毛细管电泳
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毛细管电泳法
毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis, CE
毛细管电泳是带电粒子在 电场力的驱动下，在毛细 管中按其淌度或和分配系 数不同进行高效、快速分 离的电泳新技术，也称为 高效毛细管电泳。
20世纪30－40年代 蒂塞利乌斯 (A.W.K.Tiselius） 建立了移动界面电泳，将电泳发 展成分离技术 获得1948年诺贝尔化学奖
实验中，只发生电泳时有效淌度
μef =υef ﹒ (L /V) =( l / tm )﹒(L /V)
毛细管有效长度
迁移时间 毛毛细管细电泳管法 总长度
电压
2 电泳和电渗
电渗
与固液界面的双电层有着密切的关系
在毛细管壁双电层的扩散层中的阳离子，相对于毛 细管壁的负电荷表面，形成一个圆筒形的阳离子鞘， 在电场作用下，溶剂化了的阳离子，沿滑动面与紧 密层作相对运动，携带着溶剂一起向阴极迁移，便 形成了电渗流（electroosmotic flow , EOF）。
1981年 J.W.Jorgenson,K.D.Lukacs实验上和理论 上为毛细管电泳的发展奠定了基础。 上一世纪后二十多年分析化学领域中发展最迅速的分离 分析方法。
主要内容
毛细管电泳的原理 分离模式 进样与检测 毛细管电泳的应用
一 毛细管电泳的原理
1 装置
电极 缓冲液
毛细管
数据处理
毛细管电泳法
2 电泳和电渗
µeo正比于Zeta电势和介质的 介电常数
改变电渗流的方法
反比于介质的黏度
Zeta电势正比于双电层厚度 和界面有效电荷密度
1. 改变外加径向电场
反比于介质的介电常数
2. 改变缓冲液成分和浓度
Zeta电势
3. 改变缓冲液pH 4. 加入添加剂
Capillary Electrophoresis, CE
毛细管电泳是带电粒子在 电场力的驱动下，在毛细 管中按其淌度或和分配系 数不同进行高效、快速分 离的电泳新技术，也称为 高效毛细管电泳。
20世纪30－40年代 蒂塞利乌斯 (A.W.K.Tiselius） 建立了移动界面电泳，将电泳发 展成分离技术 获得1948年诺贝尔化学奖
实验中，只发生电泳时有效淌度
μef =υef ﹒ (L /V) =( l / tm )﹒(L /V)
毛细管有效长度
迁移时间 毛毛细管细电泳管法 总长度
电压
2 电泳和电渗
电渗
与固液界面的双电层有着密切的关系
在毛细管壁双电层的扩散层中的阳离子，相对于毛 细管壁的负电荷表面，形成一个圆筒形的阳离子鞘， 在电场作用下，溶剂化了的阳离子，沿滑动面与紧 密层作相对运动，携带着溶剂一起向阴极迁移，便 形成了电渗流（electroosmotic flow , EOF）。
1981年 J.W.Jorgenson,K.D.Lukacs实验上和理论 上为毛细管电泳的发展奠定了基础。 上一世纪后二十多年分析化学领域中发展最迅速的分离 分析方法。
主要内容
毛细管电泳的原理 分离模式 进样与检测 毛细管电泳的应用
一 毛细管电泳的原理
1 装置
电极 缓冲液
毛细管
数据处理
毛细管电泳法
2 电泳和电渗
µeo正比于Zeta电势和介质的 介电常数
改变电渗流的方法
反比于介质的黏度
Zeta电势正比于双电层厚度 和界面有效电荷密度
1. 改变外加径向电场
反比于介质的介电常数
2. 改变缓冲液成分和浓度
Zeta电势
3. 改变缓冲液pH 4. 加入添加剂
毛细管电泳原理
01
02
03
蛋白质分离
毛细管电泳可以用于分离 蛋白质，如血红蛋白、免 疫球蛋白等，有助于研究 蛋白质结构和功能。
DNA分析
毛细管电泳可用于DNA片 段的分离和检测，如基因 突变、DNA序列分析等， 有助于遗传学研究和诊断。
药物筛选
毛细管电泳可用于药物筛 选，如新药开发、药物代 谢产物分析等，有助于药 物设计和优化。
电解质浓度。
电极材料与处理
电极材料
毛细管电泳中的电极通常由不锈钢、 金或铂金制成。不同材料对电解质的 响应不同，因此需要根据实验需求选 择适当的电极材料。
电极处理
电极在使用前需要进行适当的处理， 如抛光、清洗和镀膜等。这些处理步 骤可以确保电极表面的光洁度和活性 ，从而提高实验的准确性和稳定性。
检测方法与仪器
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳可以用于分析水、土 壤、空气中的污染物，如重金属、
农药残留等，有助于环境监测和 保护。
有机物分离
毛细管电泳可用于分离有机化合物， 如多环芳烃、酚类物质等，有助于 了解有机污染物的来源和分布。
放射性同位素分析
毛细管电泳可用于放射性同位素的 分析，如铀、钚等，有助于核工业 和核废料处理的安全管理。
微流控芯片毛细管电泳
总结词
微流控芯片毛细管电泳是一种将微流控 技术与毛细管电泳相结合的技术，利用 微通道网络进行高效、快速的分离分析 。
VS
详细描述
微流控芯片毛细管电泳的原理基于微流体 力学和电泳分离原理，通过在芯片上集成 微通道网络，实现样品在微通道内的快速 混合、分离和检测。该技术具有高效、快 速、高灵敏度等优点。
检测方法
毛细管电泳实验中，常用的检测方法 包括紫外-可见光谱法、荧光光谱法、 电化学法和质谱法等。这些方法可以 根据实验需求选择，以获得最佳的检 测效果。
毛细管电泳法
毛细管电泳法类型 —— 非胶毛细管电泳
指介质中以有机溶剂占主要部分，即表现为非水体
系的性质。能承受更高的操作电压产生的高电场， 有更高的分享效率，也可在不增大焦耳热的条件下
提高溶液中的离子浓度或增大毛细管的内径，从而
增大进样量。 优点：使用超大内径毛细管柱、快速分析、降低吸 附、提高分离选择性、有利于难溶于水及在水中不 稳定的化合物的分离、对中性物质的分离、对手性
.改变电渗最方便有用的方法 .可能会引起溶质组分电荷和结构的改变 .离子强度增加，电流和焦耳热增加 .低离子强度可能存在样品的吸附问题 .导电性与样品不同可能引起峰形畸变 .离子强度低，样品装载量小
缓冲溶 pH降低，电渗降低 液pH值 pH降低，电渗增加 离子强 度或缓 冲溶液 浓度 温度 有机改 性剂 离子强度增加， Zeta电位降低， 电渗降低
V=Vep+Veo=(μep + μeo ) ·E
毛细管电泳法仪器构造
毛细管电泳法仪器构造
毛细管柱是CE的核心部件，目前多为25~75μm之间， 材料为聚四氟乙烯、玻璃和弹性石英，以石英居多。 选择细内径毛细管柱有利于最大散热，但比表面积大， 会增加溶质的吸附作用。
高压电源：包括电源、电极和电极槽
温度改变1℃，黏度 .温度由仪器自动控制，常用方法 变化约2%--3% 改变Zeta电位和黏 度（降低电渗） .变化复杂，其影响宜通过实验测定 .可能改变选择性
毛细管电泳法基本原理
粒子在毛细管内电解质中的迁移速度等于电泳和电渗流（EOF） 两种速度的矢量和。正离子的运动方向和电渗流一致，故最先 流出；中性粒子的电泳流速度为“零”，故其迁移速度相当于 电渗流速度；负离子的运动方向和电渗流方向相反，但因电渗 流速度一般都大于电泳流速度，故它将在中性粒子之后流出， 从而因各种粒子迁移速度不同而实现分离。
毛细管电泳法
原理
在毛细管中施加电场，带电粒子在电场的作用下产生迁移，由于迁移速度与粒 子所带电荷、半径、质量等因素有关，因此不同粒子在电场中产生不同的迁移 速度，从而实现分离。
发展历程
01
02
03
1980年代初期
毛细管电泳法由 Jorgenson和Lukacs首次 提出并实验验证。
1980年代中期
该技术逐渐成熟，被广泛 应用于生物、医药、环境 等领域。
饮用水安全
毛细管电泳法能够检测饮用水中 的消毒副产物、有机污染物等， 保障饮用水安全。
在食品检测领域的应用
食品添加剂分析
毛细管电泳法能够分离和检测食品中 的添加剂，如色素、防腐剂等，有助 于食品安全监管。
营养成分分析
毛细管电泳法能够快速分析食品中的 营养成分，如氨基酸、维生素等，有 助于食品质量控制和营养评价。
核酸分析
毛细管电泳法能够分离和检测核酸片段，用于基 因诊断、基因表达研究和法医学鉴定。
3
临床检验
毛细管电泳法可用于检测体液中的小分子代谢物， 如氨基酸、糖类等，辅助临床诊断。
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳法能够分离和检测水 体、土壤中的有害物质，如重金 属、农药残留等，有助于环境监 测和污染治理。
在化学分析领域的应用
有机物分析
毛细管电泳法能够分离和检测有机化合物，如药物、染料等 ，在药物研发、化工生产等领域有广泛应用。
金属离子分析
毛细管电泳法能够高灵敏度地检测金属离子，如铅、汞、镉 等，可用于地质、冶金和环境等领域的研究。
谢谢
THANKS
加样
将处理好的样品加入毛 细管中，注意控制加样
量。
施加电压
启动电源，施加适当的 电压，使带电粒子在电
在毛细管中施加电场，带电粒子在电场的作用下产生迁移，由于迁移速度与粒 子所带电荷、半径、质量等因素有关，因此不同粒子在电场中产生不同的迁移 速度，从而实现分离。
发展历程
01
02
03
1980年代初期
毛细管电泳法由 Jorgenson和Lukacs首次 提出并实验验证。
1980年代中期
该技术逐渐成熟，被广泛 应用于生物、医药、环境 等领域。
饮用水安全
毛细管电泳法能够检测饮用水中 的消毒副产物、有机污染物等， 保障饮用水安全。
在食品检测领域的应用
食品添加剂分析
毛细管电泳法能够分离和检测食品中 的添加剂，如色素、防腐剂等，有助 于食品安全监管。
营养成分分析
毛细管电泳法能够快速分析食品中的 营养成分，如氨基酸、维生素等，有 助于食品质量控制和营养评价。
核酸分析
毛细管电泳法能够分离和检测核酸片段，用于基 因诊断、基因表达研究和法医学鉴定。
3
临床检验
毛细管电泳法可用于检测体液中的小分子代谢物， 如氨基酸、糖类等，辅助临床诊断。
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳法能够分离和检测水 体、土壤中的有害物质，如重金 属、农药残留等，有助于环境监 测和污染治理。
在化学分析领域的应用
有机物分析
毛细管电泳法能够分离和检测有机化合物，如药物、染料等 ，在药物研发、化工生产等领域有广泛应用。
金属离子分析
毛细管电泳法能够高灵敏度地检测金属离子，如铅、汞、镉 等，可用于地质、冶金和环境等领域的研究。
谢谢
THANKS
加样
将处理好的样品加入毛 细管中，注意控制加样
量。
施加电压
启动电源，施加适当的 电压，使带电粒子在电
§4.5毛细管电泳
电渗淌度与硅氧层表面的电荷密度成正比，与离子 强度的平方根成反比。在低pH条件下，硅氧层形 成分子（Si-OH），因而减少了表面电荷密度，故 电渗速度减小。如在pH 9的硼砂缓冲液中电渗速 度约2 mm s-1，而在pH 3介质中电渗速度减小约一 个数量级。影响电渗的一个重要因素是毛细管中因 电流作用产生的焦耳热，能使得柱中心的温度高于
app ep eo
根据以上的讨论，带正电荷的离子的μep＞0，μeo＞0， 故μapp总是为正号，离子向阴极移动；而带负电荷 的离子受电泳流的影响被阴极排斥，μep＜0，在高 pH条件下，若μeo＞μep，μapp仍为正号，离子仍然可 向阴极移动，但在低pH条件下，μapp可为负号，离 子将向反方向移动。此时必须改变电场方向，方可
0.5psi)附近。
进样时间的取值在1～5s之间，有时可超过60s。利 用压缩空气如钢瓶气可以实现正压进样，并能和毛 细管清洗系统共享，多为商品仪器采用。负压进样 需要特别精密的控制设计，容易因泄露等原因出现 不重复进样。正、负压进样都需要密封技术。压力 进样没有进样歧视现象，但选择性差，样品及其背
电渗流的另一个特点是可以使几乎所有的样品组分 不管带电不带电、电荷大小、带负电还是带正电都 以同样的方向移动。各自组分在毛细管中的流出时 间（迁移时间）取决于电渗流速度和组分电泳速度 的矢量和。在一般情况下，电渗流方向从阳极到阴 极，且电渗速度大于电泳速度，所以阴离子（除无 机离子）也在阴极流出。因此，合理地利用电渗流 可以使阳离子、中性分子、阴离子实现同时分离分 析。
电动进样对毛细管内的填充介质没有特别限制， 属普适性方法，可实现完全自动化操作，也是商 品仪器必备的进样方法。不过电动进样对离子组 分存在进样偏向，即迁移速度大者多进，小者少 进或不进，这就是所谓的进样歧视现象，这种现
毛细管电泳
• 后来，Mikkers等首先从理论上研究了电 场聚焦现象及其对分离区带扩展的影响， 随后在实验上用200μm内径的聚四氟乙烯 管实现了高效电泳分离，这项研究成为 CZE发展史上的第一个重大突破。
• 从二十世纪八十年代初开始，Jorgenson 等使用更细的毛细管及内径为75μm的熔 融石英管做CZE，在30kV电压下每米毛 细管的效率高达4×105的理论塔板数， 这一开创性的成果成为毛细管电泳发展
3．应用领域的不断扩展
• 与传统电泳一样，CE的主要应用领域是生命科 学，分离对象涉及氨基酸，多肽，蛋白质，核 酸等生物分子，对蛋白质结构分析具有重要意 义的肽图，对人体基因工程具有决定性作用的 DNA测序等许多当代生命科学中分离分析难题， CE都已涉及。
• 在应用于生命科学的同时，CE近年来已迅速扩 展到其它领域，包括食品化学，药物化学，环 境化学，毒物学，医学和法医学等，特别是在 手性分子和生物大分子的分离方面，CE具有独 特的优势。
以电场力驱动产生的EOF，与HPLC 中靠外部泵压产生的液流不同。EOF 的流型属扁平流型或称“塞流”。扁 平型的塞子流不会引起样品区带的增 宽，是毛细管电泳高效的重要原因 。
HPLC的流型则是抛物线状的 层流，它在壁上的速度为零，中心 速度为平均速度的2倍。
Van Deemter方程：
HAB/u Cu
• 目前，CE的研究热点包括：DNA的高速 测序，蛋白质的高效分离，糖类分析， 细胞分析，手性拆分等等。此外，毛细 管电泳还可用于物理化学常数的测定， 生产工程控制等。
历史的简单回顾
• 瑞典科学家Tiselius在1937年首先提出电泳，创 造了Tiselius电泳仪，并建立了移动界面电泳方 法。1948年他获得了诺贝尔化学奖。
• 从二十世纪八十年代初开始，Jorgenson 等使用更细的毛细管及内径为75μm的熔 融石英管做CZE，在30kV电压下每米毛 细管的效率高达4×105的理论塔板数， 这一开创性的成果成为毛细管电泳发展
3．应用领域的不断扩展
• 与传统电泳一样，CE的主要应用领域是生命科 学，分离对象涉及氨基酸，多肽，蛋白质，核 酸等生物分子，对蛋白质结构分析具有重要意 义的肽图，对人体基因工程具有决定性作用的 DNA测序等许多当代生命科学中分离分析难题， CE都已涉及。
• 在应用于生命科学的同时，CE近年来已迅速扩 展到其它领域，包括食品化学，药物化学，环 境化学，毒物学，医学和法医学等，特别是在 手性分子和生物大分子的分离方面，CE具有独 特的优势。
以电场力驱动产生的EOF，与HPLC 中靠外部泵压产生的液流不同。EOF 的流型属扁平流型或称“塞流”。扁 平型的塞子流不会引起样品区带的增 宽，是毛细管电泳高效的重要原因 。
HPLC的流型则是抛物线状的 层流，它在壁上的速度为零，中心 速度为平均速度的2倍。
Van Deemter方程：
HAB/u Cu
• 目前，CE的研究热点包括：DNA的高速 测序，蛋白质的高效分离，糖类分析， 细胞分析，手性拆分等等。此外，毛细 管电泳还可用于物理化学常数的测定， 生产工程控制等。
历史的简单回顾
• 瑞典科学家Tiselius在1937年首先提出电泳，创 造了Tiselius电泳仪，并建立了移动界面电泳方 法。1948年他获得了诺贝尔化学奖。
毛细管电泳法
电极槽和毛细管内的溶液为缓冲液，可以加入有机溶剂作为改性剂，以及加入表面活性剂，称作运行缓冲液。 运行缓冲液使用前应脱气。电泳谱中各成分的出峰时间称迁移时间。胶束电动毛细管色谱中的胶束相当于液相色 谱的固定相，但它在毛细管内随电渗流迁移，故容量因子为无穷大的成分最终也随胶束流出。其他各种参数都与 液相色谱所用的相同。
此外，还有一类基于芯片的二维分离系统主要应用于蛋白质酶解物的分离分析。
除上述分离模式外，芯片自由流电泳也是芯片电泳分离蛋白质的重要方法。芯片自由流电泳是指在芯片中通 过外加电场使样品随缓冲液连续流动的同时沿电场方向进行电迁移，从而按照电泳淌度不同实现分离的电泳分离 模式。Raymond等采用芯片自由流电泳模式分离了人血清蛋白、缓激肽和核糖核酸酶A，其分离长度为3.1 cm，流 出时间为62 S。Kobayashi等采用自由流电泳的分离模式在一个体积为56.5 mm×35 mm×30 mm的微分离室 (60uL)中实现了持续的蛋白质分离，并用羟丙基甲基纤维素涂覆来抑制蛋白质吸附，在25 min内有效分离了细胞 色素C和肌红蛋白。最近，Kohl．heyer等H 3。制作了一种自由流等电聚焦分离蛋白质的玻璃芯片，成功地将人 血清白蛋白(pI=4.4)与等电聚焦标记物(pH 3和9)分离。
仪器要求
所用的仪器为毛细管电泳仪。正文中凡采用毛细管电泳法测定的品种，其所规定的测定参数，除分析模式、 检测方法(如紫外光吸收或荧光检测器的波长、电化学检测器的外加电位等)应按照该品种项下的规定外，其他参 数如毛细管内径、长度、缓冲液的pH值、浓度、改性剂添加量、运行电压或电流的大小、运行的时间长短、毛细 管的温度等，均可参考该品种项下规定的数据，根据所用仪器的条件和预试验的结果，进行必要的调整。
检测方法
毛细管电泳通常用到的检测方法有吸收光谱，荧光光谱，热镜，拉曼光谱，质谱和电化学方法。
此外，还有一类基于芯片的二维分离系统主要应用于蛋白质酶解物的分离分析。
除上述分离模式外，芯片自由流电泳也是芯片电泳分离蛋白质的重要方法。芯片自由流电泳是指在芯片中通 过外加电场使样品随缓冲液连续流动的同时沿电场方向进行电迁移，从而按照电泳淌度不同实现分离的电泳分离 模式。Raymond等采用芯片自由流电泳模式分离了人血清蛋白、缓激肽和核糖核酸酶A，其分离长度为3.1 cm，流 出时间为62 S。Kobayashi等采用自由流电泳的分离模式在一个体积为56.5 mm×35 mm×30 mm的微分离室 (60uL)中实现了持续的蛋白质分离，并用羟丙基甲基纤维素涂覆来抑制蛋白质吸附，在25 min内有效分离了细胞 色素C和肌红蛋白。最近，Kohl．heyer等H 3。制作了一种自由流等电聚焦分离蛋白质的玻璃芯片，成功地将人 血清白蛋白(pI=4.4)与等电聚焦标记物(pH 3和9)分离。
仪器要求
所用的仪器为毛细管电泳仪。正文中凡采用毛细管电泳法测定的品种，其所规定的测定参数，除分析模式、 检测方法(如紫外光吸收或荧光检测器的波长、电化学检测器的外加电位等)应按照该品种项下的规定外，其他参 数如毛细管内径、长度、缓冲液的pH值、浓度、改性剂添加量、运行电压或电流的大小、运行的时间长短、毛细 管的温度等，均可参考该品种项下规定的数据，根据所用仪器的条件和预试验的结果，进行必要的调整。
检测方法
毛细管电泳通常用到的检测方法有吸收光谱，荧光光谱，热镜，拉曼光谱，质谱和电化学方法。
毛细管电泳法
毛细管电泳法简介毛细管电泳法是一种常用于分离和检测化学物质的分析技术。
它基于样品在电场作用下在毛细管中的迁移速度的差异，利用电泳现象进行分离。
该方法具有分离效果好、分析速度快、样品消耗少等优点，被广泛应用于生物、环境、食品等领域的分析研究。
原理毛细管电泳法的基本原理是利用电场作用下带电粒子在毛细管中的迁移速度差异分离物质。
当样品通过直径较小的毛细管时，由于电场的作用，带电物质会在毛细管中产生电泳迁移。
迁移速度快的物质会较早到达检测器位置，而迁移速度慢的物质则会滞留在毛细管中，从而实现了物质的分离。
毛细管电泳法主要利用了物质在电场、毛细管中的迁移速度与其电荷、粒径、溶剂性质等因素之间的关系。
其中，电荷是最重要的因素之一。
毛细管电泳法可分为两种类型：正交电泳和非正交电泳。
正交电泳主要用于带电物质的分离，而非正交电泳则用于非带电物质的分离。
操作步骤1. 准备工作在进行毛细管电泳实验之前，需要准备好以下实验器材和试剂：•毛细管电泳仪•毛细管•电解质缓冲液•样品溶液2. 设置电泳条件根据实验需要，设置好合适的电场强度、电解液pH值和缓冲液浓度等参数。
这些参数的选择对于实验结果的准确性和分离效果的好坏至关重要。
3. 毛细管填充将毛细管浸入缓冲液中，通过电力作用使缓冲液进入毛细管，直至毛细管完全填充。
4. 样品进样通过微量注射器将样品溶液缓慢注入毛细管，注意避免气泡的产生。
5. 开始电泳将毛细管两端插入正、负电极中，开启电源，开始电泳过程。
6. 结果分析根据实验需要，可以选择不同的检测方法进行结果分析，如紫外检测、荧光检测等。
应用领域毛细管电泳法广泛应用于生物、环境、食品等领域的分析研究。
具体的应用包括：1.蛋白质分析：毛细管电泳法可用于蛋白质的分离和定量分析，对于药物研发、生物学研究等具有重要意义。
2.DNA分析：毛细管电泳法可以用于DNA序列分析、基因突变检测、DNA测序等领域，对于遗传学研究、法医学等具有重要意义。
毛细管电泳法
毛细管电泳法概述毛细管电泳法是一种分离和测定化合物的方法，主要通过在毛细管中施加电场，利用化合物在电场作用下的电荷性质和分子大小来实现分离。
毛细管电泳法具有快速、高效、高分辨率、高灵敏度和易于自动化等特点，广泛应用于生命科学、化学分析和药物研发等领域。
原理毛细管电泳法的原理基于化合物在溶液中的电荷性质和分子大小。
在毛细管中施加电场后，带正电荷的化合物（称为阳离子）会向负极移动，带负电荷的化合物（称为阴离子）会向正极移动。
此外，较小的分子会比较大的分子更快地移动。
毛细管电泳法通常涉及两种类型：区域电泳和溶剂前移电泳。
区域电泳区域电泳是毛细管电泳法中常用的方法。
在区域电泳中，毛细管中的电场强度不均匀，其中一个区域的电场强度较弱，另一个区域的电场强度较强。
样品被注入到电场强度较弱的区域，然后通过施加电场使样品向较强的电场区域移动。
不同化合物的迁移速度取决于它们的电荷和分子大小，因此可以实现化合物的分离。
溶剂前移电泳溶剂前移电泳是另一种常用的毛细管电泳法。
在溶剂前移电泳中，毛细管中的电场强度是均匀的。
样品被注入到毛细管中，然后施加电场使样品移动。
不同化合物的迁移速度取决于它们在溶剂中的溶解度和电荷性质，因此可以实现化合物的分离。
仪器和操作步骤进行毛细管电泳法需要一些特定的仪器和材料，如毛细管电泳仪、毛细管、高电压电源、样品注射器、电解质缓冲液等。
下面是一般的操作步骤：1.准备工作：检查仪器是否正常工作，准备所需的电解质缓冲液和样品。
2.毛细管准备：将毛细管切割为适当长度，并连接到毛细管电泳仪。
3.缓冲液填充：将电解质缓冲液注入毛细管的两端，确保整个毛细管都充满缓冲液。
4.样品注射：使用样品注射器将待分离的样品缓慢而均匀地注入到毛细管中。
注射点距离电极一定距离。
5.施加电场：从高电压电源上施加适当的电场，在实验过程中保持稳定电场。
6.记录结果：观察样品的迁移情况，根据需要调整电场强度和时间，记录分离结果。
毛细管电泳
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。
七、 应用 1、离子分析
2、药物分析
采用MEKC模式， 鉴定违禁药物； 效果优于HPLG法
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
ห้องสมุดไป่ตู้
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
（3）中性分子在胶束相和溶液（水相）间分配，疏 水性强的组分与胶束结合的较牢，流出时间长；
（4）可用来分离中性物质。 （5）色谱与电泳分离模式的结合。
4、 毛细管电色谱 CEC
在毛细管壁上键合或涂渍高效液相色谱的固定 液，以电渗流为流动相，试样组分在两相间的分配 为分离机理的电动色谱过程
固定相：依HPLC理论和经验选择，反相应用多 缓冲液：水溶液或有机溶液。
三、高效毛细管电泳分析
技术上的重要改进：
➢ 采用了0.05mm内径的毛细管 ➢ 采用了高达数千伏的电压
特点：
A、分离效率高：104理论塔板数，接近GC 空心管，无固定液，H = B/u；流型不同
B、 分离速度快：优于LC，接近GC C、进样量少：nL
四、分离过程
电泳：带电粒子在电场作用下迁移 电渗：溶剂在电场作用下的单向流动
最基本、应用广的分离模式
第三章毛细管电泳法
一、毛细管区带电泳
（Capillary zone electrophoresis , CZE） 带电粒子的迁移速度=电泳和电渗流速度的矢量和。 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,在这种情况下,不但可以 按类分离,同种类离子由于差速迁移 被相互分离。 CZE是最基本、应用广的分离模式；
第二节 毛细管电泳基础理论
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一、电泳流
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。
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电泳时，不同离子在电场中具有不同的定向迁移 速度，迁移速度与哪些因素有关？
淌度(μ）：单位电场下的电泳速度。 绝对淌度：在无限稀释溶液中测得的淌度。 有效电泳淌度：在实际溶液中测得的淌度。
加入有机溶剂如甲醇、乙腈，使电渗流增大。
三、CE中的参数与关系式
1.迁移时间（保留时间） CE兼具有电化学的特性和色谱分析的特性。有关色谱理 论也适用。 ldet ldet ldet ltot t ap ap E ap V
Vap是表观迁移速度；μap是表观淌度；ldet 是毛细管有效长度； ltot 是毛细管总长度
毛细管内径一般为20～100μm。
3.缓冲液池
化学惰性，机械稳定性好；
4.检测器
要求：具有极高灵敏度，可柱端检测； 检测器、数据采集与计算机数据处理一体化； 类型 紫外-可见 检测限/mol 10-13～10-15 特点 加二极管阵列，光谱信息
毛细管电泳
带电粒子在直流电场作用下于一定介质（溶剂）中所发生的定向运动称为电泳。单位电场下的电泳速度称为 淌度。在无限稀释溶液中（稀溶液数据外推）测得的淌度称为绝对淌度。
电场中带电离子运动除了受到电场力的作用外，还会受到溶剂阻力的作用。一定时间后，两种力的作用就会 达到平衡，此时离子作匀速运动，电泳进入稳态。实际溶液的活度不同，特别是酸碱度的不同，所以样品分子的 离解度不同，电荷也将发生变化，这时的淌度可称为有效电泳淌度。一般来说，离子所带电荷越多、离解度越大、 体积越小，电泳速度就越快。
基础理论
Zeta电势
双电层
淌度
双电层是指两相之间的分离表面由相对固定和游离的两部分离子组成的。
双电层是与表面异号的离子层，凡是浸没在液体中的界面都会产生双电层。在毛细管电泳中，无论是带电粒 子的表面还是毛细管管壁的表面都有双电层。
电介质溶液中，任何带电粒子都可被看成是一个双电层系统的一部分，离子自身的电荷被异号的带电离子中 和，这些异号离子中有一些被不可逆的吸附到离子上，而另一些则游离在附近，并扩散到电介质中进行离子交换。 “固定”离子有一个切平面，它和离得最近的离子之间的电势则被称之为离子的Zeta电势。
电渗、电渗流和表观淌度电渗是推动样品迁移的另一种重要动力。所谓电渗是指毛细管中的溶剂因轴向直流 电场作用而发生的定向流动。电渗是由定域电荷引起。定域电荷是指牢固结合在管壁上、在电场作用下不能迁移 的离子或带电基团。在定域电荷吸引溶液中的反号离子并与其构成的双电层，致使溶剂在电场作用（以及碰撞作 用）下整体定向移动而形成电渗流（毛细管中的电渗流为平头塞状）。
毛细管电泳仪度随pH的升高而升高，电渗流也随之升高。因此，pH为分离条件优化时不可忽视的因素。
在CE中，分离电压也是控制电渗的一个重要参数。高电压是实现CE快速、高效的前提，电压升高，样品的迁 移加大，分析时间缩短，但毛细管中焦耳热增大，基线稳定性降低，灵敏度降低；分离电压越低，分离效果越好， 分析时间延长，峰形变宽，导致分离效率降低。因此，相对较高的分离电压会提高分离度和缩短分析时间，但电 压过高又会使谱带变宽而降低分离效率。电解质浓度相同时，非水介质中的电流值和焦耳热均比水相介质中小得 多，因而在非水介质中允许使用更高的分离电压。
第五章毛细管电泳
对于熔硅或聚四氟乙烯材质的毛细管，管 壁上的zeta电势是毛细管电泳中的一个重要 参数，对控制电渗流、优化毛细管分离有重 要意义。
毛细管电泳中的zeta电势
第二种：荷电粒子表面上的zeta电势
在电介质中，任何带电粒子都可以被看成 是一个偶电层系统的一部分。在这个系统中， 粒子自身的电荷被异号的带电离子中和，这些 异号离子中有一些被不可逆地吸附到粒子上， 而另一些则游离在附近，并扩散到电介质中进 行离子交换。“固定”离子有一个切平面，它 和离得最近的游离离子间的电势称为粒子的 zeta电势。
各种电泳的主要应用方向
小型离子: CZE CITP 小分子: MECC CZE CITP 肽类 : CZE MECC CIEF CITP CGE 蛋白质: CZE CGE CIEF CITP 低聚核苷酸 : CGE MEKC DNA :CGE
毛 细 管 电 泳 仪
毛细管电泳仪的基本结构
毛细管电泳系统包括：进样、填灌/清洗、电流回 路、毛细管/温度控制、检测/记录/数据处理等部分
毛细管电泳是在散热效率极高的毛细管内进行， 它可以加上 0 ～ 30 KV 的高电压进行分离，达 到快速、高效
毛细管电泳的特点
毛细管的特点 容积小，以100㎝长、75μ m内径的毛细管计， 容积仅为4.4 μ l 侧面/截面积比大，使毛细管散热快，能承受 100 ～ 1000V/cm的高电场 能使用自由溶液、凝胶等作为支持介质 在溶液介质下能产生平面形状的电渗流
分析与微量制备
手性/异构体拆分
方法简单化 改善分辨率 快速 成本降低 方法开发过程简单
碱性药物分析—19种混合碱性药物的质量 控制分析
在其它药物分析中的应用
主成分的定量测定 痕量杂质检测 中药材成分分析/指纹图谱 中药复方制剂中化学成分测定 药物计量离子配比测定 药物代谢产物测定 药物与蛋白质的相互作用研究 滥用药物测定 药厂质控
毛细管电泳中的zeta电势
第二种：荷电粒子表面上的zeta电势
在电介质中，任何带电粒子都可以被看成 是一个偶电层系统的一部分。在这个系统中， 粒子自身的电荷被异号的带电离子中和，这些 异号离子中有一些被不可逆地吸附到粒子上， 而另一些则游离在附近，并扩散到电介质中进 行离子交换。“固定”离子有一个切平面，它 和离得最近的游离离子间的电势称为粒子的 zeta电势。
各种电泳的主要应用方向
小型离子: CZE CITP 小分子: MECC CZE CITP 肽类 : CZE MECC CIEF CITP CGE 蛋白质: CZE CGE CIEF CITP 低聚核苷酸 : CGE MEKC DNA :CGE
毛 细 管 电 泳 仪
毛细管电泳仪的基本结构
毛细管电泳系统包括：进样、填灌/清洗、电流回 路、毛细管/温度控制、检测/记录/数据处理等部分
毛细管电泳是在散热效率极高的毛细管内进行， 它可以加上 0 ～ 30 KV 的高电压进行分离，达 到快速、高效
毛细管电泳的特点
毛细管的特点 容积小，以100㎝长、75μ m内径的毛细管计， 容积仅为4.4 μ l 侧面/截面积比大，使毛细管散热快，能承受 100 ～ 1000V/cm的高电场 能使用自由溶液、凝胶等作为支持介质 在溶液介质下能产生平面形状的电渗流
分析与微量制备
手性/异构体拆分
方法简单化 改善分辨率 快速 成本降低 方法开发过程简单
碱性药物分析—19种混合碱性药物的质量 控制分析
在其它药物分析中的应用
主成分的定量测定 痕量杂质检测 中药材成分分析/指纹图谱 中药复方制剂中化学成分测定 药物计量离子配比测定 药物代谢产物测定 药物与蛋白质的相互作用研究 滥用药物测定 药厂质控
仪器分析毛细管电泳法
第五章 毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis
本章要求
⒈ 了解电泳、淌度、电渗的概念 ⒉ 了解毛细管电泳仪的结构 ⒊ 了解六种毛细管电泳分离模式
毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE） 又称高效毛细管电泳（HPCE），是以毛细管为分离通道、 以高压直流电场为驱动力的液相分离技术。
根据各组分荷质比不同而分离。背景电解质仅起
传导电流的作用。
t＝0
t＞0
2. 毛细管等速电泳（CITP）
使用两种电解质：一种为迁移率较高的前导离子L电解 质，一种为迁移率较低的尾随离子T电解质，被分离组分夹在L 与T之间，以同一速度运动，由于迁移率不同而分离。
3. 毛细管等电聚焦 (CIEF)
基本操作步骤：进样、聚焦和迁移，用于生物大分子的分 离。
在毛细管中电渗速度可比电泳速度大一个数量级，所以能 实现样品组分同向泳动。正离子的运动方向和电渗流一致， 最先流出；中性粒子的电泳流速度为“零”，其迁移速度 相当于电渗流速度；负离子的运动方向和电渗流方向相反， 但因电渗流速度一般都大于电泳速度，在中性粒子之后流 出，从而因各种粒子迁移速度不同而实现分离。
3. 检测系统
紫外-可见检测器 ；激光诱导荧光检测器；电化学检测器。
4. 数据处理系统
5.3 毛细管电泳分离模 式
6种分离模式： 毛细管区带电泳CZE 毛细管等速电泳CITP 毛细管等电聚焦CIEF 毛细管电色谱CEC 胶束电动毛细管色谱MECC 毛细管凝胶电泳CGE
1. 毛细管区带电泳 (CZE) 用CZE时，整个系统用一种缓冲溶液 (背景电解质)，
碱
酸
碱
酸
毛细管等电聚焦电泳的运行过程 (a)进样；(b)聚焦；(c)迁移
Capillary Electrophoresis
本章要求
⒈ 了解电泳、淌度、电渗的概念 ⒉ 了解毛细管电泳仪的结构 ⒊ 了解六种毛细管电泳分离模式
毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE） 又称高效毛细管电泳（HPCE），是以毛细管为分离通道、 以高压直流电场为驱动力的液相分离技术。
根据各组分荷质比不同而分离。背景电解质仅起
传导电流的作用。
t＝0
t＞0
2. 毛细管等速电泳（CITP）
使用两种电解质：一种为迁移率较高的前导离子L电解 质，一种为迁移率较低的尾随离子T电解质，被分离组分夹在L 与T之间，以同一速度运动，由于迁移率不同而分离。
3. 毛细管等电聚焦 (CIEF)
基本操作步骤：进样、聚焦和迁移，用于生物大分子的分 离。
在毛细管中电渗速度可比电泳速度大一个数量级，所以能 实现样品组分同向泳动。正离子的运动方向和电渗流一致， 最先流出；中性粒子的电泳流速度为“零”，其迁移速度 相当于电渗流速度；负离子的运动方向和电渗流方向相反， 但因电渗流速度一般都大于电泳速度，在中性粒子之后流 出，从而因各种粒子迁移速度不同而实现分离。
3. 检测系统
紫外-可见检测器 ；激光诱导荧光检测器；电化学检测器。
4. 数据处理系统
5.3 毛细管电泳分离模 式
6种分离模式： 毛细管区带电泳CZE 毛细管等速电泳CITP 毛细管等电聚焦CIEF 毛细管电色谱CEC 胶束电动毛细管色谱MECC 毛细管凝胶电泳CGE
1. 毛细管区带电泳 (CZE) 用CZE时，整个系统用一种缓冲溶液 (背景电解质)，
碱
酸
碱
酸
毛细管等电聚焦电泳的运行过程 (a)进样；(b)聚焦；(c)迁移
毛细管电泳
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。
18
19
(4)温度的影响
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； HPCE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%；
R 2(t2 t1) W2 W1
23
9 影响分离效率的因素——区带展宽
(1)纵向扩散的影响
在HPCE中，纵向扩散引起的峰展宽：σ2=2Dt
由扩散系数和迁移时间决定。大分子的扩散系数小，可 获得更高的分离效率，大分子生物试样分离的依据。
(2)进样的影响
当进样塞长度太大时，引起的峰展宽大于纵向扩散。分 离效率明显下降；理想情况下，进样塞长度：
1948年，获诺贝尔化学奖；
2
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。
3
毛细管电泳发展概述
c 加入有机溶剂如甲醇、乙腈，使 电渗流增大。
21
8 HPCE中的参数与关系式
(1)迁移时间（保留时间）
HPCE兼具有电化学的特性和色谱分析的特性。有关色谱 理论也适用。
t Lef Lef Lef L
ap ap E ap V
V—外加电压；L—毛细管总长度；
(2)分离效率（塔板数）
毛细管电泳
种现象称为电渗流，用EOF表示。
一般情况下，电渗流的运动方向与电泳运动方向相反，
电渗流迁移速度与电泳速度一样，受电场强度、溶液粘度， Zeta电势等因素有关联。电渗速度(Veo)的表达式为： 电渗流迁移速度Veo = ── E 4 : 电解常数 : 毛细管壁与表面平切面的Zeta电势 ：缓冲液黏度
(5)电势(Zeta Potential) 参与形成双电层被毛细管表面吸附的一层离子与溶液中的 游离阳离子之间会产生一个电势，称为毛细管壁Zeta电势 。毛细管壁为高电位区，中心点为低电位区，毛细管的半 径越大电位差越大，形成的电势越大。
(6)电渗流(Electroosmetic Flow) 用EOF表示 在高电压下毛细管电泳溶液中的正电荷与毛细管内壁表面 上的负电荷之间相互作用，导致流体朝负极方向运动，这
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。
(1)毛细管性质
不同材质制成的毛细管性能有所不同，
聚四氟乙烯毛细管：电渗小，但性能不太稳定。
普通玻璃毛细管：价格便宜，但电渗大，吸附作用大。 石英玻璃毛细管：性能稳定，电渗较大，但也有一定的 吸附。 (2)型号 细管（内经2－5m） 中粗管（内径 25－75m）
粗管（内径100－250m）
(3)毛细管的改性：
今后发展新型的毛细管电泳分离模式提供了依据。
1987年H.Jerten把等电聚焦电泳、凝胶电泳引入到毛细管 电泳中。 1989年改用10-25m的毛细管电泳,并获得满意的分离效果 1994 年又推出了 2 － 5m 的毛细管柱，使得毛细管电泳在 分析领域有了很大的发展。
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（Capillary Electrophoresis,
毛细管电泳 CE
）
一.概述
•
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。
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%;
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。
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
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。
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。
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。
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；
•
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。
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
back
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:
毛细管电泳 CE
）
一.概述
•
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。
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%;
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。
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
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。
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。
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。
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；
•
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。
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
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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: