高效毛细管电泳
高效毛细管电泳简介
离模式。
•毛细管凝胶电泳（CGE）：将聚丙烯酰胺在毛细管柱 内交联生成凝胶。其具有多孔性，类似分子筛的作用， 试样分子按大小分离。能够有效减小组分扩散，所得峰 型尖锐，分离效率高。可分离测定蛋白质、DNA等。
• 毛细管胶束电动力学色谱（MECC）：
用来分离中性物质，扩展了高效毛细管电泳的应 用范围。
二、仪器装置
• 电压：0～30KV。
• 分离柱不涂敷任何固定液；
• 紫外或激光诱导荧光检测器（10-19～10-21 mol/L）
三、主要特点和应用
☺高分辨率：理论n高达数百万块，甚至数千万块； ☺高灵敏度：可检测出低至10-21 mol/L浓度的物质； ☺高分析速度：可在3分钟内分离30种阴离子；1.7分 钟分离19种阳离子；4分钟可分离10种蛋白质； ☺试样用量少：仅需几nL（10-9 L）的试样； ☺仪器简单，操作成本低：分析一个试样仅需几毫升
第八节
高效毛细管电泳简介
一、基本原理
1、概述
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。
毛细管电泳是以高压电场为驱动力，以毛细
管为分离通道，依据试样中各组分之间淌度和分
流动液。
不足之处： ♣ 进样不够方便。应用范围相对较窄。 ♣ 分析阴离子时，由阴极进样，在阳极检测。但 电渗流方向与阴离子受电场力作用移动方向相反， 出峰时间较长。
配行为上的差异而实现分离、分析物质的一类液
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
相技术，是经典电泳和现代微柱分离的结合。
电渗流现象：石英玻璃表面存在硅羟基，pH>3时,
高效毛细管电泳技术
2.1 电渗现象
当固体与液体接触时，固体表面带一种电荷，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。
202X 添加副标题
毛细管电泳
目录
一、概述-毛细管和电泳技术
+
毛细管柱是毛细管电泳（CE）的核心部件，目前多为2575μm之间，材料为聚四氟乙烯、玻璃和弹性石英，以石英 居多。 电泳：在电解质溶液中，带电离子在电场力的作用下，以不 同的速度向与其所带电荷相反的电极迁移的现象。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。
3.2 DNA分析
DNA分析包括碱基、核苷、核苷酸、寡核苷酸、引物、探针、单链 DNA、双链DNA分析。用CE测DNA序列的应用很多, 如用短寡核苷酸
引物库测DNA 序列、高速DNA 序列、毛细管阵列、毛细板阵列。
3.3 环境分析
01
水源是人类生存最重要的环境 资源，对水质的分析是CE 最 广泛的应用领域之一。CE 的 工作环境是水介质，这一特点 为环境分析带来极大方便。目 前，CE已经可以准确测量出 水环境中的多种多环芳烃、多 氯联苯等。
1. 邓光辉用毛细管电泳安培检测法检出了辣椒粉样品中的苏丹红 I 号。 2. 张辰凌等以 20 mmol/L 乳酸溶液为背景电解质，用毛细管电泳-电容耦合非接触
电导法检测了牛奶中的三聚氰胺的含量。 3. 管月清等采用毛细管电泳-电化学检测法同时测定了肉制品中盐酸克伦特罗与沙丁
胺醇的含量。
四、毛细管电泳的特点
高效毛细管电泳
70年代初 Ereraers 在高电压下进行等速电泳,初发表了专著《等速 电泳》，提出用毛细管进行电泳的基本原理和在线检测方法，并在 等速电泳系统上获得了区带电泳的结果 1974年Virtanen提出使用细毛细管提高分离效率 1979年Everaerts和Mikker发表了有关区带电泳理沦的文章，提出 用毛细管来抑制对流和槽强故热效果的方案，并用内径200um的 聚四氟乙烯管以毛细管获得小于10um理论塔板高。 1981年 Jorgenson和Lukacs发表了划时代的研究工作，用75pm内 径石英毛细管进行电泳，电迁移进样，以灵敏的荧光检测器进行 柱上检测，使丹酞化氨基酸高效、快速分离，峰形对称，达到 400000块／m理论塔板的高效率，并进一步研究了影呐区带加宽 的因素。 Jorgenson和Lukacs等人的开创性工作，使电泳这一 古老技术发生了根本变革，从此写人高效毛细管电泳的新时代。
第二章 高效毛细管电泳
高效毛细管电泳概况 高效毛细管电泳仪 基本概念 毛细管电泳分离模式 HPCE分离方法的选择 毛细管电泳的一些发展动向
一、高效毛细管电泳概况
发展史
Tisedius对电泳技术的发展和应用所做的巨大贡献，使他获得了1948年诺贝尔化学奖c
1967 年Hjertem使用慢速旋转的内径为3mm的石英玻璃管进行自 由溶波电泳，以UV进行检测，成功地分离了无机离子、有机离子、 蛋白质、多肽、核酸、病毒以及细菌。
二、高效毛细管电泳仪器
1．毛细管：用作分离通道和电流通路
2．直流高压电源：用于驱动分离
3.进样机构：能实现直接进样并可随时改变进样方向， 常备的方法是电动和压力(包括重力或真空)进样系统； 4．电极与电极槽：用于金属导线和毛细管的沟通； 5．检测系统：
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
电泳中影响电渗流的因素很多，应设法控制 电渗流的恒定。
23
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 酸度影响毛细管的表面 Si-OH基的电离，特别 是在pH4～7范围内，影 响更显著，此时溶液pH 值与EOF成近线性关系
FE qE
q: 溶质离子所带的有效电荷 E: 电场强度 带电粒子在溶液中运动时受到的阻力即摩擦力为
Ff fv ep
v ep
是电泳速度
9
f为摩擦系数，其大小与带电粒子的大小、 形状以及介质粘度有关。对于球形离子，f = 6πηγ；对于棒状离子，f = 4πηγ。式中，γ是 溶质离子的动力学半径，η是电泳介质的粘度。 平衡时，电场力和摩擦力相等，即 qE = fvep 电泳速度为
7
三、毛细管电泳的分类
按分离模式分类，常用的ＣＥ技术有六种：
毛细管区带电泳，胶束电动毛细管色谱， 毛细管凝胶电泳，毛细管等电聚焦， 毛细管等速电泳 ，毛细管电色谱 毛细管区带电泳是CE中最基本、应用最普遍 的一种模式。
第二节
基本原理
一、电泳和电泳淌度 1. 电泳与电泳速度
8
在一定电场强度作用下，溶质带电粒子在 溶液中的定向移动（迁移），这种现象称为 电泳。带电粒子在电场中迁移时，所受的电 场力为
1
毛细管电泳（ capi1lary electrphoresis，CE）和传统电泳的根本区 别在于前者设法使电泳过程在散热效率极高的 毛细管内进行，从而确保引入高的电场强度， 全面改善分离质量。
20世纪30－40年代 蒂塞利乌斯 (A.W.K.Tiselius）建 立了移动界面电泳，将 电泳发展成分离技术 获得1948年诺贝尔化 学奖
高效毛细管电泳法原理
高效毛细管电泳法(简称CE)是一种应用电泳原理的分离技术,适用于分离和测定小分子有机化合物和生物大分子,如氨基酸,肽,核酸和蛋白质等,因其操作简便,分离速度快,分辨率高,样品耗费小等优点而广泛应用于分析技术领域.
其原理主要是利用电荷作用力和电流作用力共同作用于被分离物质,在快速流动的毛细管内进行分离,不同的物质根据其理化性质差异,在电场力的作用下,快速分离并达到最终的分析结果.
具体分离过程可分为三步:1.预处理:通过对样品进行一些必要的化学或物理处理,如蛋白的
脱盐,核酸的降解等,使之达到最佳测定条件.2.分离和检测:样品被注入高压,在毛细管内被电场引导向阳极(或阴极)并被快速分离,经过检测器检测,得出分析结果.3.定量分析:基于标准品,定量分析被分离物质的浓度.
在实际应用中,高效毛细管电泳法可通过改变分离毛细管的材料、加入胶体、调整电场强度等方式,进一步提高分离效率和分辨率,并能够与其他分析技术结合使用,如质谱法、光谱法等.
综上,高效毛细管电泳法是一种快速、高效、准确的分离技术,具有广泛的实际应用价值,在
企业管理和生物学等领域都有着广泛的应用前景.。
高效毛细管电泳HPEC
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
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。
高效毛细管电泳法原理
高效毛细管电泳法原理1. 引言高效毛细管电泳（Capillary Electrophoresis，CE）是一种分离和检测样品成分的高效分析技术。
它基于电荷移动的原理，利用电场作用将带电样品分子按照电荷大小和大小排列分离。
本文将介绍高效毛细管电泳法的原理以及相关的基本概念。
2. 原理高效毛细管电泳法的分离原理主要包括电迁移、电渗流和扩散。
2.1 电迁移电迁移是指在电场作用下，带电离子向电极迁移的现象。
根据离子迁移速率的不同，可以将不同种类的离子分离开来。
在高效毛细管电泳中，利用气泡塞（例如墨水）将离子解进行填充到毛细管中，然后施加电压，使带电离子向电极移动。
2.2 电渗流电渗流是指随着离子迁移而产生的流动。
由于电场作用下毛细管内壁带有固定电荷，会在离子迁移的同时引起流体流动。
这种电渗流可加速离子的迁移速度，提高分离效率。
2.3 扩散扩散是指分子由于热运动而发生的自由扩散。
在高效毛细管电泳中，离子在电场作用下会发生迁移，而扩散则会限制离子迁移的速率。
通过控制毛细管的尺寸和填充材料，可以优化扩散效应，进一步提高分离效率。
3. 工作步骤高效毛细管电泳法的工作步骤主要包括样品进样、分离和检测。
3.1 样品进样样品进样是将待分析的样品注入到毛细管中的过程。
常用的进样方式包括静态进样和动态进样。
在静态进样中，样品通过注射器或微量移液器直接注入到毛细管中。
在动态进样中，利用高压电泵将样品以一定的流速进样到毛细管中。
3.2 分离分离是利用电场作用将样品中的成分分离开来的过程。
通过在毛细管两端施加电压，带电的离子根据电荷和大小进行迁移，从而实现分离。
根据需要可以调节电场强度、温度和 pH 等因素来优化分离效果。
3.3 检测检测是对分离后的样品进行定性和定量分析的过程。
常用的检测方法包括紫外光检测、荧光检测、电化学检测等。
通过对分离后的样品在检测器中发生的特定物理或化学反应进行检测，并根据峰面积或峰高来定量分析样品中的成分。
高效毛细管电泳的应用
+ +
低 pH
-
pI 高 pH
毛细管等速聚焦电泳（ITP）的分离原理： 毛细管内首先导入具有比被分离各组分高电 泳淌度的前导电解质（Leading Electrolye）， 然后进样，随后再导入比各分离组分低电泳 淌度的尾随电解质（Terminating Electrolye）。在强电场的作用下，各被分离 组分在前导电解质与尾随电解质之间的空隙 中发生聚焦分离。
3、在分离蛋白质中，蛋白质的等 电点低于缓冲液pH时，极性放置 是：+ → -，反之应是：- → +。
缓冲液的浓度选择： 在一般情况下，浓度增加被分离 物质的迁移速度下降，有利于分 离效果的提高，但随着缓冲液浓 度的增大，粘度增加，电渗流和 焦耳热增大，给分离造成反作用。
缓冲液中不同添加剂的选择：
毛细管等电聚焦电泳（IEF）的分 离原理：两性电解质在分离介质 中的迁移形成pH梯度，各种具有 不同等电点的蛋白质按照这一梯 度迁移到它们的等电点的那个位 置，并在该点停下，由此产生一 条非常窄的聚焦区带，并使不同 的蛋白质聚焦在不同的位置上。
毛细管等电聚焦的运行过程可分 为三个步骤： 1、进样。把样品与两性电解质混合 并进样。 2、聚焦。加高电压3-4分钟。 3、迁移。阴极的缓冲液换成盐类 后，再加上电压，使末端引起梯度降 低，让级分一个一个通过检测器。
高效毛细管电泳的应用 1、毛细管电泳的定义 2、几种毛细管电泳的分离原理 3、毛细管电泳的基本配置 4、毛细管电泳的应用领域
一、毛细管用下，以不同的速度向电荷相 反方向迁移的现象。
传统电泳会在电解质离子流中产 生自热，引起径向粘度和速度的 梯度，从而导致区带展宽、降低 效率。
SO3SO3-
SO3-
高效毛细管电泳色谱仪电泳基本概念
高效毛细管电泳色谱仪电泳基本概念一、简介高效毛细管电泳色谱仪（Capillary Electrophoresis, CE）是一种利用电场对带电化合物进行分离的技术。
它可以用来分离带正电荷、负电荷或无电荷的化合物，且在分离过程中不需要添加外部成分，如胶体或分离介质，因此不会改变样品的组成。
CE具有分离速度快、样品消耗少、自动化程度高和分离精度高等特点，在生物、医药和环境等领域得到了广泛应用。
二、电泳原理在CE中，带电荷的样品离子在电场中移动，移动速度与带电离子的电荷数和电场力大小成正比。
由于样品分子的大小、形状和电荷都不相同，它们在电场中的移动速度也各不相同，因此分离出不同成分的样品提供了可能。
CE通过在一根毛细管内施加高电场，使带电离子向着管底方向移动，借此实现所有样品分子的分离。
三、电泳参数CE基本的电泳参数包括电场强度、毛细管内液体pH值、毛细管壁面涂层、电容耦合、温度等。
1.电场强度：CE中的电场强度通常在10-100 kV/m之间，由于呈现出非线性的行为，这个参数对电泳速度和分离能力有着重要的影响。
2.pH值：毛细管内液体pH值的选择和调整是CE中的一个重要环节。
通常选择分析物理化性质相似的缓冲液，以使质氢或氢氧离子浓度在毛细管内始终保持一定水平。
3.微粒衬底：在一些情况下，添加微粒衬底可以增加分离能力和电泳效率，但是同样也会使分辨率降低。
4.温度：温度对分离速度、分离度和电泳峰形都有影响，通常情况下，温度越高，电泳速度会越快。
四、毛细管电泳色谱仪毛细管电泳色谱仪（Capillary Electrophoresis Instrument, CEI）包括注射器、毛细管、高压电源、检测器和控制软件等部件。
其中，注射器和毛细管是CE中最关键的部件。
毛细管通常是由非活性材料制成的，如硅胶或石英玻璃。
常用的检测器包括荧光检测器、紫外-可见光检测器、电化学检测器和质谱检测器等。
五、应用CE在分析各种样品中有着广泛的应用，包括各种生物分子、有机和无机化合物、药物、食品、环境和化妆品样品。
《高效毛细管电泳仪》课件
contents
目录
• 高效毛细管电泳仪简介 • 高效毛细管电泳仪的组成与结构 • 高效毛细管电泳仪的操作与使用 • 高效毛细管电泳仪的性能指标与评价 • 高效毛细管电泳仪的发展趋势与展望
01
高效毛细管电泳仪简介
定义与特点
定义
高效毛细管电泳仪是一种基于毛 细管电泳技术的分离分析仪器， 主要用于分析生物、化学、医学 等领域中的各种物质。
检测系统
总结词
检测系统的功能是对分离后的样品进行检测和信号转换，以 便对样品进行分析和数据处理。
详细描述
检测系统通常包括光电倍增管、紫外可见光检测器、电化学 检测器等部件。这些检测器能够将样品中的组分转化为可测 量的电信号或光信号，便于后续的分析和数据处理。
数据处理系统
总结词
数据处理系统的功能是对检测系统获得的信号进行采集、处理、分析和显示，以便对样品进行定性和定量分析。
详细描述
进样系统通常包括注射器、进样阀和 进样针等部件。它能够实现样品的定 量和定时注入，确保样品在电泳过程 中的准确性和稳定性。
分离系统
总结词
分离系统的功能是利用电场作用对不同成分的样品进行分离，是电泳仪的核心部 分。
详细描述
分离系统主要包括毛细管、电源和电解槽等部件。毛细管作为电泳通道，能够使 带电粒子在电场作用下进行迁移和分离。电源提供电场，而电解槽则作为电泳仪 的容器。
详细描述
数据处理系统通常包括数据采集卡、计算机和相关软件等部件。数据采集卡能够实时采集检测系统的信号，计算 机则对这些信号进行处理、分析和显示。相关软件能够对电泳图谱进行解析，提供定性和定量分析结果。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
03
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
高效毛细管电泳
4.应用范围极广 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；
14.3.2高效毛细管电泳理论基础 14.3.2高效毛细管电泳理论基础
高效毛细管电泳(HPCE) (HPCE)基本原理 一、高效毛细管电泳(HPCE)基本原理
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； )
所以，迁移速度： 所以，迁移速度：
qE q E ν= = f 6π γη
（球形离子）
物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。 物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。 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。 淌度 ：单位电场强度下的平均电泳速度。
电渗流的方向取决于毛细管内表面电荷的性质： 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； 内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极； 内表面带正负电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极； 内表面带正负电荷，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； 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： 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。
q µ= = E 6 γη π
ν
二、电渗现象与电渗流
electroosmosis and electroosmotic flow
高效毛细管电泳(WY)
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4.2 电渗流
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。
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3.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
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4. 柱恒温系统
毛细管电泳操作中柱温的影响包括两个方面:
一是焦耳热上升,导致峰形、柱效及分离度恶化 二是温度波动导致分析结果重现性差 毛细管的温控方式一般有气体、液体和固体控温
三种,其装臵的复杂程度依次加大,但控温效果也 依次提高。
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1、气冷恒温
通常指通过空调控制环境温度或是在分离室内用风扇等来达到强制 对流散热效果，加速毛细管外壁的热交换，从而实现温度控制。气冷 控温系统容易实现，不影响分离操作，但控温效果不是十分理想。 2、液冷恒温 将毛细管臵于一恒温液体中，能实现比较精确的温度控制。一般选 用水、煤油或是氟代烷烃等作为冷却介质。冷却介质一般由专门的制 冷系统冷却或恒温，通过一定的路径进行循环。液冷控温方法对毛细 管和仪器设计的要求比较高，需要系统有很好的密封性、电绝缘性和 安全保护设计。 3、固体温控
《高效毛细管电泳》课件
高效毛细管电泳（high-performance capillary electrophoresis）是一种分离和分 析生物分子的先进技术，通过利用电场将样品中的化学物质分离成不同的组 分。本课件将介绍高效毛细管电泳的原理、应用领域、实验步骤、仪器设备 要点、结果分析方法、技术优势以及其发展前景和应用展望。
高效毛细管电泳技术的原理
高效毛细管电泳利用高电场强度和小柱内径的毛细管，通过电荷作用和电泳 迁移对样品中的化学物质进行分离。该技术基于不同化学物质具有不同电荷 和迁移速度的原理。
高效毛细管电泳的应用领域
医学与生物学
用于分析蛋白质、核酸和药 物等生物分子，有助于研究 疾病害物质，有助于评估环 境污染程度。
定量分析
提高分析方法的准确性和灵敏度，广泛应用于 生物和医学领域。
高效分离
改进柱填充材料和分离条件，实现更高效的毛 细管电泳分离。
质谱联用
与质谱技术结合，实现分析结果更加丰富和准 确。
微型化与便携化
减小仪器体积，方便在实验室和野外进行高效 毛细管电泳分析。
高效毛细管电泳仪器设备要点
• 高压电源：提供电场强度。 • 毛细管柱：实现化学物质的分离。 • 自动进样器：精确注射样品。 • 检测器：记录电泳分离结果。
高效毛细管电泳结果分析方法
电泳图谱
通过观察电泳图谱的峰形、峰高 和峰面积等信息进行结果分析。
标准曲线
通过与已知浓度的标准样品进行 定量分析。
光谱荧光
利用化学物质的光谱和荧光特性 进行分析和标定。
高效毛细管电泳技术的优势
1 快速高效
2 微量样品
分离速度快，分辨率高，适用于高通量分析。
对样品需求量小，适用于分析稀有或有限样 品。
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高效毛细管电泳-非接触式电导检测法的应用——瓶装矿泉水中Na+、K+、Ca2+、Mg2+的分离检测摘要本实验采用毛细管电泳–非接触式电导检测法，以8mmol•L-1Tris 和6mmol•L-1酒石酸为电泳运行液，分离电压为+15 kV，采用标准加入法，对瓶装矿泉水中Na+、K+、Ca2+、Mg2+四种阳离子同时进行直接分离和检测。
实验测得逸仙泉矿泉水中Na+、K+、Ca2+、Mg2+的含量分别为2.57mg·L1、13.46mg·L-1、4.99mg·L-1、1.82mg·L-1，发现K+、Mg2+含量均大大超出厂家提供的含量范围。
关键词高效毛细管电泳非接触电导检测法中大逸仙泉水分离检测标准加入法1 引言Na+、K+、Ca2+、Mg2+是人体内重要的无机阳离子，这些离子含量的高低直接影响人体的生理功能。
Mg2+是人体细胞内的主要阳离子，浓集于线粒体中，是体内多种细胞基本生化反应的必需物质，在神经肌肉的机能正常运作、血糖转化等过程中扮演着重要角色。
K+在人体内的主要作用是维持酸碱平衡，参与能量代谢以及维持神经肌肉的正常功能。
人体中的钙元素主要以羟基磷酸钙晶体的形式存在于骨骼和牙齿中。
Na+是细胞外液中带正电的主要离子，参与水的代谢，保证体内水的平衡，调节体内水分与渗透压，此外，糖代谢、氧的利用、维持正常血压也需要钠的参与。
矿物质水中这些离子含量的高低决定了水质是否符合标准。
因此，研究快速分离测定这些离子的含量很有实际的意义。
由于要同时测量四种离子含量，因此传统的对单一离子测量的方法不能用，毛细管电泳–非接触式电导检测法，可以同时对K+、Na+、Ca2+、Mg2+四种阳离子同时进行直接分离并且检测含量，相比已有的实验方法，本实验具有灵敏度高，操作简便，而且可以同时测定四种不同离子的含量，离子之间不存在相互干扰，极大地提高了实验效率，实验结果令人满意。
高效毛细管电泳的检测器中，非接触式电导检测（Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, 简称C4D）是近年来发展起来一种新型的电导检测方法。
非接触式电导检测法的电极与待测溶液隔离，避免了因电极与溶液接触而造成的诸多问题，有效地消除了电极中毒的问题，电极寿命长，抗干扰能力强，可检测物质的范围广。
HPCE–C4D具有通用性好、灵敏高、分析成本低和环境友好的优点，在日常分析中具有广阔的应用前景。
2 实验部分2.1仪器试剂2.1.1 仪器CES2008毛细管电泳仪（中山大学化学与化学工程学院研制）；非接触式电导检测池，熔融石英毛细管（50 cm×50 μm），超声波清洗器，微量移液器。
2.1.2 试剂（1）0.1mol·L-1 NaOH溶液；0.1 mol·L-1酒石酸溶液；0.1mol·L-1三羟甲基氨基甲烷（Tris）溶液。
（2）电泳运行液：移取8 mL 0.1 mol·L-1 Tris 溶液、6 mL 0.1 mol·L-1 酒石酸溶液于100 mL 容量瓶中，加超纯水定容至刻度。
（3）1.0×10-4 mol·L-1 K+、Na+、Ca2+、Mg2+单一标准溶液。
（4）样品：中大逸仙泉矿泉水。
（进样前稀释30倍。
）2.2实验步骤2.2.1 准备（1）将电导检测池的工作电极、辅助电极和高压地电极与电泳平台上的接线端正确联接。
依次打开计算机，检测器（检测方式设为非接触式电导检测）和高压电源（“进样/分离”按钮处于“进样”位置，电压极性设定为正高压）的电源开关。
检测器预热30 min。
双击Windows桌面上的“CES2008”图标，待出现“毛细管电泳数据工作站CES2008”界面后，点击工具栏中的“设置”图标，在弹出的对话框中对参数作如下设置速率：5；增益：25；补偿：（省缺值）点击“确认”，设置完毕，准备进行样品测试工作。
（2）在进样端储液瓶和检测端储液池中各加入约2/3体积的电泳运行液。
毛细管柱依次用0.1 mol•L-1 NaOH、超纯水和运行液各冲洗约2 min。
将毛细管柱的一端插入进样端储瓶中，另一端插入检测端储液池中，与电泳运行液保持接触。
将高压电源的“分离/进样”按钮按向“分离”位置。
设定“分离电压”值为+15 kV ,（由低到高，用“分离电压”旋钮调节到该电压值），这时可观察到电泳电流值显示为2.5 μA左右。
点击“毛细管电泳数据工作站”工具栏中的“背景”图标，背景测试完毕后弹出一个结果框显示当前的背景值，按“确认”键后该值自动作为“参数设置”中的“补偿”值，进行背景扣除。
点击工具栏中的“启动”图标，这时记录开始，可观察到屏幕上显示出基线。
待基线稳定后（一般需要10min），停止记录，并将“分离/进样”按钮按向“进样”位置，准备进样测量。
2.2.2 测量（1）样品：吸取3.00 mL经稀释过的中大逸仙泉水样品于进样瓶中；（2）进样：取下储液瓶，换上盛有样品的进样瓶，采用电动进样方式，按照设定的进样参数（进样电压+9.0 kV，时间为6s）进样。
进样结束后，取下进样瓶，换回储液瓶。
（3）测量：将高压电源的“分离/进样”按钮按向“分离”位置。
点击工具栏中的“启动”图标，开始记录电泳谱图。
待K+、N a+、Ca2+、Mg2+的电泳峰和水峰出现后再运行一段时间，点击工具栏中的“停止”图标，停止记录。
随后将高压电源的“分离/进样”按钮按向“进样”位置。
点击工具栏中的“峰高”图标，可自动给出电泳峰的“迁移时间”和“峰高”等数据（也可手动测量）。
点击“保存”图标可将电泳图谱保存在指定的目录下。
（4）鉴定：用标准加入法分别依次加入100μL单一标准溶液到测试样品溶液中（每次加入标准溶液后在下一次加入另一种标准溶液时都要换水样，且在每次进样前都要重复“冲管子”、“走基线”过程），然后重复上面（2）（3）过程，鉴定水样谱图中K+、Na+、Ca2+、Mg2+离子，并计算各种离子的含量。
3 实验测量与讨论3.1 样品及分别加入标准溶液后水样的谱图图1 逸仙泉水样图谱图2 水样加入K+标准溶液谱图图3 水样加入Na+标准溶液谱图图4 水样加入Mg2+标准溶液谱图图5 水样加入Ca2+标准溶液谱图3.2 实验数据处理表1 K+、Na+、Ca2+、Mg2+离子混合溶液的HPCE–C4D分离检测结果电泳峰序号迁移时间/min 鉴定离子1 2:37 K+2 3:40 Na+3 4:32 Mg2+4 5:28 Ca2+在CES2008上可读出峰高度数据，将各谱图中峰高度数据进行分析，据公式：ℎ1Cx=ℎ2C X′其中：C X′=C X V1+C S V2V1+V2计算可得C x=C S V2ℎ1V1ℎ2+V2ℎ2+V1ℎ1代入数据可计算得到C x，计算结果及相关数据见下表：表2 浓度计算相关数据离子K+Na+Mg2+Ca2+样品峰高h1133 89 33 35样品+标准溶液峰高h2166 163 74 61 样品体积V1/L 3×10-33×10-33×10-33×10-3标准溶液体积V2/L 1×10-51×10-51×10-51×10-5标准溶液浓度C S/ mol·L-11×10-41×10-41×10-41×10-4测定离子浓度C x/ mol·L-1 1.15×10-5 3.73×10-6 2.53×10-6 4.16×10-6水样中离子含量W/ mg·L-113.46 2.57 1.82 4.99瓶体标注离子浓度/ mg·L-1 1.0-4.0 2.0-7.52 0.15-0.45 0.51-18.9 W=30·C x·M·1000mg/g3.3 实验讨论实验过程中，有几个谱图的基线不平，起伏比较大，而当时实验室内人员密集，随意走动和谈话，说明外界环境因素对实验有较大的影响。
由于仪器灵敏度较高，实验操作过程中须严格控制实验室的湿度、温度、风向等因素的影响；在加入单一标准溶液时，除第一次直接加到水样里面，后面都必须重新换水样然后加入标准溶液。
每次进样之前必须重复“冲管子”和“走基线”的操作，尽可能减少测量中可能存在的干扰。
4 实验结论实验测得逸仙泉瓶装水中K+、Ca2+、Na+、Mg2+的浓度分别为13.46 mg·L-1、2.57 mg·L-1、1.82 mg·L-1、4.99 mg·L-1，可见K+、Mg2+严重超出厂家提供的含量范围。
但只要不是长年饮用此种水，对一般人的身体不会产生太大的影响。
高效毛细管电泳法仪器简单、自动化程度高；分析速度快、分离效率高；操作方便、消耗少；可以广泛应用于各种溶液中离子的分离鉴定。
参考文献：[1]实验51 毛细管电泳非接触式电导法应用（实验讲义）5.思考题1接触式电导与非接触式电导的主要区别是什么？答：非接触式电导电极与待测溶液隔离，通过电磁波来测量电导，避免因电极与溶液接触而造成诸多问题，有效避免电极中毒问题，电极寿命长，抗干扰能力强，可检测物质范围广。
2.影响K +、Ca 2+、Na + 、Mg 2+离子的电泳顺序（即迁移时间）的因素是什么？答：根据迁移速度公式 其中，γ为离子的表观液态动力学半径；η 为介质的粘度所以可以看出影响因素有：电荷、电场强度、介质的粘度、离子的表观液态动力学半径。
3.酒石酸起何作用？三羟甲基氨基甲烷（Tris ）的作用？ 答：组成一对缓冲溶液使离子更好分离。
4.高效毛细管电泳中定量分析的方法有哪几种？本实验为何要采用标准加入法定量？答：分析谱图的峰高和峰面积；使用标准加入法的目的是：便于定性检测出是何种离子，也可以定量检测出离子的含量，同时也可以消除其他因素的影响。
5.电动进样的优缺点？本实验为何采用电动进样？答：优点：控制电压低，控制灵活等；缺点：进样不均：电歧视现象，淌度大的离子比淌度小的进样量大；离子丢失：淌度大且与电渗流方向相反的离子可能进不去；特别适合黏度大的试样。
采用电动进样是由于方便，控制简便，只需按一下按钮即可。
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