毛细管电泳分离技术PPT
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高效毛细管电泳分离氨基酸PPT课件
影响（2～3点即可）。(一) • 查阅文献，请简述毛细管整体柱(电色谱)的制柱方法（1种即可）(11)。
壳聚糖
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感谢您的观看！
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4 姚老师的课题——毛细管电色谱分离手性化 合物
• 毛细管电色谱兼具HPCE的高效性和HPLC固定相具有高选择性的特点； • 分类：开管柱、填充柱、整体柱；
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5 习题
• 请用电渗的原理确定推测本实验中两个样品的出峰顺序。 （四）
• 请以本实验为例列举两种色谱定性方法。(十)
• 若提高本实验的缓冲液中的磷酸二氢钠的浓度，请推测电渗
流会产生何种变化，并且此变化会对样品的检测产生何种影
响？(五)
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• 请解释下列名词：电泳、电渗（双电层、定域电荷）、淌度。(第六组) • 若将本实验的缓冲液改成壳聚糖－乙酸缓冲液（壳聚糖在电解液中带正
Leabharlann Baidu电），请推测电渗流和出峰顺序会产生何种变化？(第八组) • 请简述样品在毛细管电泳中的分离原理。 • 查阅文献，请简述毛细管电泳中样品的分离会受到那些因素的影响及如何
• 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为：
ν+ =ν电渗流 + ν电泳 ν- =ν电渗流 – ν电泳 一致ν；0 =ν电渗流
阳离子运动方向与电渗流一致； 阴离子运动方向与电渗流相反；
壳聚糖
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4 姚老师的课题——毛细管电色谱分离手性化 合物
• 毛细管电色谱兼具HPCE的高效性和HPLC固定相具有高选择性的特点； • 分类：开管柱、填充柱、整体柱；
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5 习题
• 请用电渗的原理确定推测本实验中两个样品的出峰顺序。 （四）
• 请以本实验为例列举两种色谱定性方法。(十)
• 若提高本实验的缓冲液中的磷酸二氢钠的浓度，请推测电渗
流会产生何种变化，并且此变化会对样品的检测产生何种影
响？(五)
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• 请解释下列名词：电泳、电渗（双电层、定域电荷）、淌度。(第六组) • 若将本实验的缓冲液改成壳聚糖－乙酸缓冲液（壳聚糖在电解液中带正
Leabharlann Baidu电），请推测电渗流和出峰顺序会产生何种变化？(第八组) • 请简述样品在毛细管电泳中的分离原理。 • 查阅文献，请简述毛细管电泳中样品的分离会受到那些因素的影响及如何
• 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为：
ν+ =ν电渗流 + ν电泳 ν- =ν电渗流 – ν电泳 一致ν；0 =ν电渗流
阳离子运动方向与电渗流一致； 阴离子运动方向与电渗流相反；
毛细管电泳基本原理和构造ppt
行的。离子在电场下的移动速度为：
v u E
e
v—离子迁移速度 µ e—电泳迁移率，单位电场下离子的移动速度
在稳定的电泳状态下电场力和摩擦力大小相等、方向相反，即：
qE 6Rv
q q uE f 6R
q 离子电荷
（2.6）
介质黏度 R 离子半径
方程（2.6）表明半径小、电荷高的组分具有大的迁移率，而半径大、电荷低的组 分具有小的迁移率。 在通常的物理参数表中查到的是无限稀释完全电离条件下的电泳迁移率（绝对迁 移率），实验中测得的迁移率称为有效迁移率，与缓冲溶液组成、pH值等有关。
毛细管区带电泳 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， 相当于高效液相色谱和气相色谱中的保留 时间。
前三种属于区带电泳，当以缓冲溶液作为载体电解质，即 为FSCE;以胶束溶液作为载体电解质，即为MECC;以凝胶作为载 体电解质，即为CGE. 二.迁移时间和迁移率 组分从进样点迁移到检测点所需要的时间称为迁移时间， 等于移动的距离除以速度。在电渗存在时，测得为表观迁移率。
根据分离原理不同，可分为五种Biblioteka Baidu离模式：
毛细管电泳模式 自由溶液毛细管电泳(FSCE) 毛细管胶束电动色谱(MECC) 毛细管凝胶电泳(CGE) 毛细管等电聚焦(CIEF) 毛细管等速电泳(CITP)
毛细管电泳分析解析PPT课件
第17页/共61页
(3)电渗的反作用力： 在电场的作用下，双电层中的水合阳离子引起流体整体地 朝负极方向移动。粒子在毛细管内电解质中的泳动速度等 于电泳和电渗这两种速度的矢量和。 带电粒子在毛细管内实际运动的速度（V）有公式(1)表示
V = Vep + Veo 在常规电泳中，在电渗流影响较小的情况下或只测定电泳 的相对速度，电渗的速度可以忽略不计。
第33页/共61页
(2)电击进样: 在毛细管的阳极端通过电击方法将样液送入毛细管内。 进样量：与溶质浓度C，电击所使用的功率，电击次数等因素有关 优点：应用广泛， 缺点：上样两不容易控制。
5.1 电动式进样 (1)电迁移进样(Electrokinetic)： 将毛细管的阳极直接与样品接触，短时间内施加电压，使样品通过电迁移的方式进入毛细 管的阳极端。 进样量：与溶质浓度，加电压的强度E，电迁移时间t，电迁移速度Vep，电渗速度Veo等 因素有关。 优点：进样准确，容易控制重复性好。 缺点：对浓度低的组分有歧视效应。
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4 缓冲液 缓冲液不但要有良好的导电作用，还要对样品具有很好的 稳定作用。 4.1缓冲剂：有Tris、borate、histidine、CAPS等。 这些缓冲剂配成的缓冲溶液，可以在高浓度下进行电泳， 不会产生很大的电流。 pH值：在蛋白质的pI非常接近时，适当的调节缓冲液的 pH值对分离是特别有效的。
(3)电渗的反作用力： 在电场的作用下，双电层中的水合阳离子引起流体整体地 朝负极方向移动。粒子在毛细管内电解质中的泳动速度等 于电泳和电渗这两种速度的矢量和。 带电粒子在毛细管内实际运动的速度（V）有公式(1)表示
V = Vep + Veo 在常规电泳中，在电渗流影响较小的情况下或只测定电泳 的相对速度，电渗的速度可以忽略不计。
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(2)电击进样: 在毛细管的阳极端通过电击方法将样液送入毛细管内。 进样量：与溶质浓度C，电击所使用的功率，电击次数等因素有关 优点：应用广泛， 缺点：上样两不容易控制。
5.1 电动式进样 (1)电迁移进样(Electrokinetic)： 将毛细管的阳极直接与样品接触，短时间内施加电压，使样品通过电迁移的方式进入毛细 管的阳极端。 进样量：与溶质浓度，加电压的强度E，电迁移时间t，电迁移速度Vep，电渗速度Veo等 因素有关。 优点：进样准确，容易控制重复性好。 缺点：对浓度低的组分有歧视效应。
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4 缓冲液 缓冲液不但要有良好的导电作用，还要对样品具有很好的 稳定作用。 4.1缓冲剂：有Tris、borate、histidine、CAPS等。 这些缓冲剂配成的缓冲溶液，可以在高浓度下进行电泳， 不会产生很大的电流。 pH值：在蛋白质的pI非常接近时，适当的调节缓冲液的 pH值对分离是特别有效的。
毛细管电泳课件PPT课件
• 1808年，俄国物理学家 Pence 发现电泳现象。
• 1937年，瑞典Tiselius将蛋白质混合液放在两段缓冲 溶液之间，两端施以电压进行自由溶液电泳，发现样 品的迁移速度和方向由其电荷和淌度决定,第一次从人 血清提取的蛋白质混合液中分离出白蛋白和α、β、γ 球蛋白，但分离效率低；
• 1981年，Jorgenson在75 μm毛细管内施加300 V/cm 的高强度电场，获得了理论塔板数超过400,000 plates/m的高分离效率，轰动了整个分离界，成为CE 划时代里程碑
• 1989年，毛细管电泳仪问世。
• 1989年，第一届CE国际会议的召开，标志着一门新 的分析技术的产生。
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二、毛细管电泳的特点
CE是现代微柱分离和经典电泳技术有机结合的产物，具有较 HPLC和平板凝胶电泳更多的优点：
• (1)高效：每米理论塔扳数低则十几万，高则几百万 甚至上千万；
改善方法：
（1）减小毛细管内径；
（2）控制散热；
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4.溶质与管壁间的相互作用
蛋白质、多肽带电荷数多，吸附问题特别严重，是目前分离 分析该类物质的一大难题。
细内径毛细管柱，一方面有利于散热，另一方面比表面积大， 又增加了溶质吸附的机会。
减小吸附的方法和途径：加入两性离子代替强电解质，两性 离子一端带正电，另一端带负电，带正电一端与管壁负电中心 作用，浓度约为溶质的100-1000倍时，抑制对蛋白质吸附， 又不增加溶液电导，对电渗流影响不大。
• 1937年，瑞典Tiselius将蛋白质混合液放在两段缓冲 溶液之间，两端施以电压进行自由溶液电泳，发现样 品的迁移速度和方向由其电荷和淌度决定,第一次从人 血清提取的蛋白质混合液中分离出白蛋白和α、β、γ 球蛋白，但分离效率低；
• 1981年，Jorgenson在75 μm毛细管内施加300 V/cm 的高强度电场，获得了理论塔板数超过400,000 plates/m的高分离效率，轰动了整个分离界，成为CE 划时代里程碑
• 1989年，毛细管电泳仪问世。
• 1989年，第一届CE国际会议的召开，标志着一门新 的分析技术的产生。
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二、毛细管电泳的特点
CE是现代微柱分离和经典电泳技术有机结合的产物，具有较 HPLC和平板凝胶电泳更多的优点：
• (1)高效：每米理论塔扳数低则十几万，高则几百万 甚至上千万；
改善方法：
（1）减小毛细管内径；
（2）控制散热；
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4.溶质与管壁间的相互作用
蛋白质、多肽带电荷数多，吸附问题特别严重，是目前分离 分析该类物质的一大难题。
细内径毛细管柱，一方面有利于散热，另一方面比表面积大， 又增加了溶质吸附的机会。
减小吸附的方法和途径：加入两性离子代替强电解质，两性 离子一端带正电，另一端带负电，带正电一端与管壁负电中心 作用，浓度约为溶质的100-1000倍时，抑制对蛋白质吸附， 又不增加溶液电导，对电渗流影响不大。
毛细管电泳分离技术
第二节 毛细管电泳基本原理
一、毛细管电泳的理论基础 毛细管电泳法：是指以弹性石英毛细管为分离通道，以高压
直流电场为驱动力，依据样品中各组分的淌度（单位电场 强度下的迁移速度）和/或分配行为的差异而实现分离的 一种分析方法。 在毛细管电泳中带电粒子所受的驱动力：
电泳力 电渗力
（一）电泳和电渗
电泳(Electrophoresis)是指溶液中带电粒子(离 子、胶团)在电场中定向移动的现象。电泳是驱动电 解质运动的第一种动力。
溶剂流迁移速度
eo 4
介质的粘度
veo eoE4E
电渗流速度Veo与ζ电位、ε、E成正比，而 与介质的粘度η成反比。
与HPLC柱不同，毛细管中的电渗流呈平面 流型，它不存在径向梯度。
电渗流的意义
• 电泳过程中伴随着电渗现象 • 电渗流的速度比电泳速度快5-7倍 • 利用电渗流可将正、负离子或中性分子一起
向同一方向，产生差速迁移，在一次电泳操 作中同时完成正、负离子的分离分析。
电解质区带的移动速度(Vi)等于电解质区带的 电泳迁移速度(Ve)与溶剂流速度(Veo)之和。
Vi = Ve + Veo
当把样品从阳极端注入毛细管时，假设A物质为 负离子，B物质为正离子，则带不同电荷的离子 将按下面的速度迁移到阴极，到时间t时，A、B 物质已经分离了。
层。 ➢ 具体方法有：
毛细管电泳 ppt课件
毛细管电泳：使电泳过程在散热效率极高的毛细 管内进行，使焦耳热效应减小，能使用高电压， 全面改善分离质量和提高分析速度。
高效毛细管电泳在技术上采取了三项重要改进： 一、采用了50 m内径的毛细管； 二、采用了高达数千伏的高电压； 三、实现了高灵敏度的在线检测。
毛细管的使用使产生的热量能够较快散发，大 大减小了温度效应，可以使用很高的电压。 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱内 径变小，柱长增加，理论塔板数高达几十万块/米， 特殊柱子可以达到数百万。
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。
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。
•ep —电泳淌度，单位电场下的电泳速度。
空心毛细管柱中一个粒子的淌度近似表示为：
ep
i 4
－介质的介电常数 －介质的粘度
与介质性 质有关
i－粒子的 Zeta 电势,近似正比于
Z/M2/3 Z 为净电荷， M 为摩尔质 量。
与粒子性质有关：表面电荷和粒子质量的大小
有效淌度：在实际溶液中，考虑离子活度系数、溶 质分子的离解程度均对粒子的淌度有影响，这时的 淌度称为有效淌度。
高效毛细管电泳在技术上采取了三项重要改进： 一、采用了50 m内径的毛细管； 二、采用了高达数千伏的高电压； 三、实现了高灵敏度的在线检测。
毛细管的使用使产生的热量能够较快散发，大 大减小了温度效应，可以使用很高的电压。 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱内 径变小，柱长增加，理论塔板数高达几十万块/米， 特殊柱子可以达到数百万。
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。
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。
•ep —电泳淌度，单位电场下的电泳速度。
空心毛细管柱中一个粒子的淌度近似表示为：
ep
i 4
－介质的介电常数 －介质的粘度
与介质性 质有关
i－粒子的 Zeta 电势,近似正比于
Z/M2/3 Z 为净电荷， M 为摩尔质 量。
与粒子性质有关：表面电荷和粒子质量的大小
有效淌度：在实际溶液中，考虑离子活度系数、溶 质分子的离解程度均对粒子的淌度有影响，这时的 淌度称为有效淌度。
毛细管电泳法的特点和CE-MS的构造-PPT课件
8环境友好用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感毛细管电泳高效液相色谱流体流动形式平流峰展宽小层流峰展宽大组分分子移动电渗流和电泳流的共同作用有压力流带动组分分子的扩散扩散小不存在传质阻力柱效高有扩散存在传质阻组分分离依据迁移速率的差依据分配系数的差异生物大分子的分离适合不适合用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感cemscems用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感能快速分离微体积样品中的化合物及其高效分离和基于分子量鉴定化合物的能力使它成为分析复杂生物样品的一种非常有价值的方法
4.与高效液相色谱相比，具备的特点
毛细管电泳 流体流动形式 组分分子移动 组分分子的扩散 组分分离 平流，峰展宽小 高效液相色谱 层流，峰展宽大
电渗流和电泳流的 有压力流带动 共同作用 扩散小，不存在传 有扩散，存在传质阻 质阻力，柱效高 力，柱效低 依据迁移速率的差 依据分配系数的差异 异
生物大分子的分离 适合
CE-MS的结构
电喷雾技术
用来产生MS分析的所需的离子技术，特别适 用于与大分子的质谱分析，采用ESI，大分子 在离子化过程中不会碎裂。
电喷雾技术的优点
4.与高效液相色谱相比，具备的特点
毛细管电泳 流体流动形式 组分分子移动 组分分子的扩散 组分分离 平流，峰展宽小 高效液相色谱 层流，峰展宽大
电渗流和电泳流的 有压力流带动 共同作用 扩散小，不存在传 有扩散，存在传质阻 质阻力，柱效高 力，柱效低 依据迁移速率的差 依据分配系数的差异 异
生物大分子的分离 适合
CE-MS的结构
电喷雾技术
用来产生MS分析的所需的离子技术，特别适 用于与大分子的质谱分析，采用ESI，大分子 在离子化过程中不会碎裂。
电喷雾技术的优点
《毛细管凝胶电泳》课件
在蛋白质分离中的应用
蛋白质组学研究
毛细管凝胶电泳在蛋白质组学研究中发挥了重要作用，可用于蛋白质表达谱分析 、蛋白质差异表达研究等。
蛋白质修饰研究
毛细管凝胶电泳可以用于分析蛋白质的翻译后修饰，如磷酸化、糖基化等，有助 于深入了解蛋白质的功能和调控机制。
在DNA测序中的应用
基因组测序
毛细管凝胶电泳结合高通量测序技术，可以实现全基因组测 序和外显子组测序，对于遗传学研究和疾病诊断具有重要意 义。
应用领域
01
02
03
04
生物科学研究
用于蛋白质组学、基因组学和 代谢组学等领域的研究，分离
和检测生物分子。
临床诊断
用于检测生物样本中的蛋白质 、DNA、RNA等生物标记物 ，辅助疾病诊断和治疗监测。
药物研发
用于分离和纯化药物分子，以 及药物代谢和药效研究。
环境监测
用于检测环境中的污染物和有 害物质，评估环境质量和生态
拓展应用领域
将毛细管凝胶电泳技术应用于更多领域，如医学诊断、环境监测、 食品安全等，拓展其应用范围。
05
毛细管凝胶电泳的 应用实例
在生物大分子分离中的应用
蛋白质分离
毛细管凝胶电泳在蛋白质分离中具有 高分辨率和高分离效率的特点，可用 于分离复杂的蛋白质混合物，如细胞 提取物、血清等。
多糖分离
电泳技术和常用电泳仪PPT课件
的两种形式。
目前，这种办法被广泛
用来分析蛋白质和核酸。
凝胶电泳图
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第二节 常用电泳方法
四、等电聚焦电泳
1．等电聚焦电泳过程 一种利用有pH值梯度的介 质，分离等电点不同的蛋白质的电泳技术。
在一个稳定连续的线性pH梯度的溶液（两性载 体电解质）中进行分离，每一种被
分离的两性物质都移向与它的等
故障信息
引起故障可能原因
解决方法
转盘识别错误
样品识别错误
仪器报警出现缺少稀 释杯或稀释杯感应 错误
曲线不理想，显示不稳 定
内容提要
第一节 电泳原理 第二节 常用电泳方法 第三节 常用电泳仪的基本结构及技术指标 第五节 毛细管电泳 第六节 电泳仪的维护保养及故障排除 第七节 电泳仪的临床应用
第四节 常用电泳仪简介
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概述
电泳（electrophoresis）是指带电荷的溶质或粒子在电场 中向着与其本身所带电荷相反的电极移动的现象。
试剂和琼脂糖凝胶电泳胶片放好后，其最大优点是 荧光系统全自动，只需要20min即可完成电泳分析， 速度非常快。操作人员可离机完成实验并得到结果。
第22页/共47页
第四节 常用电泳仪简介
四、全自动琼脂糖电泳仪 全自动琼脂糖电泳仪，有可见光单系统，
使用琼脂糖凝胶电泳胶片。灵敏度高，可适用 于低浓度蛋白检验，如尿蛋白、脑脊液蛋白、 同工酶的分离。但其自动化程度较差。
cze毛细管区带电泳理论基础24页PPT
3.分离度
R0.177平 均aD V p eL Lf
平
均
a1p 2
a2 p
影响分离度的主要因素；工作电压V；毛细管有效长度
与总长度比；有效淌度差。分离度可按谱图直接由下式计算：
R2(t2t1) W2W1
2021/4/2
六、影响分离效率的因素—区带展宽
factors influenced the efficiency—band broadening
cze毛细管区带电泳理论基础
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
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：
Winj= (24D t )1/2 实际操作时进样塞长度小于或等于毛细管总长度的1%～2%。
高效毛细管电泳仪ppt课件
率有何影响？
等速电泳在毛细管中的电渗流为零
毛细管电泳技术
传统电泳存在的缺陷？ 不能克服因高电压引起的焦耳热！
引发的问题： 分离效能低 分析时间长
在高压电场下，电解质会产 生自热现象，该热量称为焦 耳热
毛细管的特点：
比表面积大 高的电压
散热快
可以用很
分析速度加快
分离效能提高
熔融石英毛细管
毛细管外径 毛细管内径
类型 紫外-可见 荧光 激光诱导荧光 电导
检测限/mol 10-13～10-15 10-15～10-17 10-18～10-20 10-18～10-19
特点 加二极管阵列，光谱信息 灵敏度高，样品需衍生 灵敏度极高，样品需衍生 离子灵敏，需专用的装置
3.高效毛细管电泳仪实图
4.毛细管电泳的分离模式
利用电泳现象将多组分物质分离、分析的技 术 叫 做 电 泳 技 术 （ electrophoresis technique）
二、电泳发展简史
1、1937年 瑞典科学家 A. Tiselius首先提出的，后 来．A. Tiselius又和他的同 事们一起第一次从人的血清 中分离出白蛋白、α球蛋白、 β球蛋白、γ球蛋白，由于 A. Tiselius对电泳技木发展 和应用的杰出贡献，使他成 为1948年诺贝尔化学奖的得 主．
Zeta电势ξw
扩散层 δ
剪切面
等速电泳在毛细管中的电渗流为零
毛细管电泳技术
传统电泳存在的缺陷？ 不能克服因高电压引起的焦耳热！
引发的问题： 分离效能低 分析时间长
在高压电场下，电解质会产 生自热现象，该热量称为焦 耳热
毛细管的特点：
比表面积大 高的电压
散热快
可以用很
分析速度加快
分离效能提高
熔融石英毛细管
毛细管外径 毛细管内径
类型 紫外-可见 荧光 激光诱导荧光 电导
检测限/mol 10-13～10-15 10-15～10-17 10-18～10-20 10-18～10-19
特点 加二极管阵列，光谱信息 灵敏度高，样品需衍生 灵敏度极高，样品需衍生 离子灵敏，需专用的装置
3.高效毛细管电泳仪实图
4.毛细管电泳的分离模式
利用电泳现象将多组分物质分离、分析的技 术 叫 做 电 泳 技 术 （ electrophoresis technique）
二、电泳发展简史
1、1937年 瑞典科学家 A. Tiselius首先提出的，后 来．A. Tiselius又和他的同 事们一起第一次从人的血清 中分离出白蛋白、α球蛋白、 β球蛋白、γ球蛋白，由于 A. Tiselius对电泳技木发展 和应用的杰出贡献，使他成 为1948年诺贝尔化学奖的得 主．
Zeta电势ξw
扩散层 δ
剪切面
毛细管电泳分离技术课件
演讲人
毛细管电泳分 离技术课件
2023-12-11
目录
01. 毛细管电泳分离技术的基本 原理
02. 毛细管电泳分离技术的应用 03. 毛细管电泳分离技术的操作
步骤
04. 毛细管电泳分离技术的发展 趋势
毛细管电泳分离技术的基本原理
电泳技术的发展历程
• 1937年，瑞典科学家Arne Tiselius首次提出电泳技术 • 1948年，美国科学家Oliver Smithies首次使用毛细管电泳技术进行蛋白质分离 • 1959年，美国科学家James D • 1967年，美国科学家Allan Maxam和Walter Gilbert首次使用毛细管电泳技术进行RNA分离 • 1975年，美国科学家Michael Smith首次使用毛细管电泳技术进行蛋白质测序 • 1987年，美国科学家Leroy Hood首次使用毛细管电泳技术进行DNA测序 • 1990年，美国科学家John F • 1997年，美国科学家David J ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2000年，美国科学家Jonathan Rothberg首次使用毛细管电泳技术进行单细胞分析 • 2010年，美国科学家Joshua Wand首次使用毛细管电泳技术进行单分子分析
药物纯度分析：分 析药物的纯度和质 量
药物代谢分析：分 析药物在人体内的 代谢过程和产物
药物成分分析：分 析药物中的有效成 分和杂质
毛细管电泳分 离技术课件
2023-12-11
目录
01. 毛细管电泳分离技术的基本 原理
02. 毛细管电泳分离技术的应用 03. 毛细管电泳分离技术的操作
步骤
04. 毛细管电泳分离技术的发展 趋势
毛细管电泳分离技术的基本原理
电泳技术的发展历程
• 1937年，瑞典科学家Arne Tiselius首次提出电泳技术 • 1948年，美国科学家Oliver Smithies首次使用毛细管电泳技术进行蛋白质分离 • 1959年，美国科学家James D • 1967年，美国科学家Allan Maxam和Walter Gilbert首次使用毛细管电泳技术进行RNA分离 • 1975年，美国科学家Michael Smith首次使用毛细管电泳技术进行蛋白质测序 • 1987年，美国科学家Leroy Hood首次使用毛细管电泳技术进行DNA测序 • 1990年，美国科学家John F • 1997年，美国科学家David J ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2000年，美国科学家Jonathan Rothberg首次使用毛细管电泳技术进行单细胞分析 • 2010年，美国科学家Joshua Wand首次使用毛细管电泳技术进行单分子分析
药物纯度分析：分 析药物的纯度和质 量
药物代谢分析：分 析药物在人体内的 代谢过程和产物
药物成分分析：分 析药物中的有效成 分和杂质
毛细管电泳和毛细管电色谱(ppt)
3.3. 毛细管电泳分离模式及应用
3.3.1. 毛细管区带电泳（capillary zone electrophoresis; CZE） 3.3.1.1. 基本操作条件
毛细管区带电泳也称为毛细管自由溶液区带电泳，是毛细 管电泳最基本、也是应用最广的一种操作模式。其分离原理是 基于样品组分荷质比的差异。
检测窗口部位的外涂层剥离。
焦耳热效应产生径向温度梯度，还会导致分离重现性差。 商品仪器大多有温度控制系统，主要采用风冷和液冷两 种方式。
一般采用物理吸附或化学键合两种方式形成毛细管内壁 涂层，对石英毛细管进行改性或修饰，可有效控制电渗 流、抑制吸附进而优化分离。
3.2.5. 检测系统
3.2.5. 检测系统
在典型的毛细管电泳分离中，溶质的分离基于溶质间电泳
速率的差异。电渗流的速率绝对值一般大于粒子的电泳速率， 并有效地成为毛细管电泳的驱动力。溶质从毛细管的正极端 进样，带正电的粒子最先流出，中性粒子次之，带负电的粒 子在中性粒子之后流出。溶质依次通过检测器，得到与色谱 图极为相似的电泳分离图谱。
3.1.5. 分离原理
3.2.4. 毛细管及其温度控制
熔融石英毛细管在CE中应用最广泛，熔融石英拉制得 到的毛细管很脆，易折断，一般在外表面涂有聚酰亚胺 保护层，使之变得富有弹性，不易折断。
内径越小，表面积/体积比越大，散热效果越好。内径 小，样品负载小，检测、进样、清洗等操作困难。
毛细管电泳PPT课件
• 1981年，Jorgenson创立了毛细管电泳技术 。 • 1988年美国Bio-Rad公司研制出第一台毛细管
电泳仪HPE-100型 。 • 1989年在Boston召开首届HPCE专题会议。
2019/12/3
8
• 毛细管电泳发展的历史相当悠久，其发 展可以追溯到二十世纪六十年代中期， 瑞典科学家Hjerten首先用内径为3mm 的石英毛细管进行了电泳分离。
2019/12/3
6
• 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。
2019/12/3
7
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。
模式如毛细管等电聚焦（capillary isoelectric
focusing， CIEF），毛细管等速电泳，毛细
管电色谱（capillary
electrochromatography，CEC）等分离模式
不断引入，极大的拓宽了毛细管电泳技术的应
用范围。
2019/12/3
12
2.基础理论的深入研究
2019/12/3
10
毛细管电泳技术的发展
电泳仪HPE-100型 。 • 1989年在Boston召开首届HPCE专题会议。
2019/12/3
8
• 毛细管电泳发展的历史相当悠久，其发 展可以追溯到二十世纪六十年代中期， 瑞典科学家Hjerten首先用内径为3mm 的石英毛细管进行了电泳分离。
2019/12/3
6
• 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。
2019/12/3
7
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。
模式如毛细管等电聚焦（capillary isoelectric
focusing， CIEF），毛细管等速电泳，毛细
管电色谱（capillary
electrochromatography，CEC）等分离模式
不断引入，极大的拓宽了毛细管电泳技术的应
用范围。
2019/12/3
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2.基础理论的深入研究
2019/12/3
10
毛细管电泳技术的发展
毛细管电泳 ppt课件
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：
Winj= (24D t )1/2 实际操作时进样塞长度小于或等于毛细管总长度的1%～2%。
2021/4/17
ν电渗流 = 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。
2021/4/17
14
HPCE中电渗流的方向
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，电渗流流向阴极；
内表面带正电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极；
石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极；
2021/4/17
17
三、HPCE中影响电渗流的因素
factors influenced electroosmosis 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；
2021/4/17
三、影响电渗流的因素
Factors influenced electroosmosis
百度文库四、淌度
Mobility
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：
Winj= (24D t )1/2 实际操作时进样塞长度小于或等于毛细管总长度的1%～2%。
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ν电渗流 = 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。
2021/4/17
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HPCE中电渗流的方向
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，电渗流流向阴极；
内表面带正电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极；
石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极；
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三、HPCE中影响电渗流的因素
factors influenced electroosmosis 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；
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三、影响电渗流的因素
Factors influenced electroosmosis
百度文库四、淌度
Mobility
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向同一方向，产生差速迁移，在一次电泳操 作中同时完成正、负离子的分离分析。
14
电解质区带的移动速度(Vi)等于电解质区带的 电泳迁移速度(Ve)与溶剂流速度(Veo)之和。 Vi = Ve + Veo
15
当把样品从阳极端注入毛细管时，假设A物质为 负离子，B物质为正离子，则带不同电荷的离子 将按下面的速度迁移到阴极，到时间t时，A、B 物质已经分离了。
第三章 毛细管电泳分离技术
1
第一节 概 述
电泳是基于两种或多种带电粒子或微粒，它 们所在的介质受到外加直流电场的作用下， 其迁移速率不同而得到分离的一类方法。 （electrophoresis ）
2
发展历程
• 1807年，Ferdinand Frederic Reuss就观察到了 荷电物质在电场力作用下会发生运动的现象。
10
固、液两相之间的相对运动发生在吸附层 与扩散层之间的滑动面上，此处的电动势 称为界面电动势，也称ζ电位。
由于处在扩散层中的正离子的溶剂化作用， 它在电场中发生迁移时，将带动整个溶液 向阴极移动，所以就形成电渗流（Electro Osmotic Flow, EOF）。
11
介质的介电常数
界面电动势
电泳力
电渗力
6
（一）电泳和电渗
电泳(Electrophoresis)是指溶液中带电粒子(离 子、胶团)在电场中定向移动的现象。电泳是驱动电 解质运动的第一种动力。
电泳迁移速度Ve : Ve= μeE = μeV/L
注：μe:电泳迁移率(电泳淌度); E:电场强度; V－毛细管柱两 端施加的电压；L－毛细管柱的长度。
• 20世纪70年代在HPLC的推动下，电泳分离技术 成为了一种“灰姑娘”式的技术
3
• 1981年，Jorgenson等介绍了毛细管区带电泳技 术。
• 1984年Terabe等提出的胶束电动毛细管色谱。 • 1987年，Hjerten建立了毛细管等电聚焦。 • 1987年，由Chohen等提出了毛细管凝胶电泳。 • 1991年，Monnig等首次提出了高速毛细管电泳。 • 目前，毛细管电泳已广泛应用于氨基酸、肽、蛋
电渗流迁移率
溶剂流迁移速度
eo 4
介质的粘度
veo eoE4E
电渗流速度Veo与ζ电位、ε、E成正比，而 与介质的粘度η成反比。
12
与HPLC柱不同，毛细管中的电渗流呈平面 流型，它不存在径向梯度。
13
电渗流的意义
1. 电泳过程中伴随着电渗现象 2. 电渗流的速度比电泳速度快5-7倍 3. 利用电渗流可将正、负离子或中性分子一起
• 1909年，由Michaelis对此现象的描述中提出电 泳这个术语(elektron和pbore,分别代表电和搬运 者的意思 )
• 20世纪30年代，通过Tiselius的研究，电泳技术 才得到有实际意义的发展，Tiseluis也因此获得 了1948年度的诺贝尔奖。
• 到20世纪50年代，电泳已经是一种与纸和薄层的 平面色谱技术一样的实验室常用技术。
➢ 正离子：νt =νeo + ν+ ➢ 中性分子：νt = νeo ➢ 负离子：νt =νeo - νˉ
注：电渗流的速度 为泳流的若5-7倍
16
电渗流是毛细管电泳分离的重要参数，控 制电渗流的大小和方向，可提高毛细管电 泳分离的效率、重现性、分离度
➢ 抑制毛细管中电渗流的办法：
① 消除固液界面间的ζ电位或提高溶液的粘度； ② 在毛细管的内壁涂上聚合物，如聚丙烯酰胺涂
9
电渗流的产生
毛细管内壁表面上的硅醇基在pH>3的水溶液中，可电离 而产生SiO-负离子，使毛细管内壁带上负电荷，因此，溶 液中的一部分正离子就靠静电作用而吸附于毛细管内壁上， 形成一个双电层(Electric double layer)。其中一层是带 负电的内壁，一层是带正电的溶液离子吸附层。但溶液中 的其余大部分正离子则是离内壁越远，越呈自由状态，于 是在吸附层之外又存在着一个扩散层 。
层。 ③ 具体方法有：
17
18
19
20
(二)分离效率和分离度
1、分离效率
电泳湍度
毛细管有效长度
电渗湍度
柱效可用理论塔板数n表示
毛细管电泳分离柱效方程式
两端电压
N wk.baidu.com2
aV pp l eeV o l
2 Dt2 DL 2 D L
理论塔板高
毛细管总长度
溶质扩散系数
实验上可按下式求出理论塔板数
高的电渗流也可提高柱效。
22
2、分离度
电泳中两峰的分离度，也称分辨率，它表明湍度相 近的组分分开的能力，可表达为（和哪些因素有关）：
R s(n1/2/4)( /平 )
柱效
相邻两区带的迁移速度差 两者的平均速度
/平 表示分离的选择性
23
分离度计算式（具体如何计算）:
R s2 (tm 2 tm 1)/W (1 W 2)
电泳图上从起点至电泳峰 最大值之间的距离
电泳峰的半高峰宽
21
毛细管电泳分离柱效方程式
N l2
aV pp l eeV o l
2 Dt2 DL 2 D L
提高分离电压是增加分离效率的主要途径，在相 同的操作电压下，l/L =1，分离效率最高（短的毛 细管）。此外，N与溶质的扩散系数D成反比，所 以用毛细管电泳分离大分子时，可得到高的柱效。
μe =νe/E= Q/f
7
ve
Q f VL
QV
6RsL
注： Q－离子所带的净电荷；f－Stokes阻力系数。η是缓冲 溶液的粘度(动力学的)，Rs是离子的有效半径(包括溶剂化层)
当毛细管长度一定时，带电离子的迁移速度 与溶质离子的电荷、施加的电压、缓冲溶液 的粘度及带电离子的大小有关。
8
电渗(Electro osmosis)是驱动电解质运动 的第二种作用力，它使毛细管中的溶剂在 直流电场作用下发生定向运动。
白质和核酸等离子型生物大分子的分离分析，加 入表面活性剂还可以扩大到中性粒子，甚至应用 到细胞和病毒等的分离。同时，在小分子化合物 的分离分析方面也取得了重大进展。
4
5
第二节 毛细管电泳基本原理
一、毛细管电泳的理论基础 毛细管电泳法：是指以弹性石英毛细管为分离通道，以高压
直流电场为驱动力，依据样品中各组分的淌度（单位电场 强度下的迁移速度）和/或分配行为的差异而实现分离的 一种分析方法。 在毛细管电泳中带电粒子所受的驱动力：
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电解质区带的移动速度(Vi)等于电解质区带的 电泳迁移速度(Ve)与溶剂流速度(Veo)之和。 Vi = Ve + Veo
15
当把样品从阳极端注入毛细管时，假设A物质为 负离子，B物质为正离子，则带不同电荷的离子 将按下面的速度迁移到阴极，到时间t时，A、B 物质已经分离了。
第三章 毛细管电泳分离技术
1
第一节 概 述
电泳是基于两种或多种带电粒子或微粒，它 们所在的介质受到外加直流电场的作用下， 其迁移速率不同而得到分离的一类方法。 （electrophoresis ）
2
发展历程
• 1807年，Ferdinand Frederic Reuss就观察到了 荷电物质在电场力作用下会发生运动的现象。
10
固、液两相之间的相对运动发生在吸附层 与扩散层之间的滑动面上，此处的电动势 称为界面电动势，也称ζ电位。
由于处在扩散层中的正离子的溶剂化作用， 它在电场中发生迁移时，将带动整个溶液 向阴极移动，所以就形成电渗流（Electro Osmotic Flow, EOF）。
11
介质的介电常数
界面电动势
电泳力
电渗力
6
（一）电泳和电渗
电泳(Electrophoresis)是指溶液中带电粒子(离 子、胶团)在电场中定向移动的现象。电泳是驱动电 解质运动的第一种动力。
电泳迁移速度Ve : Ve= μeE = μeV/L
注：μe:电泳迁移率(电泳淌度); E:电场强度; V－毛细管柱两 端施加的电压；L－毛细管柱的长度。
• 20世纪70年代在HPLC的推动下，电泳分离技术 成为了一种“灰姑娘”式的技术
3
• 1981年，Jorgenson等介绍了毛细管区带电泳技 术。
• 1984年Terabe等提出的胶束电动毛细管色谱。 • 1987年，Hjerten建立了毛细管等电聚焦。 • 1987年，由Chohen等提出了毛细管凝胶电泳。 • 1991年，Monnig等首次提出了高速毛细管电泳。 • 目前，毛细管电泳已广泛应用于氨基酸、肽、蛋
电渗流迁移率
溶剂流迁移速度
eo 4
介质的粘度
veo eoE4E
电渗流速度Veo与ζ电位、ε、E成正比，而 与介质的粘度η成反比。
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与HPLC柱不同，毛细管中的电渗流呈平面 流型，它不存在径向梯度。
13
电渗流的意义
1. 电泳过程中伴随着电渗现象 2. 电渗流的速度比电泳速度快5-7倍 3. 利用电渗流可将正、负离子或中性分子一起
• 1909年，由Michaelis对此现象的描述中提出电 泳这个术语(elektron和pbore,分别代表电和搬运 者的意思 )
• 20世纪30年代，通过Tiselius的研究，电泳技术 才得到有实际意义的发展，Tiseluis也因此获得 了1948年度的诺贝尔奖。
• 到20世纪50年代，电泳已经是一种与纸和薄层的 平面色谱技术一样的实验室常用技术。
➢ 正离子：νt =νeo + ν+ ➢ 中性分子：νt = νeo ➢ 负离子：νt =νeo - νˉ
注：电渗流的速度 为泳流的若5-7倍
16
电渗流是毛细管电泳分离的重要参数，控 制电渗流的大小和方向，可提高毛细管电 泳分离的效率、重现性、分离度
➢ 抑制毛细管中电渗流的办法：
① 消除固液界面间的ζ电位或提高溶液的粘度； ② 在毛细管的内壁涂上聚合物，如聚丙烯酰胺涂
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电渗流的产生
毛细管内壁表面上的硅醇基在pH>3的水溶液中，可电离 而产生SiO-负离子，使毛细管内壁带上负电荷，因此，溶 液中的一部分正离子就靠静电作用而吸附于毛细管内壁上， 形成一个双电层(Electric double layer)。其中一层是带 负电的内壁，一层是带正电的溶液离子吸附层。但溶液中 的其余大部分正离子则是离内壁越远，越呈自由状态，于 是在吸附层之外又存在着一个扩散层 。
层。 ③ 具体方法有：
17
18
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20
(二)分离效率和分离度
1、分离效率
电泳湍度
毛细管有效长度
电渗湍度
柱效可用理论塔板数n表示
毛细管电泳分离柱效方程式
两端电压
N wk.baidu.com2
aV pp l eeV o l
2 Dt2 DL 2 D L
理论塔板高
毛细管总长度
溶质扩散系数
实验上可按下式求出理论塔板数
高的电渗流也可提高柱效。
22
2、分离度
电泳中两峰的分离度，也称分辨率，它表明湍度相 近的组分分开的能力，可表达为（和哪些因素有关）：
R s(n1/2/4)( /平 )
柱效
相邻两区带的迁移速度差 两者的平均速度
/平 表示分离的选择性
23
分离度计算式（具体如何计算）:
R s2 (tm 2 tm 1)/W (1 W 2)
电泳图上从起点至电泳峰 最大值之间的距离
电泳峰的半高峰宽
21
毛细管电泳分离柱效方程式
N l2
aV pp l eeV o l
2 Dt2 DL 2 D L
提高分离电压是增加分离效率的主要途径，在相 同的操作电压下，l/L =1，分离效率最高（短的毛 细管）。此外，N与溶质的扩散系数D成反比，所 以用毛细管电泳分离大分子时，可得到高的柱效。
μe =νe/E= Q/f
7
ve
Q f VL
QV
6RsL
注： Q－离子所带的净电荷；f－Stokes阻力系数。η是缓冲 溶液的粘度(动力学的)，Rs是离子的有效半径(包括溶剂化层)
当毛细管长度一定时，带电离子的迁移速度 与溶质离子的电荷、施加的电压、缓冲溶液 的粘度及带电离子的大小有关。
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电渗(Electro osmosis)是驱动电解质运动 的第二种作用力，它使毛细管中的溶剂在 直流电场作用下发生定向运动。
白质和核酸等离子型生物大分子的分离分析，加 入表面活性剂还可以扩大到中性粒子，甚至应用 到细胞和病毒等的分离。同时，在小分子化合物 的分离分析方面也取得了重大进展。
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第二节 毛细管电泳基本原理
一、毛细管电泳的理论基础 毛细管电泳法：是指以弹性石英毛细管为分离通道，以高压
直流电场为驱动力，依据样品中各组分的淌度（单位电场 强度下的迁移速度）和/或分配行为的差异而实现分离的 一种分析方法。 在毛细管电泳中带电粒子所受的驱动力：