形状、离解度等不同所产生的差速 迁移而分离。
化工实验 毛细管电泳
OO H＋ H＋
OO
O
H＋ H＋
H＋
毛细管内液体
Si Si OO H＋ H＋
Si Si O Si Si O Si Si Si
-
OO H＋ Na+
OO
OOO
H＋ Na+ Na+ Na+ H＋
+
毛细管内液体
电渗和电泳
电渗流
❖电渗
电渗是一种液体相对于带电管 壁移动的现象。水合离子引起的流 体整体移动。（针对毛细管内液柱）
毛细管的清洗
氢氧化钠溶液 二次水 盐酸 二次水
经处理后石英玻璃毛细管内 表面结构
Si Si O Si Si O Si Si Si
OO OO HH HH
OOO HHH
硅羟基的电离
pH >3
Si-OH
Si-O- + H+
当毛细管内充满水或电泳缓冲液时， 会出现双电层：
Si Si O Si Si O Si
缺点：质地脆、易折断
❖聚酰亚胺涂层
优点：增强毛细管韧性 缺点：紫外光不透明 （使用时需开检测窗口）
石英玻璃毛细管直观示意图
A 检测窗
聚酰亚胺涂层的去除方法: 1、浓硫酸溶解 2、高温灼烧
石英玻璃毛细管内表面结构
玻璃
二氧化硅（SiO2)x
Si Si O Si Si O Si Si Si
毛细管凝胶电泳
毛细管凝胶电泳的重要性和意义
高效分离
灵敏度高
毛细管凝胶电泳具有高效分离复杂生物样 品的能力，能够分离出蛋白质、DNA、 RNA等生物分子。
毛细管凝胶电泳的检测灵敏度高，能够检 测到低浓度的生物分子，有助于早期诊断 和预防疾病。
自动化程度高
应用广泛
毛细管凝胶电泳技术可以实现自动化操作 ，提高分析效率，减少人为误差。
分的分离。
在毛细管凝胶电泳中，组分的分 离主要依赖于其在电场中的迁移 行为和与凝胶网络的相互作用。
通过调整毛细管凝胶电泳的条件， 如电场强度、凝胶类型和配方等，
可以实现不同组分的分离。
03 毛细管凝胶电泳的实验技术与操作
CHAPTER
实验准备
仪器设备
准备毛细管电泳仪、高压电源、 进样装置、检测器等必要设备， 确保仪器正常工作并按照操作规
引入先进技术
引入人工智能、大数据等 先进技术，对电泳数据进 行深度分析和优化，提高 分离效率和分辨率。
开发新型的分离介质和检测方法
新型分离介质
研究新型的高分子凝胶、 纳米材料等，以提高分离 效率和分辨率。
新型检测方法
开发新型的检测方法，如 质谱、荧光检测等，以提 高检测灵敏度和特异性。
集成化与微型化
避免交叉污染
在实验过程中，应避免不同样品之间 的交叉污染，确保实验结果的准确性 和可靠性。
仪器分析：毛细管电泳法
基本原理
HPLC分离原理是基于分配系数的差别， 保留时间不同而分离—色谱行为
CE是在电场作用下离子的大小与电荷数 量、符号不同，电位不同，导致迁移速 度不同而分离—电泳行为。
毛细管电色谱（CEC），则具有电泳及色 谱二种分离行为。
电泳与电泳淌度
电泳速率 uep 荷电质点在电场作用下，在电解质溶液
度：
μapp=μep+μeo
正极端进样，负极端检测时：
正离子μapp=μeo+μep
负离子μapp=μeo-μep
中性分子μapp=μeo
电渗流速率是电泳速率的5～7倍
带负电荷的阴离子其电泳方向 指向阳极，与介质的电渗流的方向 相反。
中性分子，跟随介质电渗流向 阴极移动。
表观淌度(μapp )小结
毛细管区带电泳
(capillary zone electrophoresis；CZE)
最常用的电泳法。CZE的分离机制 是基于组分的电泳淌度的差别而分离。 原理已经介绍，不再重复。
胶束电动毛细管色谱 (micellar electro-kinetic capillary
chromatography; MEKC 或MEKCC)
甚至于勿需前处理。 用于医学诊断、药理研究 的血、尿样等。 三、分析运行成本低。 四、特征性强。 例：用CE分析冬虫夏草获44个峰，很易区别 蛹虫草、人工培养品、伪品、次品等。而用HPLC 法只能获得十几个色谱峰，
毛细管电泳
分离的原因：电泳迁移，电渗迁移
电泳迁移：在高压电场下，带电离子向相反的方向移动。
电渗迁移：当毛细管内充满缓冲溶液时，毛细管壁上的硅羟基发生解离，生成氢离子溶解在溶液中，这样就使毛细管壁带上负电荷与溶液形成双电层，在毛细管的两端加上直流电场后，带正电的溶液就会整体的向负极端移动，这就形成了电渗流。
在操作缓冲溶液中，带电粒子的运动速度等于电泳速度和电渗速度的矢量和，电渗速度一般大于电泳速度，因此即使是阴离子也会从阳极端流向阴极端。
加大缓冲溶液的酸度、在缓冲溶液中加入有机试剂都会减少硅羟基的解离，减小电渗流。
分离模式
毛细管电泳的分离模式有以下几种。
（1）毛细管区带电泳（CZE）将待分析溶液引入毛细管进样一端，施加直流电压后，各组分按各自的电泳流和电渗流的矢量和流向毛细管出口端，按阳离子、中性粒子和阴离子及其电荷大小的顺序通过检测器。中性组分彼此不能分离。出峰时间称为迁移时间（tm），相当于高效液相色谱和气相色谱中的保留时间。
（2）毛细管凝胶电泳（CGE）在毛细管中装入单体和引发剂引发聚合反应生成凝胶，这种方法主要用于分析蛋白质、DNA等生物大分子。另外还可以利用聚合物溶液，如葡聚糖等的筛分作用进行分析，称为毛细管无胶筛分。有时将它们统称为毛细管筛分电泳，下分为凝胶电泳和无胶筛分两类。
（3）毛细管等速电泳（CITP）采用前导电解质和尾随电解质，在毛细管中充入前导电解质后，进样，电极槽中换用尾随电解质进行电泳分析，带不同电荷的组分迁移至各个狭窄的区带，然后依次通过检测器。
（4）毛细管等电聚焦电泳（CIEF）将毛细管内壁涂覆聚合物减小电渗流，再将样品和两性电解质混合进样，两个电极槽中分别加入酸液和碱液，施加电压后毛细管中的操作电解质溶液逐渐形成pH梯度，各溶质在毛细管中迁移至各自等电点（pI）时变为中性形成聚焦的区带，而后用压力或改变检测器末端电极槽储液的pH值的办法使溶质通过检测器。（5）胶束电动毛细管色谱（MEKC或MECC）当操作缓冲液中加入大于其临界胶束浓度的离子型表面活性剂时表面活性剂就聚集形成胶束，其亲水端朝外憎水非极性核朝内，溶质则在水和胶束两相间分配，各溶质因分配系数存在差别而被分离。对于常用的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠，进样后极强亲水性组分不能进入胶束，随操作缓冲液流过检测器（容量因子k′= 0）；极强憎水性组分则进入胶束的核中不再回到水相，最后到达检测器（k′＝∞）。其他常用的胶束试剂还有阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，胆酸等。
毛细管电泳的原理
毛细管电泳的原理
毛细管电泳是一种高效液相色谱技术，利用电场的作用将样品中的化合物沿着内径较小的毛细管进行分离和分析。
在毛细管电泳中，有两种常用的电泳模式：毛细管区带电泳和开列电泳。毛细管区带电泳中，毛细管两端分别注入带有不同荧光标记的样品，再施加直流电场，荧光标记的样品由于在电场作用下带电移动，在毛细管中形成不同带电物质的区带；而在开列电泳中，毛细管中注入样品后，在施加电场的同时使用在线探测器进行实时监测，通过测量峰面积或峰高来判断样品的含量。
毛细管电泳的分离机理主要包括电泳迁移和色谱效应两个因素。电泳迁移是指样品分子在电场作用下由于带电而移动，其移动速度与电场强度和分子带电量有关；色谱效应是指毛细管内壁与样品分子的相互作用，在毛细管中形成不同的分离机制，如离子交换、氢键作用、静电作用等。
毛细管电泳的原理还与毛细管内径、电场强度、缓冲液pH值
等因素有关。毛细管内径越小，分离效率越高；电场强度越大，迁移速度越快，但也会增加毛细管的热效应；缓冲液pH值的
选择要根据样品的性质来确定。
在实际应用中，毛细管电泳具有分离效率高、分析速度快、耗样量小、操作简便等优点。它广泛应用于生物医药、环境监测、食品安全等领域。同时，还可以与其他技术如质谱联用，进一步提高分析的灵敏度和准确性。
毛细管电泳
E：电场强度
根据毛细管壁引起的电渗流原理。可以推断在溶液pH > 3 的情况下，毛细管电泳中电渗流总是由正极向负极移动。 电渗流的大小受到 Zeta电势，偶电层厚度和缓冲液粘度等 因素的影响。 一般情况，电渗流随着电解质浓度的增加而增加，随着 pH 值的上升（向碱性方向增加）而加大。如图所示。在 高 pH 值溶液中，毛细管壁的负电荷多，吸附溶液中的正 离子多，产生的电渗流大。在低 pH 值溶液中，毛细管壁 的负电荷少，吸附溶液中的正离子少，产生的电渗流小。
核磁共振检测器，灵敏度可达到10-21g
3.4制冷系统
(1)空气制冷：在毛细管分析室内输入制冷空气使毛细管迅
速冷却，达到制冷的目的。
(2)液体制冷：在毛细管的夹层中输入制冷液体达到制冷的
目的。
3.5电极槽 主要与存放电极缓冲液和进样，由于毛细管电泳是超微量 分析，电极液用量很少，使用的电泳槽很小。
(7)毛细管柱塞流：(Capillary Flow Profiled)
由于毛细管电泳是属于电力驱动分离系统，在毛细管中流 体的流型呈扁平的柱塞形状一样向前流动，这种现象称为
柱塞流。这种流型有利于防止扩散，提高分离效率，而在
压力驱动系统中(如 HPLC)的流型呈抛物线形状向前流动
，称弧线流型。这种流型容易造成扩散。
缺点：上样两不容易控制。
5.2流体力学进样
毛细管电泳的基本原理
毛细管电泳的基本原理
毛细管电泳是一种基于溶液中带电粒子在电场作用下在毛细管中迁移的分析方法。它的基本原理是利用电场作用力和溶液中带电粒子的迁移速度的差异实现样品分离。
在毛细管电泳中，将一根细长的毛细管浸入带电解质溶液中，然后在两端施加电场。溶液中的带电粒子在电场的作用下开始迁移，迁移速度与粒子的大小、电荷、溶液的性质等因素有关，差异性使得它们逐渐分离出来。
毛细管电泳可根据运动方式分为两种，即电泳和电渗动。电泳是直接通过电场作用移动带电粒子的运动方式，而电渗动是电场作用下溶液移动导致带电粒子迁移的运动方式。
在毛细管电泳中，还可以通过改变电场强度、改变毛细管材料和形状、调节溶液性质等方法，进一步优化分离效果。
毛细管电泳具有分离效率高、分析速度快、需样品量少等优点，是一种常用的分离和分析技术，广泛应用于化学、生物、医药等领域。
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检测系统
• 常用的检测方式是紫 外-可见光吸收.检测器 位于距样品盘约毛细 管总长的2/3~4/5处,对 毛细管壁内部分进行 光聚焦； • 此外，荧光，激光诱 导荧光，质谱等检测 方法也被应用于毛细 管电泳;
高效毛细管电泳仪实图
3.毛细管电泳基本分离原理
•毛细管的两端分别浸在含有电解质的储液槽中，管内也充满同 样的电解质,其中一端与检测器相连.当样品被引入后,便开始施 加电压，样品中各组分向检测器方向移动,溶质的迁移时间为:
电泳淌度（μep cm2/(V.s) ）带电粒子在毛细管中定向移动的速 度与所在电场强度之比；
1.基本概念
电渗流： 毛细管内壁表面的电荷所引起的管内液体的整体流动， 来源于外加电场对管壁溶液双电层的作用；
电渗流 方向
样品分子泳 动方向
１．使液体沿毛细管壁均匀移动； ２．使携带不同电性的分子均向负极移动， 中性分子也随着电渗流一起移动。
CE和HGP
• 目前，人类基因测序已基本完成，人类基因组计划进入后 基因组时代。但是，耗资巨大的HGP至少在现阶段并没 有产生原先设想的强大影响力。这是因为人类基因组图谱 并没有告诉我们所有基因的“身份”以及它们所编码的蛋 白质。人体内真正发挥作用的是蛋白质，蛋白质扮演着构 筑生命大厦的“砖块”角色，其中可能藏着开发疾病诊断 方法和新药的“钥匙”。“后基因时代”，一个以“蛋白 质组”为重点的生命科学的新时代到来，需要对蛋白质更 多的研究，毛细管电泳技术将发挥更大的作用。
电泳仪工作示意图
三.毛细管电泳的分离模式
毛细管电泳有多种分离模式，给样品分离提供了不同的 选择机会.根据分离原理可分为:
毛细管区带电泳
毛细管凝胶电泳 CE 胶束电动力学毛细管色谱 毛细管等电聚焦电泳
毛细管区带电泳
毛细管区带电泳(CZE)也 称为自由溶液毛细管电泳, 是毛细管电泳中最简单， 应用最广泛的一种形式。 其分离机理在于：不同离子 按照各自表面电荷密度的差 异也即淌度的差异,以不同的 速度在电解质中移动,而实现 分离。当然，中性物质的淌 度差为零,所以不能以这种形 式分离。
（Capillary ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱlectrophoresis,
毛细管电泳 CE
）
一.概述
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电泳是电解质中带电粒子在电场力作用下，以不同的速度向电 荷相反方向迁移的现象.利用这种现象对化学和生物化学组分进 行分离的技术称之为电泳技术。丛20世纪30~40年代起 ,相继发 展了多种基于抗对流介质的电泳技术(如纸电泳，凝胶电泳等).传 统的电泳技术由于受到焦耳热的限制，只能在低电场强度下进行 电泳操作，分离时间长，效率低.80年代初,细径毛细管被用于电 泳，由此产生了一种新型的分析技术——毛细管电泳。 • 毛细管电泳(CE)又称高效毛细管电泳(HPCE),是指离子或带 电粒子以毛细管为分离室,以高压直流电场为驱动力,依据样品中 各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的液相分离分析 技术。由于毛细管内径小，表面积和体积的比值大,易于散热， 因此毛细管电泳可以减少焦耳热的产生,这是CE和传统电泳技术 的根本区别。
CE应用举例---肽的分析
蛋白质
酶切
肽片段混合物
CZE 分离
特征性肽图
微 CE 量 制 备
整个蛋白质 的一级结构
分别测定各片段的氨基酸序列
参考文献
• 《仪器分析》,吴谋成主编,北京:科学出版社，2003 • 《现代生物样品分离分析方法》,张玉奎等编,北京:科学出版社,2003 • 《蛋白质化学与蛋白质组学》,夏其昌等编著,北京:科学出版社,2004 • 毛细管电泳技术发展及应用前景,王雅杰,张银等 • 毛细管电泳原理及在药学领域的应用,卞红平
四.CE技术的应用
• 毛细管电泳技术可检测多 • 毛细管电泳技术不仅 种样品，如血清、血浆、 在基础科学中得到广 尿样、脑脊液、红细胞、 泛应用，在临床医学 体液或组织及其实验动物 等领域的应用也有较 活体实验；且可分离分析 多应用。如临床疾病 多种组分，如核酸/核苷酸、 诊断、临床蛋白分析、 蛋白质/多肽/氨基酸、糖 临床药物监测、代谢 类/糖蛋白、酶、碱氨基酸、 研究、病理研究、同 微量元素、小的生物活性 工酶分析、PCR产物 分子等的快速分析，以及 分析、DNA片段及序 DNA序列分析和DNA合成 列分析等。 中产物纯度测定等
电渗流的 作用特点
２．毛细管电泳仪系统
电泳仪
进样系统 分离系统
检测系统 数据处理系统
Come on
进样系统
• 静压力进样和电动进样
• 进样体积一般在纳升级
• 进样长度必须控制在毛细 管总长度的1%~2%，否则 将影响分离效率
分离系统
• 毛细管:由熔融石英制成, 内径通常为25~75μm,外径 为350~400μm，有效长度 为80~100cm; • 恒温系统:控制柱温变化在 ±0.10C； • 高压电源:电流0~300μA电 压0~30KV,电压稳定性在 ±0.1%;
tm = Lt2/UV
其中，
U = Ue/Ueo
Lt---有效长度 V---施加电压 U---溶质总流速 Ue---电泳速度 Ueo---电渗流速度
可见，在毛细管长度一定，某时刻电压 相同的条件下，迁移时间决定于电泳速 度Ue和电渗流速度Ueo,而两者均随组分 的不同荷质比而异;所以，基于荷质比 的差异就可以实现组分的分离。
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CE开始主要用于蛋白质，多肽的分析,以 后逐渐被广泛应用于生物，化学，医药， 环保等领域。它具有分离效率高，分析速 度快，样品及试剂用量少,洁净无污染等特 点,和HPLC(高效液相色谱法)成为分析化学 中互补的技术。随着生命科学的发展，毛 细管电泳技术也有了广阔的发展空间.目前， 不同分离模式的毛细管电泳技术正成为最 重要的生物样品分离分析手段。
二.毛细管电泳基本原理
1.基本概念
有效长度 (Ld, cm)
迁移时间 (tm min)
毛细管的入口端到检测器窗口的距离；
带电粒子在电场作用下做定向移动的时间；
电泳速度（Ue cm/s） 在单位时间内，带电粒子在毛细管中定向 移动的距离； 电场强度(E V/cm) 在给定长度毛细管的两端施加一个电场后 所形成的电效应的强度；