第五章 毛细管电泳分离法1资料
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电泳是指带电离子在电场中的定向移动，不同离子具有 不同的迁移速度，迁移速度与哪些因素有关？
当带电离子以速度ν 在电场中移动时，受到大小相等、
方向相反的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。
电场力：FE = qE
阻 力：F = fν 故： qE = fν
q—离子所带的有效电荷； E —电场强度； ν—离子在电场中的迁移速度； f —平动摩擦系数 ( 对于球形离子： f =6πηγ；γ —离子的表观液态动力 学半径；η —介质的粘度； )
第五章 毛细管电 泳分离法
第一节 概述
2020/9/18
一、概述 generalization
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，称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不同，迁 移速率不同，可实现分离。
1937年，Tiselius(瑞典)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，第一次将人血
2020/9/18
所以，迁移速度：
qE q E （球形离子） f 6π
物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。 淌度μ ：单位电场强度下的平均电泳速度。
q E 6π
2020/9/18
二、电渗现象与电渗流
electroosmosis and electroosmotic flow
1.电渗流现象
离子在负极最后流出,在这种情况下,不但可以按类分离,除中 性粒子外,同种类离子由于受到的电场力大小不一样也同时被 相互分离。
2020/9/18
高效毛细管电泳的特点
1.仪器简单、易自动化
电源、毛细管、检测器、溶液瓶
2.分析速度快、分离效率高
在3.1min内分离36种无机及有机阴离子，4.1min内分 离了24种阳离子；分离柱效：105～107/m理论塔板数；
当固体与液体接触时，固体表面由于某种原因带一种电 荷，则因静电引力使其周围液体带有相反电荷，在液-固界 面形成双电层，二者之间存在电位差。
当液体两端施加电压时， 就会发生液体相对于固体表面 的移Fra Baidu bibliotek，这种液体相对于固体 表面的移动的现象叫电渗现象。
电渗现象中整体移动着的 液体叫电渗流（electroosmotic flow ，简称EOF）。
电渗流的大小用电渗流速度ν电渗流表示，取决于电渗淌 度μ和电场强度E。即
ν电渗流 = μ E
电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即
μ = ε0εξ
ε0—真空介电常数；ε—介电常数；ξ—毛细管壁的Zeta电势。
ν电渗流 = ε0εξ E
实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算
ν电渗流 = Lef/teo
2020/9/18
4. HPCE中电渗流的流形
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）；
液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁处流 速为零，管中心处的速度为平均速度的2倍（引起谱带展宽 较大）。
2020/9/18
三、高效毛细管电泳分析
high performance capillary electrophoresis
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 一是采用了0.05mm内径的毛细管,； 二是采用了高达数千伏的电压。
• 毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大减 小了温度效应，使电场电压可以很高。 • 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小， 柱长增加， • 高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理论塔 板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万。
2020/9/18
2.HPCE中的电渗现象与电渗流
石英毛细管柱，内充液pH>3时，表面电离成-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，速度ν电渗流。
2020/9/18
3.HPCE中电渗流的大小与方向
清提取的蛋白质混合液分离出白蛋白和α、β、γ球蛋白；
发现样品的迁移速度和方向由其电荷和淌度决定；
第一次的自由溶液电泳；第一台电泳仪；
1948年，获诺贝尔化学奖；
2020/9/18
二、经典电泳分析
traditional electrophoresis
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。
3.操作方便、消耗少
进样量极少，水介质中进行；
4.应用范围极广
有机物、无机物、生物、中性分子；生物大分子等； 分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等；
2020/9/18
第二节高效毛细管电泳理论 基础
2020/9/18
一、高效毛细管电泳(HPCE)基本原理
basic principles of PHCE
2020/9/18
分离过程
电场作用下，毛细
管柱中出现：电泳现 象和电渗流现象。
带电粒子的迁移速度=电泳+电渗流；两种速度的矢量和。 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
Lef —毛细管有效长度； teo—电渗流标记物（中性物质）的迁移时间。
2020/9/18
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； 改变电渗流方向的方法： （1）毛细管改性 表面键合阳离子基团； （2）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。
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。
1981年，Jorgenson和Luckas，用75m内径石英毛细管进 行电泳分析，柱效高达40万/m，促进电泳技术发生了根本变 革，迅速发展成为可与GC、HPLC相媲美的崭新的分离分析技 术——高效毛细管电泳。
当带电离子以速度ν 在电场中移动时，受到大小相等、
方向相反的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。
电场力：FE = qE
阻 力：F = fν 故： qE = fν
q—离子所带的有效电荷； E —电场强度； ν—离子在电场中的迁移速度； f —平动摩擦系数 ( 对于球形离子： f =6πηγ；γ —离子的表观液态动力 学半径；η —介质的粘度； )
第五章 毛细管电 泳分离法
第一节 概述
2020/9/18
一、概述 generalization
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，称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不同，迁 移速率不同，可实现分离。
1937年，Tiselius(瑞典)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，第一次将人血
2020/9/18
所以，迁移速度：
qE q E （球形离子） f 6π
物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。 淌度μ ：单位电场强度下的平均电泳速度。
q E 6π
2020/9/18
二、电渗现象与电渗流
electroosmosis and electroosmotic flow
1.电渗流现象
离子在负极最后流出,在这种情况下,不但可以按类分离,除中 性粒子外,同种类离子由于受到的电场力大小不一样也同时被 相互分离。
2020/9/18
高效毛细管电泳的特点
1.仪器简单、易自动化
电源、毛细管、检测器、溶液瓶
2.分析速度快、分离效率高
在3.1min内分离36种无机及有机阴离子，4.1min内分 离了24种阳离子；分离柱效：105～107/m理论塔板数；
当固体与液体接触时，固体表面由于某种原因带一种电 荷，则因静电引力使其周围液体带有相反电荷，在液-固界 面形成双电层，二者之间存在电位差。
当液体两端施加电压时， 就会发生液体相对于固体表面 的移Fra Baidu bibliotek，这种液体相对于固体 表面的移动的现象叫电渗现象。
电渗现象中整体移动着的 液体叫电渗流（electroosmotic flow ，简称EOF）。
电渗流的大小用电渗流速度ν电渗流表示，取决于电渗淌 度μ和电场强度E。即
ν电渗流 = μ E
电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即
μ = ε0εξ
ε0—真空介电常数；ε—介电常数；ξ—毛细管壁的Zeta电势。
ν电渗流 = ε0εξ E
实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算
ν电渗流 = Lef/teo
2020/9/18
4. HPCE中电渗流的流形
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）；
液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁处流 速为零，管中心处的速度为平均速度的2倍（引起谱带展宽 较大）。
2020/9/18
三、高效毛细管电泳分析
high performance capillary electrophoresis
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 一是采用了0.05mm内径的毛细管,； 二是采用了高达数千伏的电压。
• 毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大减 小了温度效应，使电场电压可以很高。 • 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小， 柱长增加， • 高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理论塔 板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万。
2020/9/18
2.HPCE中的电渗现象与电渗流
石英毛细管柱，内充液pH>3时，表面电离成-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，速度ν电渗流。
2020/9/18
3.HPCE中电渗流的大小与方向
清提取的蛋白质混合液分离出白蛋白和α、β、γ球蛋白；
发现样品的迁移速度和方向由其电荷和淌度决定；
第一次的自由溶液电泳；第一台电泳仪；
1948年，获诺贝尔化学奖；
2020/9/18
二、经典电泳分析
traditional electrophoresis
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。
3.操作方便、消耗少
进样量极少，水介质中进行；
4.应用范围极广
有机物、无机物、生物、中性分子；生物大分子等； 分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等；
2020/9/18
第二节高效毛细管电泳理论 基础
2020/9/18
一、高效毛细管电泳(HPCE)基本原理
basic principles of PHCE
2020/9/18
分离过程
电场作用下，毛细
管柱中出现：电泳现 象和电渗流现象。
带电粒子的迁移速度=电泳+电渗流；两种速度的矢量和。 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
Lef —毛细管有效长度； teo—电渗流标记物（中性物质）的迁移时间。
2020/9/18
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； 改变电渗流方向的方法： （1）毛细管改性 表面键合阳离子基团； （2）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。
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。
1981年，Jorgenson和Luckas，用75m内径石英毛细管进 行电泳分析，柱效高达40万/m，促进电泳技术发生了根本变 革，迅速发展成为可与GC、HPLC相媲美的崭新的分离分析技 术——高效毛细管电泳。