第三章毛细管电泳法介绍
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是现代微柱分离技术和经典电泳技术结合的产物，
是气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)等常用分
离技术的重要补充，在诸多研究领域得到了人们 广泛的接受和认可。
一、毛细管电泳发展历程
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75μm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。
面电离成SiO-，管内壁带负电荷，形成双电层。
在高电场的作用下，带 正电荷的溶液表面及扩 散层向阴极移动，由于 这些阳离子实际上是溶 剂化的，故将引起柱中 的溶液整体向负极移动， 形成电渗流。
1. CE中电渗流的大小与方向
电渗流的大小可用电渗速度和电渗淌度表示。
（1）电渗流的大小
电渗流的大小与电场强度、Zata电势及缓冲液介电
3.CE中电渗流的作用
电渗流的速度一般约等于离子电泳速度的5～7倍； 各种电性粒子在毛细管柱中的迁移速度为：
Baidu Nhomakorabea
阳离子迁移速度 =电渗流+电泳流，阳离子运动速度快于电渗流；
阴离子迁移速度 =— 电渗流–电泳流，阴离子运动速度慢于电渗流； 中性粒子迁移速度 =电渗流，中性粒子运动速度与电渗流一致。
μ
ef
ef
E
q 6 πr
由此可知，球形带电离子的迁移率，主要取决于自身状态，即与其所带电 量成正比，与其半径及介质粘度成反比。电泳过程中正是利用带电离子电 泳迁移速度或迁移速率的差异来实现分离的。
二、电渗流
石英毛细管柱，内壁大约有8.31 mol/m2的硅醇基
（Si-OH），其等电点约为1.5，内充液pH>3时，表
(5)高度自动化：CE是目前自动化程度最高的分离分析
方法之一；
(6)洁净：通常用水溶性缓冲液，对人体和环境无害；
(7)多分离模式：可根据需要在同一仪器上选用不同的
样品分离模式；
(8)应用范围广：具有“万能”分析的功能和潜力，既 可以分析无机离子、氨基酸、药物等小分子，又可以 分析蛋白质等生物大分子,甚至整个细胞和各种微粒。
第三章 毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis
第一节 毛细管电泳概述 第二节 毛细管电泳基础理论 第三节 毛细管电泳仪
第四节 毛细管电泳类型
第五节 毛细管电泳的应用和进展
第一节 毛细管电泳概述
毛细管电泳（CE），又称高效毛细管电泳，是近
年来发展最快的高效分离分析技术之一。该技术
F’=6πηrνef
η：缓冲液粘度；r：球形分子的半径；νef：离子在电场中的迁移速度。
当带电离子以速度ν 在电场中移动时，受到大小相等、方向相反的电场驱 动力和平动摩擦阻力的作用，此时
F=F’
故：
q· E= 6πηrνef
则离子在电场中的迁移速度：
ef
qE 6πr
即带电离子的电泳迁移速率（或称电泳淌度） :
第二节 毛细管电泳基础理论
+
—
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。
—
+
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。
在具体实验中，可根据需要选用不同的中性组分作为标
记物（N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、甲酰胺、苯酚、 丙酮等），测定不同缓冲条件下中性标记物的迁移时间， 按下述公式计算出电渗率：
eof
ldet ldetltot E tE t V
eof
其中，t：中性标记物的迁移时间，ldet为毛细管电泳有 效长度， ltot为毛细管电泳有效长度。
（2）CE中电渗流的方向
石英毛细管带负电荷，溶液带正电荷，电渗流 流向阴极；
改变电渗流方向的方法：
毛细管改性：表面键合阳离子基团； 加电渗流反转剂:
内充液中加入大量的阳离子表面
活性剂，将使石英毛细管壁带正电荷，溶液表面带 负电荷。电渗流流向阳极。
2.CE中电渗流的流形
液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁 处流速最慢，管中心处的速度为平均速度的2倍（引 起谱带展宽较大）。 在毛细管电泳中，电荷均匀分布，整体移动，电渗 流的流动为平流，塞式流动（谱带展宽很小），故 柱效较高。
电场强度：与所施加的电压成正比，与两电极间的距离（L）成反比
E=V/L
电场力：在溶液中，电场对带电离子作用力（F）的大小等于带电离子所带
的净电荷（q）与电场强度的乘积：
F=q· E
在电泳迁移过程中，介质粘滞力（F’）必然会阻碍离子的迁移。 粘滞力的大小与离子大小、形状、缓冲液粘度、甚至电泳介质孔径均有关系， 与带电离子的移动速度更是直接相关。对于球形分子F’的大小服从Stokes 定律：
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；
(2)快速：可在十几分钟甚至几十秒内完成分离； (3)低样品消耗：只需纳升甚至皮升级样品量； (4)低成本分析：只需低廉的分离毛细管和少量的运行 缓冲液；
常数有关，某一电泳体系内电渗流的具体数值可以 用Helmholtz-Smoluchowski 公式计算：
eof
ε V ε V ( )( ) eof E ltot ltot
eof为电渗速度； eof 为电渗淌度（EOF mobility）； 为双 式中， 电层的Zeta电位； 为缓冲液介电常数；η为电解液粘度；V 为所施加的电压； ltot 为毛细管总长度。
是气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)等常用分
离技术的重要补充，在诸多研究领域得到了人们 广泛的接受和认可。
一、毛细管电泳发展历程
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75μm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。
面电离成SiO-，管内壁带负电荷，形成双电层。
在高电场的作用下，带 正电荷的溶液表面及扩 散层向阴极移动，由于 这些阳离子实际上是溶 剂化的，故将引起柱中 的溶液整体向负极移动， 形成电渗流。
1. CE中电渗流的大小与方向
电渗流的大小可用电渗速度和电渗淌度表示。
（1）电渗流的大小
电渗流的大小与电场强度、Zata电势及缓冲液介电
3.CE中电渗流的作用
电渗流的速度一般约等于离子电泳速度的5～7倍； 各种电性粒子在毛细管柱中的迁移速度为：
Baidu Nhomakorabea
阳离子迁移速度 =电渗流+电泳流，阳离子运动速度快于电渗流；
阴离子迁移速度 =— 电渗流–电泳流，阴离子运动速度慢于电渗流； 中性粒子迁移速度 =电渗流，中性粒子运动速度与电渗流一致。
μ
ef
ef
E
q 6 πr
由此可知，球形带电离子的迁移率，主要取决于自身状态，即与其所带电 量成正比，与其半径及介质粘度成反比。电泳过程中正是利用带电离子电 泳迁移速度或迁移速率的差异来实现分离的。
二、电渗流
石英毛细管柱，内壁大约有8.31 mol/m2的硅醇基
（Si-OH），其等电点约为1.5，内充液pH>3时，表
(5)高度自动化：CE是目前自动化程度最高的分离分析
方法之一；
(6)洁净：通常用水溶性缓冲液，对人体和环境无害；
(7)多分离模式：可根据需要在同一仪器上选用不同的
样品分离模式；
(8)应用范围广：具有“万能”分析的功能和潜力，既 可以分析无机离子、氨基酸、药物等小分子，又可以 分析蛋白质等生物大分子,甚至整个细胞和各种微粒。
第三章 毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis
第一节 毛细管电泳概述 第二节 毛细管电泳基础理论 第三节 毛细管电泳仪
第四节 毛细管电泳类型
第五节 毛细管电泳的应用和进展
第一节 毛细管电泳概述
毛细管电泳（CE），又称高效毛细管电泳，是近
年来发展最快的高效分离分析技术之一。该技术
F’=6πηrνef
η：缓冲液粘度；r：球形分子的半径；νef：离子在电场中的迁移速度。
当带电离子以速度ν 在电场中移动时，受到大小相等、方向相反的电场驱 动力和平动摩擦阻力的作用，此时
F=F’
故：
q· E= 6πηrνef
则离子在电场中的迁移速度：
ef
qE 6πr
即带电离子的电泳迁移速率（或称电泳淌度） :
第二节 毛细管电泳基础理论
+
—
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。
—
+
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。
在具体实验中，可根据需要选用不同的中性组分作为标
记物（N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、甲酰胺、苯酚、 丙酮等），测定不同缓冲条件下中性标记物的迁移时间， 按下述公式计算出电渗率：
eof
ldet ldetltot E tE t V
eof
其中，t：中性标记物的迁移时间，ldet为毛细管电泳有 效长度， ltot为毛细管电泳有效长度。
（2）CE中电渗流的方向
石英毛细管带负电荷，溶液带正电荷，电渗流 流向阴极；
改变电渗流方向的方法：
毛细管改性：表面键合阳离子基团； 加电渗流反转剂:
内充液中加入大量的阳离子表面
活性剂，将使石英毛细管壁带正电荷，溶液表面带 负电荷。电渗流流向阳极。
2.CE中电渗流的流形
液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁 处流速最慢，管中心处的速度为平均速度的2倍（引 起谱带展宽较大）。 在毛细管电泳中，电荷均匀分布，整体移动，电渗 流的流动为平流，塞式流动（谱带展宽很小），故 柱效较高。
电场强度：与所施加的电压成正比，与两电极间的距离（L）成反比
E=V/L
电场力：在溶液中，电场对带电离子作用力（F）的大小等于带电离子所带
的净电荷（q）与电场强度的乘积：
F=q· E
在电泳迁移过程中，介质粘滞力（F’）必然会阻碍离子的迁移。 粘滞力的大小与离子大小、形状、缓冲液粘度、甚至电泳介质孔径均有关系， 与带电离子的移动速度更是直接相关。对于球形分子F’的大小服从Stokes 定律：
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；
(2)快速：可在十几分钟甚至几十秒内完成分离； (3)低样品消耗：只需纳升甚至皮升级样品量； (4)低成本分析：只需低廉的分离毛细管和少量的运行 缓冲液；
常数有关，某一电泳体系内电渗流的具体数值可以 用Helmholtz-Smoluchowski 公式计算：
eof
ε V ε V ( )( ) eof E ltot ltot
eof为电渗速度； eof 为电渗淌度（EOF mobility）； 为双 式中， 电层的Zeta电位； 为缓冲液介电常数；η为电解液粘度；V 为所施加的电压； ltot 为毛细管总长度。