毛细管电泳分离技术资料
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毛细管电泳分离技术
❖ 概述 ❖ 毛细管电泳基本原理 ❖ 毛细管电泳的分离模式 ❖ 影响毛细管电泳分离效率的因素 ❖ 毛细管电泳技术的应用 ❖ 21世纪毛细管电泳发展趋势
一、概 述
毛细管电泳（capillaryelectrophoresis， CE），又称高效毛细管电泳（HPCE）是 近年来发展最快的分析化学研究领域之一。 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。
细管内径增大受焦耳热影响的制约，因此采用细内 径毛细管柱时，测量灵敏度受到限制。
三、毛细管电泳的分离模式
❖ 毛细管区带电泳(CZE) ❖ 胶束电动毛细管电泳(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) 毛细管离子电泳(CIE) ❖ 毛细管电色谱
介质条件
介质条件除缓冲溶液及pH值等条件外，为了提 高分离的选择性，常常在缓冲液中添加适量的表面 活性剂，或者使用非水溶剂。
基于环糊精(CD)的分子结构具有圆锥形的空腔、 可以形成“包络物”的特性，在胶束电动毛细管色 谱分离法(MECC)中，常在含有十二烷基硫酸钠 (SDS)胶束的电泳缓冲液中，加入一定浓度的环糊 精，使待分离的组分在水相、SDS胶束相和环糊精 中进行分配。由于不同溶质分子或荷电质点的分配 不同，在电泳力和电渗力的驱动下，将以不同的速 度在毛细管中迁移，以获得更好的分离效果。
电渗流的控制
管壁ห้องสมุดไป่ตู้Zeta电位(ζ)是产生电渗流的主要因素。电渗流的 大小，可采用以下措施加以控制：
▲对毛细管内壁进行适当的化学修饰，在管内壁键合上一层 中性材料可减少电渗流，同时也可减少溶质与管壁的相互作 用，减少溶质吸附于管壁上。这对于蛋白质类的生物大分子 的分离尤为重要。 ▲调节缓冲液的pH值及缓冲液的浓度。降低缓冲液的浓度， 可降低电流强度，减少管内壁溶液的温度差。 ▲加入表面活性剂(如环糊精)或手性试剂。 ▲加入适量的有机溶剂也可以降低电渗流。
汇报结束
谢谢大家! 请各位批评指正
五、毛细管电泳技术的应用
（一）糖类的分离与分析 （二）在天然中草药分析领域中的应用 （三）在基因工程研究方面的应用 （四）单细胞分析 （五）手性分离 （六）小分子离子分析
毛细管电泳技术的特点
类别
特点
速度
快速，可于几分钟内完成复杂成分的分离
分辨率
带展宽有限，分辨率高
灵敏性
检测下限低，灵敏性高
进样体积 进样体积小，毫微升
➢ 被分离试样可以采用流体动力学进样和电动进样 方式由毛细管一端进入。
毛细管电泳的进样技术
毛细管内径小于100μm时，注射器进样比较 困难。
（一）电动进样
（二）流体动力学进样
（一）电动进样
三 步：
❖ 毛细管的进样端插入装有试样溶液的试样管中，试 样管中插入电极，
❖ 与检测段的缓冲液间施加进样电压，并维持一定时 间，试样溶液在电泳和电渗流作用下进入毛细管，
毛细管电泳检测器
❖ 由于样品区带在高压电场作用下，迁移速度 较快，因此，CE要求所用的检测器必须具有 很快的响应速度和很高的灵敏度。 常用的检测器有：
❖ 光学检测器（紫外检测器和荧光检测器） ❖ 电化学检测器 ❖ 质谱检测器 ❖ 核磁共振检测器
紫外检测器
根据比耳定律，光度测量值A与吸收光呈成正比。 一般检测中，检测最大光程是用毛细管内径，而毛
❖ 然后再将试样溶液换成缓冲液，电泳即可进行。改 变进样电压和进样时间，便可改变进样量。
（二）流体动力学进样
流体动力学进样：也称虹吸进样、重力进样和压差 进样。
➢ 将毛细管插入试样溶液容器，通过进样端加压，或 调节进样端试样溶液液面高于出口端缓冲液液面高 度，利用虹吸现象，试样在压力差作用下进入毛细 管进样端，再把进样端放回缓冲液液槽中，进行电 泳。
检测方式 可使用多种检测器
自动化方面 自动化程度高，进样、分析及数据处理自动化
六、21世纪毛细管电泳发展趋势
对于已经发展了近20年的毛细管电泳技术来说， 在新的世纪中，仍然面l临着极大的机遇和挑战。仪 器的发展需要进一步成熟和完善．在重现性、速度 和检测灵敏度等方面还期待着重大突破。多种检测 手段的可供选择，在众多革新应用中。MS会在多 种应用领域中成为更重要和更标准的检测方法。微 全分析(p—TAS)的提出，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。随着人 类基因计划的重大进展．基因组学的出现和发展以 及大规模测序的需求，毛细管阵列电泳(cAE)一跃 成为承担这些任务的最佳选择之一。另外，利用离 子液体非水介质的毛细管电泳的研究也正在渐渐崛 起，同样引起了毛细管电泳工作者的极大关注。
四、影响毛细管电泳分离效率的因素
从毛细管电泳的效能（塔板数、塔板高度）及分辨率 的关系式可以看出，影响毛细管电泳与分离效率的因素很 多，下面就几个主要方面加以简要分析： ★ 峰拓宽 ★ 电渗流的控制 ★ 介质条件
峰拓宽
用σ2表示峰宽总方差，如半峰宽仅由溶质的扩散所引 的，则σ2=2DL。因此任何影响扩散系数D的因素，都会 影响峰宽。但实际上，其它因素如进样、焦耳热产生的温 度分布、电渗等都会对带宽产生明显的影响。进样会产生 自然宽度，它与进样“塞”的长度及初始形状有关，为了 减少进样增宽，导入的样品“塞”应为矩形，进样长度一 般小于毛细管分离长度的1%；电流通过毛细管内缓冲溶 液时，产生焦耳热，使温度发生变化，将引起溶液粘度的 变化及电泳、电渗性能的变化。引起温度变化的原因是电 流强度，电流增大时，管内溶液温度升高，管中心与管壁 的温差ΔT可达几十度，在毛细管内形成径向的温度梯度， 溶质在电场中的迁移速度也在管径内形成梯度，严重影响 分离效果。为了消除其影响，须将I控制在200μA以下，使 用薄壁及内径小的毛细管，并在恒温下进行电泳。
毛细管电泳装置
❖ 直流高压电源、毛细管、进样装置、检测 器和记录仪等
➢ 高压电源可对毛细管施加5~50 kV电压，操作电 压一般控制在5~30 kV范围。
➢ CE通常使用内径10~100 μm、长12~120 cm (内 涂聚酰亚胺) 弹性融凝石英毛细管，毛细管的两 端分别浸泡在含有缓冲溶液的贮液槽中，毛细管 内也充满同样的缓冲溶液。
二、毛细管电泳基本原理
CE是以高压电场为驱动力。以毛细管为分离通 道，依据样品中各组成之间淌度和分配行为上的差 异，而实现分离的一类液相分离技术。
仪器装置包括高压电源、毛细管、柱上检测器 和供毛细管两端插入又和电源相连的两个缓冲液贮 瓶，在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以 不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象称电 泳。
❖ 概述 ❖ 毛细管电泳基本原理 ❖ 毛细管电泳的分离模式 ❖ 影响毛细管电泳分离效率的因素 ❖ 毛细管电泳技术的应用 ❖ 21世纪毛细管电泳发展趋势
一、概 述
毛细管电泳（capillaryelectrophoresis， CE），又称高效毛细管电泳（HPCE）是 近年来发展最快的分析化学研究领域之一。 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。
细管内径增大受焦耳热影响的制约，因此采用细内 径毛细管柱时，测量灵敏度受到限制。
三、毛细管电泳的分离模式
❖ 毛细管区带电泳(CZE) ❖ 胶束电动毛细管电泳(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) 毛细管离子电泳(CIE) ❖ 毛细管电色谱
介质条件
介质条件除缓冲溶液及pH值等条件外，为了提 高分离的选择性，常常在缓冲液中添加适量的表面 活性剂，或者使用非水溶剂。
基于环糊精(CD)的分子结构具有圆锥形的空腔、 可以形成“包络物”的特性，在胶束电动毛细管色 谱分离法(MECC)中，常在含有十二烷基硫酸钠 (SDS)胶束的电泳缓冲液中，加入一定浓度的环糊 精，使待分离的组分在水相、SDS胶束相和环糊精 中进行分配。由于不同溶质分子或荷电质点的分配 不同，在电泳力和电渗力的驱动下，将以不同的速 度在毛细管中迁移，以获得更好的分离效果。
电渗流的控制
管壁ห้องสมุดไป่ตู้Zeta电位(ζ)是产生电渗流的主要因素。电渗流的 大小，可采用以下措施加以控制：
▲对毛细管内壁进行适当的化学修饰，在管内壁键合上一层 中性材料可减少电渗流，同时也可减少溶质与管壁的相互作 用，减少溶质吸附于管壁上。这对于蛋白质类的生物大分子 的分离尤为重要。 ▲调节缓冲液的pH值及缓冲液的浓度。降低缓冲液的浓度， 可降低电流强度，减少管内壁溶液的温度差。 ▲加入表面活性剂(如环糊精)或手性试剂。 ▲加入适量的有机溶剂也可以降低电渗流。
汇报结束
谢谢大家! 请各位批评指正
五、毛细管电泳技术的应用
（一）糖类的分离与分析 （二）在天然中草药分析领域中的应用 （三）在基因工程研究方面的应用 （四）单细胞分析 （五）手性分离 （六）小分子离子分析
毛细管电泳技术的特点
类别
特点
速度
快速，可于几分钟内完成复杂成分的分离
分辨率
带展宽有限，分辨率高
灵敏性
检测下限低，灵敏性高
进样体积 进样体积小，毫微升
➢ 被分离试样可以采用流体动力学进样和电动进样 方式由毛细管一端进入。
毛细管电泳的进样技术
毛细管内径小于100μm时，注射器进样比较 困难。
（一）电动进样
（二）流体动力学进样
（一）电动进样
三 步：
❖ 毛细管的进样端插入装有试样溶液的试样管中，试 样管中插入电极，
❖ 与检测段的缓冲液间施加进样电压，并维持一定时 间，试样溶液在电泳和电渗流作用下进入毛细管，
毛细管电泳检测器
❖ 由于样品区带在高压电场作用下，迁移速度 较快，因此，CE要求所用的检测器必须具有 很快的响应速度和很高的灵敏度。 常用的检测器有：
❖ 光学检测器（紫外检测器和荧光检测器） ❖ 电化学检测器 ❖ 质谱检测器 ❖ 核磁共振检测器
紫外检测器
根据比耳定律，光度测量值A与吸收光呈成正比。 一般检测中，检测最大光程是用毛细管内径，而毛
❖ 然后再将试样溶液换成缓冲液，电泳即可进行。改 变进样电压和进样时间，便可改变进样量。
（二）流体动力学进样
流体动力学进样：也称虹吸进样、重力进样和压差 进样。
➢ 将毛细管插入试样溶液容器，通过进样端加压，或 调节进样端试样溶液液面高于出口端缓冲液液面高 度，利用虹吸现象，试样在压力差作用下进入毛细 管进样端，再把进样端放回缓冲液液槽中，进行电 泳。
检测方式 可使用多种检测器
自动化方面 自动化程度高，进样、分析及数据处理自动化
六、21世纪毛细管电泳发展趋势
对于已经发展了近20年的毛细管电泳技术来说， 在新的世纪中，仍然面l临着极大的机遇和挑战。仪 器的发展需要进一步成熟和完善．在重现性、速度 和检测灵敏度等方面还期待着重大突破。多种检测 手段的可供选择，在众多革新应用中。MS会在多 种应用领域中成为更重要和更标准的检测方法。微 全分析(p—TAS)的提出，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。随着人 类基因计划的重大进展．基因组学的出现和发展以 及大规模测序的需求，毛细管阵列电泳(cAE)一跃 成为承担这些任务的最佳选择之一。另外，利用离 子液体非水介质的毛细管电泳的研究也正在渐渐崛 起，同样引起了毛细管电泳工作者的极大关注。
四、影响毛细管电泳分离效率的因素
从毛细管电泳的效能（塔板数、塔板高度）及分辨率 的关系式可以看出，影响毛细管电泳与分离效率的因素很 多，下面就几个主要方面加以简要分析： ★ 峰拓宽 ★ 电渗流的控制 ★ 介质条件
峰拓宽
用σ2表示峰宽总方差，如半峰宽仅由溶质的扩散所引 的，则σ2=2DL。因此任何影响扩散系数D的因素，都会 影响峰宽。但实际上，其它因素如进样、焦耳热产生的温 度分布、电渗等都会对带宽产生明显的影响。进样会产生 自然宽度，它与进样“塞”的长度及初始形状有关，为了 减少进样增宽，导入的样品“塞”应为矩形，进样长度一 般小于毛细管分离长度的1%；电流通过毛细管内缓冲溶 液时，产生焦耳热，使温度发生变化，将引起溶液粘度的 变化及电泳、电渗性能的变化。引起温度变化的原因是电 流强度，电流增大时，管内溶液温度升高，管中心与管壁 的温差ΔT可达几十度，在毛细管内形成径向的温度梯度， 溶质在电场中的迁移速度也在管径内形成梯度，严重影响 分离效果。为了消除其影响，须将I控制在200μA以下，使 用薄壁及内径小的毛细管，并在恒温下进行电泳。
毛细管电泳装置
❖ 直流高压电源、毛细管、进样装置、检测 器和记录仪等
➢ 高压电源可对毛细管施加5~50 kV电压，操作电 压一般控制在5~30 kV范围。
➢ CE通常使用内径10~100 μm、长12~120 cm (内 涂聚酰亚胺) 弹性融凝石英毛细管，毛细管的两 端分别浸泡在含有缓冲溶液的贮液槽中，毛细管 内也充满同样的缓冲溶液。
二、毛细管电泳基本原理
CE是以高压电场为驱动力。以毛细管为分离通 道，依据样品中各组成之间淌度和分配行为上的差 异，而实现分离的一类液相分离技术。
仪器装置包括高压电源、毛细管、柱上检测器 和供毛细管两端插入又和电源相连的两个缓冲液贮 瓶，在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以 不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象称电 泳。