高效毛细管电泳HPEC
高效毛细管电泳
5. 毛细管等速电泳（CITP）
是一种较早的模式, 采用先导电解质和后继电解质, 使溶
质按其电泳淌度不同得以分离, 常用于分离离子型物质, 目
前应用不多。
6. 毛细管电渗色谱（CEC）
将HPLC中众多的固定相微粒填充到毛细管中,
以样品与固定相之间的相互作用为分离机制, 以电
渗流为流动相驱动力的色谱过程,虽柱效有所下降,
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
DNA、RNA分析
抗生素、维生素、糖类、单细胞分析
阴离子的分析
阴离子电泳方向和电渗流方向相反、
速度接近，分析时间长、效率低；
质量小、电荷密度大的离子如：SO42-、 Cl-、F-等，电泳速率大于电渗流，阳极
端流出，在阴极端无法检测；
加入电渗流改性剂，十六烷基三甲基 溴化胺等，使电泳方向和电渗流方向一 致，可在3.1min内分离36种阴离子；阴 极进样，阳极检测； 离子价态及存在形态分析。
毛细管电泳的几种分离模式
1.毛细管区带电泳（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
高效毛细管电泳分析法
CGE在分子生物学和蛋白质化学上有着十分广 阔的应用。在分子生物学上实现了包括寡聚核 苷酸纯化、DNA测序和PCR产物的分析，在蛋 白质化学方面用于多肽和蛋白质分子的分子量 测定，原蛋白和结合蛋白的分离等。此外， CGE还可用于其它带电物质的分离，并可通过 加入手性试剂、离子对试剂、络合试剂等添加 剂改变分离的选择性。
离子色谱的固定相是离子交换树 脂。在固定相的表面，分布着许多适 合于分离阴离子的活性中心（如：
+ − — N(CH3 )3 OH，或适合于分离阳离子
的活性中心（如： SO− H+ ）。当被测 — 3 定的混合离子随流动相（淋洗液）流 经固定相时，由于不同离子的电荷数
或离子半径不同，使它与固定相的作 用力大小不同，造成各种离子在相对 运动的两相之间的分配系数不同，因 此，它们在柱中的迁移速度也就不同， 从而达到分离的目的。
图 毛细管分离示意图
在HPCE中电渗流的一个重要特点是具有 平面流型，电渗的驱动力沿毛细管均匀分 布，它使整个流体象一个塞子一样以均匀 的速度向前运动。而在HPLC中流体流型 则是抛物线型的层流，其中心处速度是平 均速度的2倍。
电渗流的平面流型和HPLC中高压泵驱动 所产生的抛物线型层流的速度曲线不同， 不会直接引起样品组分区带在柱内扩张， 这是HPCE获得高效分离的重要原因之一。
3．毛细管凝胶电泳（capillary gel ．毛细管凝胶电泳（ electrophoresis，CGE） ， ）
CGE是80年代后期发展起来的毛细管电泳 的主要分离模式之一，它将凝胶电泳对生 物大分子的高效分离能力和毛细管电泳的 快速、微量和定量分析相结合，成为当今 分离度极高的一种电泳分离技术。
毛细管电泳一般由一个高压电源，一 根毛细管，一个检测器及两个缓冲液 贮液槽及数据记录系统组成，其仪器 结构示意图如图
高效毛细管电泳技术简介
高效毛细管电泳技术简介
高效毛细管电泳又称高效毛细管区带电泳（又称毛细管区带电泳），它的分离根据是电场中毛细管内的溶质具有不同的迁移速率。
高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis, HPCE）是在传统的电泳基础上结合高效液相色谱技术发展起来的一种高效分离分析技术，由于其具有无与伦比的高效.准确和高灵敏性，这项技术广泛运用于有机离子.无机离子，氨基酸，多肽，蛋白质，核酸分子，对映异构体和临床医学分析，同时它在生物工程，药物，环保，食品检验等领域也显示了极其重要的运用前景。
毛细管电泳仪的结构和特点
毛细管电泳仪主要由5个部分组成，毛细管柱.进样系统，高压系统，检测系统和数据采集系统组成。
毛细管电泳的特点
（1）电泳在细径（25-75u m，内径）弹性石英毛细管中进行，其有限长度一般为50cm.
（2）高电压（10-30KV）加在毛细管两端以产生高电场强度（100-500V/cm）.
（3）分析时间短，数分钟至几十分钟可完成一次分析。
（4）多种分离模式，应用范围广(从生物大分子至小分子。
离子)
（5）样品需求量少，仪器自动化高。
现阶段取得的主要进展
P/ACE MDQ主要用于蛋白质的分析：
●毛细管等点聚焦●肽蛋白和糖蛋白的鉴别分析●纯度检测●免疫毛细管电泳检测
●SDS-分子量测定●肽谱分析。
毛细管电泳
毛细管电泳(CE)又叫高效毛细管电泳(HPCE), 是近年来发展最快的分析方法之一。
是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分析技术。
毛细管电泳是将电泳的场所置于毛细管中的一种电泳分离方法，它的装置结构通常由高压电源、铂电极、缓冲液池、样品池、毛细管、检测器和分析记录仪构成。
毛细管电泳分离的基本流程有进样、分离和检测三步骤。
进样：毛细管电泳的基本装置是一根充满电泳缓冲液的毛细管，与毛细管两端相连的两个小瓶微量样品从毛细管的一端通过“压力”或“电迁移”进入毛细管;
分离：电泳时，与高压电源连接的两个电极分别浸人毛细管两端小瓶的缓冲液中。
样品朝与自身所带电荷极性相反的电极方向泳动。
各组分因其分子大小、所带电荷数、等电点等性质的不同而迁移速率不同，依次移动至毛细管输出端附近的光检测器，检测、记录吸光度，并在屏幕上以迁移时间为横坐标，吸光度为纵坐标将各组分以吸收峰的形式动态直观地记录下来；检测的原理基于被测组分和背景电解质的吸光度不同，当被测组分通过检测窗时，吸光度发生的变化服从朗伯-比尔定律，即在一定的实验条件下，吸光度与被测组分的浓度成正比。
5.4 高效毛细管电泳
粒子在缓冲溶液中的迁移速度υep与电泳迁移μep（淌度）和 电场E成正比：
υep= μepE 淌度μep：单位电场强度下的平均电泳速度,取决于带电粒子 和介质两者的性质。
5. 带电粒子在CE中的迁移速率：
υ =（ υ电渗流+υ离子）
阳离子：和电渗方向一致，电泳速度与电渗速度之和。
一、毛细管区带电泳（CZE）
（一）分离原理
毛细管区带电泳也称为自由溶液溶液区带电泳, 这种 电泳模式的特征是整个系统都用同一种缓冲溶液充满，带 电粒子的迁移速度是电泳和电渗流速度的矢量和。
阳离子：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，随电渗流同行，在阳离子后 流出。但不同结构的中性分子无法相互分离。 阴离子：两种效应的运动方向相反，ν电渗流 >ν电泳,阴 离子在负极最后流出。
十二烷基三甲基氯化铵（DTAC）
16
十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）
15
十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）
3.5
十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）
0.92
•41
•42
三、毛细管凝胶电泳（CGE）
将聚丙烯酰胺等在毛细管柱内交联生成一个细长的网状 多孔凝胶，其具有多孔性，类似分子筛的作用。电荷/质量 比相等但大小不同的分子，在电场力的作用下发生迁移，其 运动速度受到凝胶网状结构的阻碍。大分子受到的阻力大， 移动速度慢，小分子受到的阻力小，移动速度快，从而使它 们得以分离。
特点： （1）进样不均：淌度大的离子比淌度小的进样量大； （2）离子丢失：淌度大且与电渗流方向相反的离子可能进 不去； （3）特别适合粘度大的试样。
2. 压力进样
（1）进样端加压 （2）出口端抽真空 （3）虹吸进样
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。
高效毛细管电泳HPCE笔记
高效毛细管电泳HPCE优势：高效、高速、低耗。
一、原理【1】电泳和电泳淌度1、电泳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。
影响因素：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。
故：式中：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 —组分离子半径；η —介质的粘度；对于棒形离子：f =4πηγ)✈物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。
电泳淌度：单位场强下离子的平均迁移速度。
2、淌度单位电场强度下电渗流的平均迁移速度。
1.绝对淌度(absolute mobility)μab无限稀释溶液中带电离子在单位电场强度下的平均迁移速度，简称淌度。
2.有效淌度(effective mobility)μef实际溶液中的淌度(实验中测定的)。
μef=∑a iμiγia i —溶质i的解离度；μi —溶质i在解离状态下的绝对淌度γi：活度系数✎有效淌度即在除去干扰因素后的电泳淌度。
3.表观淌度μap离子在实际分离过程中的迁移速度（表观迁移速度）：νap=μap E4。
表观迁移速度电泳和电渗速度的矢量和故电荷实际迁移速度的影响因素有：电场强度、介质黏度、电荷数、离子离解度及其大小形状。
【2】电渗和电渗淌度1、电渗流现象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动，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）。
2、HPCE中电渗流的大小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 = ε0εξε0—真空介电常数；ε—介电常数；ξ—毛细管壁的Zeta电势。
毛细管电泳分析解析
(4) 电渗与速度 不同性质的离子在同样的电泳条件下的速度 阳离子：运动方向和电渗方向一致，不受电渗反作用力影 响，反而受电渗加速度的作用，运动速度最快。其运动速 度是带电粒子的电泳速度与电渗加速之和 中性离子：电泳流速度为零，迁移的速度相当于电渗流的 速度。其运动速度是带电粒子的电泳速度与电渗加速相等 阴离子：运动方向与电渗流方向相反，受电渗反作用力影 响，电渗速度的反作用，其运动速度是带电粒子的电泳速 度与电渗加速之差。利用电渗在电泳过程中产生的反作用 力分离不同的带电粒子。
2.3毛细管电泳的应用范围：
应用范 围
电
离子 CZE
小分子 MECC
肽类 CIEF
蛋白质 类
CZE
核苷酸 类
CGE
核酸类 CGE
泳
CITP
CZE MECC CGE MECC
方
CIEF
CITP
CIEF
式
CGE
CIEF
3毛细管电泳仪的结构： 目前毛细管电泳仪的生产厂家有十几家，产品的型号很多。但是毛 细管电泳仪的基本结构相差不大，主要由高压电泳仪、毛细管柱、 检测器、电极槽及显示器几部分组成。
高效毛细管电泳
内容摘要
1概述 2基本理论 3毛细管电泳仪 4 电极液 5 进样方式 6毛细管电泳的分离模式
1概述 1.1高效毛细管电泳提出 高效毛细管电泳(High Performance Capillary Electrophoresis ，简称HPCE)，广义的说，是泛指在极细的管内实现具有 高效、快速、灵敏度高的一大类电泳分析技术，称之为高 效毛细管电泳。 高效毛细管电的发展过程大致分为以下几个阶段 1967年Hjerten首先提出在高电场强度下，采用管径为3mm 的毛细管进行自由溶液的区带电泳。
关于高效毛细管电泳在食品安全检测中的运用初探
关于高效毛细管电泳在食品安全检测中的运用初探食品安全一直是社会关注的焦点问题，关系到人们的身体健康和生命安全。
为了确保食品的质量和安全，各种检测技术不断发展和创新。
高效毛细管电泳（High Performance Capillary Electrophoresis，HPCE）作为一种高效、灵敏的分离分析技术，在食品安全检测领域发挥着越来越重要的作用。
高效毛细管电泳是一种以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的电泳技术。
与传统的分离分析技术相比，它具有许多独特的优势。
首先，高效毛细管电泳具有极高的分离效率。
由于毛细管内径很小，样品在电场中的迁移路径短，且散热效果好，能够产生很高的电场强度，从而实现快速高效的分离。
其次，它所需的样品量极少，通常只需要纳升级甚至皮升级的样品，这对于珍贵或难以获取的样品检测具有重要意义。
再者，高效毛细管电泳的分析速度快，一般在几分钟到几十分钟内就能完成一次分析，大大提高了检测效率。
此外，它的操作简单，成本相对较低，便于普及和应用。
在食品安全检测中，高效毛细管电泳在多个方面都有着广泛的应用。
对于食品中的农药残留检测，高效毛细管电泳表现出色。
农药的广泛使用虽然提高了农作物的产量，但也带来了潜在的食品安全风险。
常见的农药如有机磷、有机氯等，在食品中可能残留的量往往非常低。
高效毛细管电泳能够灵敏地检测出这些微量的农药残留，为保障食品安全提供了有力的技术支持。
在食品添加剂的检测方面，高效毛细管电泳也发挥着重要作用。
食品添加剂如防腐剂、甜味剂、色素等，使用不当或过量添加都可能对人体健康造成危害。
通过高效毛细管电泳技术，可以准确地检测出食品中各种添加剂的种类和含量，确保其符合相关标准和规定。
此外，高效毛细管电泳还可用于检测食品中的生物毒素。
例如，黄曲霉毒素是一种常见的真菌毒素，对人体肝脏有很强的毒性。
利用高效毛细管电泳技术能够快速、准确地检测出食品中黄曲霉毒素的存在及含量，及时发现问题食品，防止其流入市场。
12.1高效毛细管电泳概述
Hale Waihona Puke 经典电泳分析及其分类• 电泳法：利用电泳现象对某些化学或生物物质进行 分离的方法。
• 按形状分类：U形管电泳、柱状电泳、板电泳。 • 按介质分类：滤纸电泳、琼脂电泳、聚丙烯酰胺、
自由电泳 • 按有无载体分类：自由界面电泳（无载体）和区带
电泳（有载体）
经典电泳分析的局限性
毛细管电泳的特点
高效：理论塔板数达10-100 万塔板数/米 高速：几十秒~十几分钟 低样品消耗：nL~pL 样品 分离对象极广：无机离子、有机分子、中性分子、
蛋白、核酸、单细胞等。 成本低：只需毛细管和少量运行缓冲溶液
毛细管电泳的缺陷
制备能力差； 光路太短：需要高灵敏度检测器（激光诱导荧光等）； 毛细管大的比表面积能吸附蛋白，导致蛋白分离效率
高效毛细管电泳（HPCE） High Performance Capillary Electrophoresis
毛细管电泳概述
HPCE定义
• 以毛细管为分离通道，以高压 直流电场为驱动力，依据各组 分之间淌度和分配行为上的差 异而实现分离的新型液相色谱 分离技术。
HPCE发展简史
• 1937年瑞典科学家A. Tiselius首次采用电泳技术从人血清中分离 白蛋白、、、球蛋白戏中蛋白。
下降； 样品吸附导致重现性下降； 凝胶毛细管电泳等需要与门的灌制技术。
• 技术改进 采用毛细管（几十微米） 采用高压（可达30 kV）
HPEC和HPLC比较
1. 分离过程类似：都是一种液相分离技术。 2. 分离原理丌同： HPEC基于组分在电场中发生定向移动，依据粒
子所带电荷数、形状、离解度等丌同所产生的差 速迁移而分离 ； HPLC基于组分在两相之间分配比系数丌同而分 离。 3. 应用方面相互补充
高效毛细管电泳法-精选文档
vep
vep ＝μepE
所以淌度不同是电泳分离的内因和前提。
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3．有效淌度
在实际溶液中，离子活度系数、溶质分子的离解 程度和溶液的酸度等均对离子的淌度有影响，这 时的淌度称为有效淌度，用μef 表示。
ef i i ep
i
二、电渗和电渗流 1．电渗现象
当固体与液体相接触时，如果固体表面因某种原因带一 种电荷，则因静电引力使其周围液体带相反电荷，当液体两 端施加一定电压时，就会发生液体相对于固体表面的移动， 我们把这种液体相对于带电固体表面移动的现象叫做电渗。
1
第一节
毛细管电泳的特点和分类
一、电泳和色谱 毛细管电泳和色谱都是一种分离分析方法，两者比较如下： 1.分离原理 电泳是溶液中带电粒子在电场力作用下发生定向运动， 因粒子所带电荷数、形状、大小等不同，导致不同的迁移速 度而分离。色谱是不同组分在流动相的推动下，由于在固定 相流动相中的分配系数不同，导致不同的迁移速度而分离。 但某些毛细管电泳的分离模式也包含了色谱的分离机制。 2.分离过程 电泳和色谱的分离过程都是差速迁移过程，可用相同的 理论来描述。色谱中所用的一些名词概念和基本理论，如 保留值、塔板理论、速率理论等均可借用于毛细管电泳中。 3.仪器流程
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实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算
L ef v os t os
Lef—毛细管有效长度； tos—电渗流标记物（中性物质） 的迁移时间。 在一般情况下，电渗流的速度是电泳速度的5～7倍。 电渗流的方向取决于毛细管内壁表面电荷的性质。 一般情况下，石英毛细管内壁表面带负电荷，则电渗流 带正电荷，向负极移动。但如果将毛细管内壁改性，比 如在在内壁表面涂渍或键合一层阳离子表面活性剂，将 使壁表面带正电荷，则电渗流带负电荷，向正极移动。
高效毛细管电泳法
vap=μapE=(μos±μep)E
μap=μos±μep μap称为表观淌度。
阳离子： vap＝vos+vep 阴离子： vap＝vos－vep 中性分子： vap＝vos 当把试样从阳极端注入到毛细管内时，不同电性 的粒子将按不同的速度向负极迁移，从负极端先后 流出毛细管。出峰次序是： 阳离子>中性分子>阴离子 中性分子与电渗流速度相同，不能互相分离。
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电渗流在HPCE 的分离中起着极其重要的作用： ①电渗流具有像HPLC中泵一样的作用，推动离 子前进，加上不同离子电泳速度和方向的差异， 完成阳离子、阴离子和中性离子的分离。
②改变电渗流的大小和方向，可以改变分离效率 和选择性。这是HPCE中优化分离的重要因素。
③电渗流的微小变化影响分离结果的重现性。 电泳中影响电渗流的因素很多，应设法控制电渗 流的恒定。
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5. 添加剂的影响
（1）加入浓度较大的中性盐，如K2SO4，溶液离子 强度增大，使溶液的黏度增大，电渗流减小。 （2）加入表面活性剂，可改变电渗流的大小和方向 某些阳离子表面活性剂使电渗流减小，某些阴 离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠（SDS），可以 使壁表面负电荷增加，电渗流增大 （3）加入有机溶剂如甲醇、乙腈，使电渗流增大。
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三、HPCE中影响电渗流的因素
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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3. 电解质溶液性质的影响
（1）溶液pH的影响 对于石英毛细管，溶液pH增高时，表面电离多，电荷密 度增加，管壁zeta电势增大，电渗流增大，pH=7，达到最大； pH<3，完全被氢离子中和，表面电中性，电渗流为零。分析 时，采用缓冲溶液来保持pH稳定。
高效毛细管电泳
HPCE统指以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一项液相分离技术。
是以电泳强有力的分离机理与色谱的仪器及自动化相结合的产物，可看作是电泳的一种仪器化方式。
是一种迅速发展中的新的分离分析技。
HPCE 特点:1.电泳是在细径弹性石英毛细管中进行；2.高电压（10～30KV ）加在毛细管两端以产生高电场强度；3.毛细管的高电阻限制了电流的产生和管内发热，从而抑制了热扩散的不利影响；4.柱效率高,分析时间短;5.检测在毛细管上进行（没有外部检测池），不存在检测池内的谱带展宽问题;6.所需样品体积小（为１～５0 nl)；7.多种分离模式能改变选择性，拓宽了电泳的应用范围；8.分离在水相介质中进行；9.方法开发简便；10.仪器自动化程度高，克服了板状凝胶电泳分析时间长、效率低以及检测自动化比较困难等缺点。
电泳的基本原理：离子的迁移速度可用下式表示:淌度（Mobility ）是指在单位时间间隔内和单位电场强度下溶质移动的距离。
电渗流(Electroosmotic Flow, EOF)是指毛细管内壁表面电荷所引起的管内液体的整体流动，大小可用速度或淌度来表示：EOF 的特点：1.毛细管内的电渗流具有平面流型，呈近似扁平型的“塞式流”，使溶质区带在毛细管内原则上不会扩张。
2.一般情况下（pH>4），毛细管内壁表面带负电荷，EOF 的方向是由正极到负极。
3.EOF 的淌度比离子淌度大一个数量级，它可以使几乎所有物种，不论其电荷性质如何，向同一方向运动。
因此EOF 是HPCE 中推动流体前进的驱动力，粒子在毛细管内电解质中的迁移速度等于电泳和电渗流两种速度的矢量和。
正离子的泳动方向和电渗流一致，迁移速度最快；中性粒子的迁移速度与电渗流速度相等；负离子的泳动方向和电渗流相反，但电渗流速度>电泳流速度，故其迁移方向与EOF 一致，迁移速度最慢。
HPCE 与LC 中流体的不同流型:EOF 的平面流型引起流动的推动力沿毛细管均匀分布,不会在毛细管内形成压力差,所以流速到处接近相同,对谱带展宽没有贡献。
高效毛细管电泳的理论基础
01:00:05
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
• 平流是空气水平方向的运动
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5. HPCE中电渗流的作用
电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5～7倍；
各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为：
ν+ =ν电渗流 + ν+ef 阳离子运动方向与电渗流一致；
ν- =ν电渗流 - ν-ef 阴离子运动方向与电渗流相反；
ν0 =ν电渗流
中性粒子运动方向与电渗流一致；
q E 6π
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二、电渗现象与电渗流
electroosmosis and electroosmotic flow
1.电渗流现象
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 的移动，这种液体相对于固体 表面的移动的现象叫电渗现象。
（2）阴离子的影响
在其他条件相同，浓度相同而阴离子不同时，毛细管中 的电流有较大差别，产生的焦耳热不同。
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。
01:00:05
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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”；
高效毛细管电泳HPCE
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高效毛细管电泳的发展与进展
毛细管电泳方法虽新，但历史悠久。以毛细管等速电泳 （CITP）的发展为起点可以追溯到1960年甚至更远；多数 学者以毛细管区带电泳的出现为起点（CZE）。CZE是瑞典 科学家Hjerten首先提出的。1981年Jorgenson和Lukacs使用 75umID的熔融石英毛细管做CZE，利用电迁移进样和荧光 检测，在30kV电压下产生了4X105片/m的效率，成为毛细 管电泳史上的一个里程碑。Hjerten先后提出了毛细管凝胶 电泳和毛细管等电聚焦法，它们不仅可以大幅度提高效率， 而且可以实现自动化操作，便于定性定量工作。1986年， Lauer报道其在蛋白质CZE中获得了106片/m的高效率。这些 研究结果激发了关于CE 研究的热潮。而1988年美国BioRad公司商品仪器的推出，更加使毛细管电泳技术的发展进 入了应用的新时代。
生物工程系 马 力
理论
生物工程系 马 力
理论上，若分子(或离子)的相对迁移率不同，且泳动距离 足够长，则不同的物质应形成不同的区带而得以分离。但在 实际操作中传统的凝胶电泳技术有其自身的缺点：(1)凝胶的 制作比较费时，不能重复使用，每次实验的凝胶密度不能完 全相同，常使同一样品的分折结果不能重复，因此在分析中 必须同时以标准样品进行对照。(2)在电泳过程中，凝胶对分 子有一定的吸附作用，使区带变宽，分辨率下降。(3)在凝胶 电泳中，为减少焦耳热带来的对流扰动和凝胶变形等影响， 施加的电压不能太高，通常为5v／cm左右，这样使分子的泳 动速度较慢，在凝胶中的停留时间增长，而分子的扩散也使 区带变宽。要解决这些问题必须增加电场强度，缩短分离时 间，同时尽快将焦耳热耗散，减少热扩散的影响。Knox和 Grushka等发表的一个结论是：如果管子的直径能满足下述方 程，那么自身产生的热量就不会引起太严重的谱带展宽和效 率损失。
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青霉素发酵液的高效毛细管电泳图
1. 青霉素G钠 ；2. 6-氨基青霉烷酸； 3. 对羟基苯乙酸 ；4. 邻羟基苯乙酸 ；5. 苯乙酸
2. 中药成分分析 如：黄酮及其苷类分析
HPCE条件
毛细管40cm×50μm (Bio-Rad) 检测波长：UV275nm 进样：10psi × sec 操作压力：20KV(+)→(-) 柱温：20℃ 缓冲液：50mmol/L磷酸二氢钠-12.5mmol/L硼 砂(pH8.0)
北沙参供试品溶液的毛细管电泳图
1. 补骨脂素; 2. 花椒毒素; 3. 异茴芹内酯; 4. 佛手柑内酯; 5. 东莨菪内酯。
复方生脉散的毛细管电泳指纹 图谱研究
利用毛细管电泳(CE)方法建立中药复方 生脉散(红参、麦冬、五味子)的指纹图谱。
采用序贯式均匀设计的方法优化CE分离 条件，确定生脉散指纹图谱 电泳条件为:以pH为9.5、44 mmol/L硼砂、 34 mmol/L SDS为缓冲溶液体系， 运行电压25 kV，温度25℃， 压力进样50 mbar×100 s， 检测波长200 nm。
3. 毛细管凝胶电泳 凝胶的网络结构对溶质具 有分子筛的作用，可分离质荷 比相同但分子大小不同的组分。 在分子生物学和蛋白质化 学上有着十分广泛的应用。
4. 毛细管等电聚焦
根据蛋白质的等电点不同 而进行分离。
E B B F A B D A C F C A B A A E D D D E AE D C C E B B AA BB AA BB CC DD CC DD EE EE FF FF
低
pH梯度
高
毛细管电泳的操作
将运行缓冲液充满毛细管柱 移去进样端缓冲液池，用样品池代替 用电动或压力进样方式进样 将进样端缓冲液放回 毛细管两端加操作电压进行电泳分离 分离样品迁移至检测窗检测，数据记录 和处理
应用：
1. 监测药物生产过程 如：监测青霉素发酵液中有关物 质的量
HPCE条件
毛细管87cm(有效长度77cm)×75μm (河北永年) 检测波长：214nm 进样：2.5psi × sec 操作压力：30KV(+)→(-) 柱温：25℃ 缓冲液：20mmol/L磷酸盐(pH7.5)
(+)
电渗的产生
电渗流的特点之一
具有平面流型，其电渗驱动力沿毛细管 均匀分布，电渗速度的径向分布几乎是 均匀的，不会直接引起区带扩散，分离 效率高
电渗流的特点之二
使所有的样品组分不管电荷大小，以同 样的方向移动。一般情况下，电渗流方 向从阳极至阴极，且电渗流速度大于电 泳速度，所以阴离子也在阴极流出 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
HPCE的仪器结构
电泳组成系统：电极槽、电极、高压电源 进样系统：样品池 分离系统：石英毛细管（内径25～75μm） 检测系统：检测窗、光学检测 数据处理系统：电泳谱图 毛细管恒温系统
检测器
毛细管恒温系统
毛 细 管
（+）
电极槽
数 据 处 理 系 统
高压电源
铂电极 铂电极
(－ )
缓冲液/样品
缓冲液
(
－
-
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－
+
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(+)
毛细电泳中不同组分的迁移示意图
电渗流的控制
最基本方法：改变毛细管内壁的表面电荷 改变缓冲溶液粘度 改变电渗流需要通过毛细管电泳整个操作条 件的优化来实现 操作条件：电场强度、缓冲液pH值、离子 强度或缓冲液浓度、温度、有机改性剂、表 面活性剂、中性亲水性聚合物、共价涂覆
1981年Jceorgenson和Lukas提出用200um细 毛细管 1984年Terabe等将离子型表面活性剂胶束引 入毛细管电泳缓冲液体系中，胶束电动毛细管 色谱 1985年Hjerten提出毛细管等电聚焦 1987年Cohen和Karger提出毛细管凝胶电泳， 实现了蛋白质碎片的分离 1988年后，高效毛细管电泳仪问世
高效毛细管电泳分析
High Performance Capillary Electrophoresis （HPCE）
HPCE概念
HPCE是经典电泳技术与现代微柱分离相 结合的一种快速、高效的液相分离技术。 以高电场为驱动力 在细内径毛细管内 荷电粒子按其淌度或分配系数的不同分离
特点：
1. 高效：分离效能高 2. 高速：分析速度快
分离选择性 分析速度 样品用量 流动相 溶剂消耗 高压输液系统 成本 方法 灵敏度 线性范围
更高 更快 低100倍 溶液缓冲 几乎不消耗 无 低 成熟 较高 稍窄
高 快 微量 甲醇、乙腈等 消耗量大 有 高 待完善 高 宽
HPCE应用
不仅用于生物大分子的分离分析 也用于氨基酸、手性药物、维生素 农药、无机离子、有机酸、染料、表面活 性剂 肽和蛋白质、糖类、低聚核苷和DNA片断 甚至于整个细胞和病毒粒子的分离分析
3. 微量：样品用量少
4. 低消耗 5. 应用范围广
历史沿革（1）
1937年Tiselius首次创造了电泳仪 1948年成功从人血清中分离白蛋白和蛋 白,获诺贝尔化学奖 但分离效率受热扩散和对流的影响 1967年Hjerten最先提出高电场强度、直 径3mm的毛细管中作自由溶液区带电泳
历史沿革（2）
黄芩中6种黄酮类成分的
胶束电动毛细管色谱分离图 1.汉黄芩甙；2. 黄芩素；3.黄芩甙；4. 千层子素； 5. 汉黄芩素；6.内标水杨酸；7.白杨素
胶束电动毛细管电泳分离测定北 沙参中5种香豆素类成分
电泳条件
未涂层融硅石英毛细管(5.12 cm ×75μm ×40 cm) ; 运行缓冲液为20 mmol/L 硼砂缓冲溶液 ( pH 916, 含16 mmol /LSDS, 15%乙腈) 温度22 ℃; 压力进样5 s ( 015Psi) ;分离 电压22 kV;检测波长214 nm 实验前,用011 mol· L - 1的氢氧化钠溶液 冲洗
电渗或电渗流
电渗或电渗流：管内溶液在外力电场作 用下整体朝一个方向运动的现象
石英表面的负电荷(SiO-)
(－)
向阴极的电渗流 －－ + + － － ++ ++ － + + ++ － + － － － + + － + － + + － ++ + － + + + + －－ + － ++ 水合阳离子 － －
CITP
移动界面
1. 毛细管区带电泳
最基本、最广泛的分离模式。 适用于所有具有不同淌度的荷 电粒子的分离，但不能中性物质 及质荷比相同的组分。
2. 胶束动电毛细管色谱
用离子胶束溶液代替简单 的缓冲溶液，使中性组分可按 其疏水性的不同及在两相间的 分配系数的不同而分离。采用 手性分配相，可用于手性化合 物的分离。
毛细管电泳基本理论
v = veo+ vep = (μeo+μep)E v ：离子移动速度
veo：电渗流速度 μeo：电渗流淌度
vep：电泳流速度 μep：电泳流淌度
E： 电场强度
电泳
电泳：组分在电场作用下的迁移产生的 分子半径小、电荷大的离子具有较大的电 泳淌度； 分子半径大、电荷小的离子具有较小的电 泳淌度。 电泳淌度的差异，构成了电泳分离的基础
生脉散CE指纹图谱(20个主要共有峰， 峰16-五味子醇甲，峰19-五味子乙素)
11批生脉散CE指纹图谱
11批生脉散CE指纹图谱中确认了20个主 要的共有指纹峰，其中4个峰来自红参， 6个峰来自麦冬，13个峰来自五味子，3 个峰为红参和麦冬共有，1个峰为麦冬和 五味子共有，另外1个为新成分。
3. 手性拆分 4. 体内分析
毛细管电泳装置示意图
HPCE基本结构
电极：铂电极 进样方式：样品池置换进样品的电极槽 采用电动进样或压力进样方式导入 分离：各组分淌度不同，在毛细管中迁 移速度不同分离
HPCE与HPLC比较
共同点：液相分离技术 分离机理不同 两者可以互为补充
HPCE
分离柱 柱效 毛细管 更高
HPLC
色谱柱 高
常用分离模式
1. 毛细管区带电泳（CZE）
2. 胶束动电毛细管色谱（MECC）
3. 毛细管凝胶电泳（CGE）
4. 毛细管等电聚焦（CIEF） 5. 毛细管等速电泳（CITP）
模式
CZE
缓冲液体系
自由缓冲液
分离机理
离子淌度 疏水性/离子性 相互作用 分子大小和 荷电数目 等电点
MECC 胶束－缓冲溶液 CGE CIEF 凝胶－缓冲溶液 两性电解质 前导电解质、尾 随电解质