毛细管电泳原理及分析策略
《毛细管电泳原理》课件
将样品溶液注入毛细管一端，施加电 场后，带电粒子在电场作用下开始电 泳迁移，经过一定时间后，到达毛细 管的另一端，经过检测器检测。
毛细管电泳的应用
环境监测
用于检测水体、土壤等环境样 品中的污染物，如重金属离子
、有机物等。
生物分析
用于蛋白质、DNA、RNA等生 物分子的分离和检测，可应用 于生物医学研究、临床诊断等 领域。
标准化处理
将数据转换为统一标准，便 于比较和分析。
统计分析
运用统计学方法对实验数据 进行处理，提取有意义的信 息。
结果分析与解读
趋势分析
分析实验数据的变化趋势，揭示潜在规律。
差异分析
比较不同样本或条件下的数据差异，找出关键影响因 素。
相关性分析
探究实验数据之间的关联性，揭示变量之间的相互作 用。
误差来源与控制
06
毛细管电泳的未来发展 与展望
技术创新与改进
高效分离技术的研发
01
通过改进分离介质、优化分离条件等手段，提高毛细管电泳的
分离效率。
检测技术的升级
02
研究新型检测方法，提高检测灵敏度和特异性，满足更多样品
的检测需求。
微型化与集成化
03
将毛细管电泳技术集成到微流控芯片中，实现微型化、便携式
分析。
应用领域的拓展
毛细管清洗
实验结束后，对毛细管进行必要的清洗，以 便下次使用。
数据整理与保存
将实验数据整理并保存，以便后续分析。
仪器清洁与保养
对仪器进行必要的清洁与保养，延长其使用 寿命。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
毛细管电泳分离技术
3、毛细管凝胶电泳 capillary gel electrophoresis ，CGE 将聚丙烯酰胺等在毛细管柱内交联生成凝胶。 将聚丙烯酰胺等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， 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。 能够有效减小组分扩散，所得峰型尖锐，分离效率高。 蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关，CZE模 蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关，CZE模 等的电荷 式很难分离，采用CGE能获得良好分离，DNA排序的重要手段。 式很难分离，采用CGE能获得良好分离，DNA排序的重要手段。 CGE能获得良好分离 排序的重要手段 特点：抗对流性好，散热性好，分离度极高。 特点：抗对流性好，散热性好，分离度极高。
1、毛细管区带电泳 capillary zone electrophoresis ，CZE
样品在电解液中泳动,根据物质的荷/质比差异来进行分离,比值愈大, 样品在电解液中泳动,根据物质的荷/质比差异来进行分离,比值愈大, 跑得愈快. 跑得愈快. 带电粒子的迁移速度=电泳和电渗流速度的矢量和。 带电粒子的迁移速度=电泳和电渗流速度的矢量和。
2、 胶束电动毛细管色谱（MECC ，MEKC） micellar electrokinetic capillary chromatography，MEKC 1.缓冲溶液中加入离子型表面活性剂， 1.缓冲溶液中加入离子型表面活性剂，其浓度达到临界 缓冲溶液中加入离子型表面活性剂 浓度，形成一疏水内核、外部带负电的胶束。 浓度，形成一疏水内核、外部带负电的胶束。 在电场力的作 用下， 用下，胶束在柱中 移动。 移动。
2.药物分析 2.药物分析
检测体液或细胞中某 些代谢产物的分析； 些代谢产物的分析； 尿液中的氨基酸含量 作为临床诊断糖尿病的辅 助手段； 助手段； 采用毛细管区带电泳 方式， 11min内分离17 min内分离17种 方式，在11min内分离17种 药物； 药物；
毛细管电泳测序原理
毛细管电泳测序原理毛细管电泳测序是一种基于DNA片段长度差异的测序技术，其原理是利用毛细管电泳分离DNA片段，并根据片段移动速度的差异确定序列信息。
首先，需要通过PCR扩增得到目标DNA片段。
PCR是一种体外DNA扩增技术，通过DNA聚合酶的作用，将目标DNA序列扩增至足够数量，以便进行下一步的测序分析。
接下来，将PCR产物加入到含有聚合物的毛细管内，并施加电场。
在电场的作用下，DNA片段会被吸附在毛细管内壁上，并形成一个移动带。
然后，施加电场，并在毛细管两端连接电源，使得电场通过毛细管内的DNA移动带。
不同长度的DNA片段根据其分子量不同，会以不同的速度移动，分离出DNA片段。
在这个过程中，由于DNA片段的质荷比不同，所以在电泳过程中会出现DNA 片段的离子机流效应。
DNA片段的离子机流速度与其质量成反比，因此，越长的DNA片段离子机流速度越慢。
当DNA片段离子机流速度相等时，移动速度以及移动距离的大小就取决于DNA 片段的长度。
因此，通过观察移动带的长度，可以确定DNA片段的长度信息。
为了准确测序，通常还需要将目标DNA分成四份，并分别加入四种带有荧光标记的特异性引物。
这些引物会与目标DNA片段互补配对，并在DNA扩增过程中，序列确定位置为反应产物的末端，引物上的荧光标记用于定位。
接下来，将四种标记的引物混合加入PCR反应混合液中，并进行PCR扩增。
在扩增过程中，引物会进行无模板扩增，因此会得到四种不同长度的扩增产物。
随后，将PCR产物经过毛细管电泳分离，根据DNA片段长度的差异，可以将这些扩增产物分离开来，并观察每一带的荧光信号的顺序。
通过分析荧光信号的顺序，可以得到DNA序列的信息。
由于每一个碱基都分别用不同的荧光色标标记，因此可以通过观察荧光信号的顺序获取DNA序列。
毛细管电泳测序的优点是测序速度快、准确度高，可以同时进行多个样品的测序。
毛细管电泳测序仪器相对简单，操作方便，适用于中小型实验室。
毛细管电泳分离蛋白质研究
毛细管电泳分离蛋白质研究蛋白质是生命体中重要的组成部分之一，对维持生命机能和完成生命过程具有重要作用。
因此，对蛋白质的研究一直是生命科学领域的热点问题。
而毛细管电泳作为一种高效、高灵敏、高分辨的方法，已成为蛋白质分离和分析的常用手段之一。
什么是毛细管电泳？毛细管电泳是一种基于蛋白质电荷和大小的分离方法。
它利用毛细管内充满缓冲液，通过在毛细管中施加电场，将不同电荷和大小的蛋白质分离开来。
毛细管电泳和传统的凝胶电泳相比，具有更高的分辨率和灵敏度，样品需求量也更小。
毛细管电泳的优势毛细管电泳的优势主要有以下几点：1. 高分辨率：毛细管电泳可以分离出大小相差1-3%的蛋白质，而传统的凝胶电泳只能分离出10%以上的蛋白质。
2. 高灵敏度：毛细管电泳可以检测到微量蛋白质，而凝胶电泳的灵敏度较低。
3. 快速：毛细管电泳的分离速度快，比手性高效液相色谱要快10倍以上。
4. 自动化：毛细管电泳可以与多种检测方法结合使用，实现自动化检测。
毛细管电泳分离蛋白质的原理毛细管电泳分离蛋白质的原理是基于电荷和大小的差异。
蛋白质在毛细管中的运动速度与电场强度、离子缓冲液等多个因素有关。
在电场作用下，带有正电荷的蛋白质会向负电极移动，带有负电荷的蛋白质则向正电极移动。
而整体电荷为中性或近中性的蛋白质则不运动或运动极慢。
此外，蛋白质的大小也会影响其在毛细管中的运动速度。
较小的蛋白质分子可以通过毛细管的孔径，运动速度相对较快；而较大的蛋白质分子则相对较慢。
毛细管电泳分析的步骤毛细管电泳分析一般分为以下步骤：1. 样品预处理：将样品通过离心、过滤、去除盐等方法处理干净，以获得高质量的分离结果。
2. 毛细管填充：将毛细管填充缓冲液，以避免产生电荷扰动和样品游离。
3. 样品注入：将样品加载到毛细管中，一般通过注射器或电动势力注射等方法。
4. 施加电场：毛细管内施加电场，使电荷带正的蛋白质向负电极移动，电荷带负的蛋白质向正电极移动，而中性或近中性的蛋白质分子则不运动或运动极慢。
毛细管电泳法 CE
⑴ 离子移动的速率：
e E
e
U L
U：毛细管两端施加的电压 V L：毛细管总长度 cm
e 离子运动速度 cm/s
可以看出：采用高电压使离子迅速移动和快速分离 。显然，在分离中不仅需要快速分离，更希望获得高分 离度。
⑵ 毛细管电泳的板高：
在色谱中，纵向扩散和传质阻力是影响谱峰展宽的 重要因素，而毛细管电泳只有纵向扩散影响谱峰展宽 （板高），在电泳中的塔板数：
⑷ 试样用量少：仅需几nL（10-9 L）的试样。 ⑸ 仪器简单，操作成本低：分析一个试样仅需几毫升 流动液。 ⑹ 应用：除分离生物大分子（肽、蛋白、 DNA 、糖 等）外，还可用于小分子（氨基酸、药物等）及离子 (无机、有机)，甚至可以分离各种颗粒（硅胶颗粒等）。 从无机离子到整个细胞，具有“万能”分析功能或潜力。 ⑦ 自动：CE是目前自动化程度最高的分离方法。 ⑧ 通常使用水溶液，对人和环境无害。
N eU
2D
D : 组分扩散系数 U：毛细管两端施加的电压 V
注意：N∝U，R随N增加而增加，因此要获得高的分离 度应采用高电压。电泳与色谱法不同，其塔板数并不随 柱长的加长而增加。
在毛细管电泳中，一般可采用20000～60000V的 高压，使得分离速度和分离度有明显的改善，N一般为 100000 ～200000，而HPLC N为5000～20000。 ⑶ 电渗流(EOF) ：
㈢ 改变电泳介质的温度； ㈣ 处理毛细管壁表面。
⑷ 电渗流的流型 在毛细管内，电渗流的流速轮廓适宜平面，如同瓶
塞一样流动，不存在径向的流速梯度。而在液相色谱
中，由泵推动的压差引起的流速轮廓是抛物面。这是
毛细管电泳柱效高于高效液相色谱法的原因。
毛细管电泳原理及分析策略
条件选择流程
在毛细管电泳条件选择中，还应充分注意下列操作事项： ①最好对样品和缓冲液进行过滤或离心处理。 ②毛细管的洗涤或平衡，与缓冲体系、pH以及柱子有关。 磷酸根与石英和玻璃之间存在慢相互作用，需要延长平衡或 冲洗时间，处理的时间应由分离重现性决定。
测器检测，如氨基酸、还原性糖等 • 不可以衍生化的，可采用间接紫外法用紫外检测器检
测，也可以尝试电化学检测器 3. 有荧光或需要高灵敏度检测的可采用LIF检测器 4. 需要测定结构或者难以用光学检测器检测的，可以考
虑质谱检测
大分子检测
1. 蛋白、核酸 • 可以首先选择紫外检测器 • 如果需要高灵敏度检测可以采用柱前或者柱上衍生的
CZE分离条件的选择
• 毛细管类型--涂层还是非涂层？ • 毛细管长度--长毛细管还是短毛细管？ • 缓冲液体系--种类和pH值 • 添加剂类型--甲醇|环糊精|乙腈 • 检测器选择--紫外|二极管阵列|激光诱导荧光
缓冲溶液的选择
可先用磷酸缓冲体系为搜寻基础，初步确定 （最佳）pH范围后，再进一步细选出更好pH 和缓冲试剂。磷酸盐是毛细管电泳中最常用的 缓冲体系之一，它的紫外吸收低，pH缓冲范围 比较宽（pH=1.5～13），但电导也比较大。
方法标记荧光，然后用LIF检测 • 如果需要特异性检测，可使用特异性荧光探针，标记
后再LIF检测 • 需要测定分子量或氨基酸序列，可采用质谱检测 2. 多糖 • 含量较高的多糖可以采用末端吸收法以紫外检测器检
测 • 含量较低的还原性多糖可用衍生试剂标记后以LIF、
UV的方式检测
第七章 分离条件选择流程
接 近 通 用 型 ， DAD 可给出光谱信息 灵 敏 度 高 ，样 品 常 需 衍生化
《毛细管电泳法》PPT课件
；
毛细管凝胶电泳综合了电泳技术和平板 凝胶电泳的优点 :
电泳峰锋利，柱效极高 短柱上实现极好的分别 试样容量为10－12g
主要缺陷:制备柱较困难，寿命较短 已成为分别分析生物大分子如蛋白质、 多肽、核 酸、DNA等强有力的工具。 例运用CGE分别与激光诱导荧光检测相 结合，用于DNA序列快速分析。
；
5 毛细管等电聚焦 CIEF
1、毛细管内充有两性电解质〔合成的具有不同等电点 范围的脂肪族多胺基多羧酸混合物〕，当施加直流电压 〔6～8V〕时，管内将建立一个由阳极到阴极逐渐升高 的pH梯度；
2、氨基酸、蛋白质、多肽等的所带电荷与溶液pH有 关，在酸性溶液中带正电荷，反之带负电荷。在其等电 点时，呈电中性，淌度为零；
vT=vA=vB=vC=vL 或：
TET= AEA= BEB= CEC= LEL
式中， ，有效淌度， E，电场强度
由于
T〉 A〉 B〉 C〉 L，
所以有: E T < E A < E B < E C < E L
各区带的电场强度不同。前导电解质区带的电场强度最 小。
；
假设某一区带的离子进入前一区带， 由 于电场强度变小而减速，由假设进入到 下区带，由于电场强度变大而加速， 都 退回到原区带, 结果导致各区带构成鲜 明的界面.
毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis, CE
；
毛细管电泳是带电粒子在电场力的 驱动下，在毛细管中按其淌度或分配系 数不同进展高效、快速分别的电泳新技 术，也称为高效毛细管电泳。
一、毛细管电泳的原理 二、分别方式
毛细管电泳原理及分析策略CE
电源系统
电源要求
毛细管电泳仪的电源系统需要提供稳定的直流电，以保证仪器的 正常运行和实验结果的准确性。
电压调节
毛细管电泳仪的电压调节范围通常很宽，可以从几千伏到几十万伏， 以满足不同实验条件的需求。
电流控制
为了保护仪器和保证实验结果的准确性，电源系统通常需要具备电 流控制功能，能够限制电流的大小和方向。
工业废水等。
重金属离子分析
02
毛细管电泳可以用于分离和测定环境中的重金属离子，如铅、
汞、镉等。
营养物质与毒素分析
03
毛细管电泳可以用于分离和测定环境中的营养物质与毒素，如
硝酸盐、亚硝酸盐等。
04 毛细管电泳的优缺点
CHAPTER
优点
高分离效率
毛细管电泳采用微米级别的分离通道， 能够实现高分离效率，尤其适用于复 杂样品的分析。
毛细管电泳可以分为多种类型， 如自由溶液毛细管电泳、凝胶毛 细管电泳、等电聚焦毛细管电泳、
亲和毛细管电泳等。
根据检测方式分类
毛细管电泳也可以分为多种类型， 如紫外可见吸收光谱检测、荧光检 测、质谱检测等。
根据应用领域分类
毛细管电泳还可以分为临床检测、 生物分子分析、环境监测等领域。
02 毛细管电泳仪器
在药物分析中的应用
药物成分分离
毛细管电泳能够快速分离和测定药物中的有效成分和杂质。
药物代谢产物分析
毛细管电泳可以用于药物代谢产物的分离和鉴定，有助于药物代 谢动力学研究。
药物质量控制
毛细管电泳可用于药物质量控制，确保药物的有效性和安全性。
在环境监测中的应用
有机污染物分析
01
毛细管电泳可以用于分离和测定环境中的有机污染物，如农药、
毛细管电泳的基本原理及应用(图文参照)
毛细管电泳的基本原理及应用摘要：毛细管电泳法是以弹性石英毛细管为分离通道，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分离分析方法。
该技术可分析的成分小至有机离子、大至生物大分子如蛋白质、核酸等。
可用于分析多种体液样本如血清或血浆、尿、脑脊液及唾液等，比HPLC 分析高效、快速、微量。
关键词：毛细管电泳原理分离模式应用1概述毛细管电泳(Caillary Electrophoresis)简称CE，是一类以毛细管为分离通道，以高压直流场为驱动力的新型液相分离分析技术。
CE的历史可以追溯到1967年瑞典Hjerten最先提出在直径为3mm的毛细管中做自由溶液的区带电泳(Capillary Zone Electro-phoresis，CZE)。
但他没有完全克服传统电泳的弊端[1]。
现在所说的毛细管电泳(CE)是由Jorgenson和Lukacs在1981年首先提出，他们使用了75mm的毛细管柱，用荧光检测器对多种组分实现了分离。
1984年Terabe将胶束引入毛细管电泳，开创了毛细管电泳的重要分支: 胶束电动毛细管色谱(MEKC)。
1987年Hjerten等把传统的等电聚焦过程转移到毛细管内进行。
同年，Cohen 发表了毛细管凝胶电泳的工作。
近年来，将液相色谱的固定相引入毛细管电泳中，又发展了电色谱，扩大了电泳的应用范围。
毛细管电泳和高效液相色谱（HPLC）一样，同是液相分离技术，因此在很大程度上HPCE与HPLC可以互为补充，但是无论从效率、速度、样品用量和成本来说，毛细管电泳都显示了一定的优势毛细管电泳（C E）除了比其它色谱分离分析方法具有效率更高、速度更快、样品和试剂耗量更少、应用面同样广泛等优点外，其仪器结构也比高效液相色谱（HPLC）简单。
C E只需高压直流电源、进样装置、毛细管和检测器。
毛细管电泳具有分析速度快、分离效率高、试验成本低、消耗少、操作简便等特点，因此广泛应用于分子生物学、医学、药学、材料学以及与化学有关的化工、环保、食品、饮料等各个领域[2]。
毛细管电泳原理及分析策略课件
以上内容涵盖了毛细 管电泳的基本原理和 分析策略课件的部分 内容。在实际应用中， 还需根据具体需求和 样品特性选择合适的 分离模式和分析方法。
CATALOGUE
毛细管电泳分析方法
毛细管电泳的定性分析方法
峰识别法
紫外可见光谱法
质谱联用法
毛细管电泳的定量分析方法
01
02
外标法
内标法
03 标准加入法
数据处理 原始数据的获取，通过电泳仪器获取原始电泳图谱数据。
数据预处理，包括基线校正、峰识别、去噪等步骤，以提高数据质量。
毛细管电泳实验数据处理和分析方法
毛细管电泳实验数据处理和分析方法
01
02
03
04
实验结果展示和讨论
结果展示 通过图表、电泳图谱等方式清晰展示实验结果，包括分离效果、组分定量等信息。
毛细管电泳原理及 分析策略课件
contents
目录
• 毛细管电泳简介 • 毛细管电泳原理 • 毛细管电泳分析方法 • 毛细管电泳在分析化学中的应用策略 • 毛细管电泳实验技术 • 前沿进展与未来展望
CATALOGUE
毛细管电泳简介
毛细管电泳的定义和发展历程
定义
发展历程
毛细管电泳的技术特点
01
环境污染物分析策略
重金属离子分析
毛细管电泳可用于环境水样中重金属离子的分离和检测，为环境监测和污染治理 提供依据。
有机污染物分析
采用毛细管电泳-质谱联用技术，可实现环境中有机污染物的痕量分析和结构鉴 定，提高环境分析的准确性和灵敏度。
CATALOGUE
毛细管电泳实验技术
毛细管电泳实验准备和操作技巧
对比不同实验条件下的结果，展示实验条件对分离效果和定量的影响。
毛细管凝胶电泳
02 毛细管凝胶电泳的基本原理
CHAPTER
电泳
电泳是指带电粒子在电场中的迁移行为，其迁移 速度与粒子的大小、电荷量以及电场强度有关。
电泳技术利用了带电粒子在电场中的迁移行为差 异来实现混合物中组分的分离。
在毛细管凝胶电泳中，电泳是实现组分分离的重 要手段之一。
凝胶电泳
凝胶电泳是一种利用凝胶网络 对带电粒子进行分离的技术。
凝胶网络可以减少粒子的扩散， 提高分辨率，并使不同大小的 粒子在电场中以不同的速度迁 移。
凝胶电泳常用于蛋白质、DNA 等生物大分子的分离。
毛细管凝胶电泳的分离原理
毛细管凝胶电泳是将凝胶电泳技 术应用于毛细管中，利用毛细管 的高效分离特性实现混合物中组
在核酸分离中的应用
DNA测序
毛细管凝胶电泳结合荧光标记技术，可以对DNA进行高通量测序，广泛应用于基因组学和生物信息学 研究。
RNA表达分析
通过毛细管凝胶电泳可以分离和检测不同表达水平的RNA分子，用于研究基因表达调控和疾病发生机 制。
在临床诊断中的应用
病原体检测
毛细管凝胶电泳可以用于检测病原体如病毒、细菌等的基因组，有助于快速诊断和鉴别 感染性疾病。
分的分离。
在毛细管凝胶电泳中，组分的分 离主要依赖于其在电场中的迁移 行为和与凝胶网络的相互作用。
通过调整毛细管凝胶电泳的条件， 如电场强度、凝胶类型和配方等，
可以实现不同组分的分离。
03 毛细管凝胶电泳的实验技术与操作
CHAPTER
实验准备
仪器设备
准备毛细管电泳仪、高压电源、 进样装置、检测器等必要设备， 确保仪器正常工作并按照操作规
加样与电泳
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。
分析化学 毛细管电泳法
毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis
概述
电泳: 电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作用
下，发生差速迁移，可实现分离。
毛细管电泳
经典电泳法散热差，难以克服高电压引起的焦耳热，限
制了高电压的使用，分离电压受到限制。 乔更森和鲁卡斯采用75μm内径的石英毛细管做为分离室， 紫外柱上检测的方法，在30kv的分离电压下分离丹酰化氨基 酸，柱效达到40万个理论塔板。
课后习题： P427：3，4
的溶液整体向负极移动，形成电渗流（EOF）。
1.2 毛细管电泳原理
电渗速度uos以下式表示：
os uos os E E 4 os ：电渗率或电渗淌度 os ：管壁的Zeta电势 ：介质介电常数 ：介质黏度
E ：电场强度
1.3 CE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：
Qin c0 π r (eff +os )Et
2
电场：1-10kv 时间：1-10s 特别适合黏度大的试样。
存在的问题：
进样不均：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。 偏向性，准确性可靠性差，重现性差
2.3.3 扩散进样 试样通过扩散作用进入分离柱端口处。
由于电渗流速度大大高于电泳 速度，一般为电泳的5-7倍，所 以，不管正离子、负离子还是 中性分子，均随电渗流移动。
第二节、毛细管电泳仪
结构与流程
主要由高压电源、缓冲液及进样系统、毛细管柱、检测 器及数据处理等五部分组成 。
2.1 高压电源
（1）0～30 kV 稳定、连续可调的直流电源；
（2）具有恒压、恒流、恒功率输出；
毛细管电泳分析
四、淌度
mobility
淌度：带电离子在单位电场下的迁移速度； 淌度不同是电泳分离的基础。
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。可在手册中查阅。
2.有效淌度(effective mobility)μef
实际溶液中的淌度(实验中测定的)。 μef=∑aiμi
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
实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算
电渗流
Lef —毛细管有效长度； teo—电渗流标记物（中性物质）的迁移时间。
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；
板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万。
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,同种类离子由于受到的电场力大小不一样也同时被 相互分离。 （动画）
毛细管电泳
分离的原因：电泳迁移，电渗迁移电泳迁移：在高压电场下，带电离子向相反的方向移动。
电渗迁移：当毛细管内充满缓冲溶液时，毛细管壁上的硅羟基发生解离，生成氢离子溶解在溶液中，这样就使毛细管壁带上负电荷与溶液形成双电层，在毛细管的两端加上直流电场后，带正电的溶液就会整体的向负极端移动，这就形成了电渗流。
在操作缓冲溶液中，带电粒子的运动速度等于电泳速度和电渗速度的矢量和，电渗速度一般大于电泳速度，因此即使是阴离子也会从阳极端流向阴极端。
加大缓冲溶液的酸度、在缓冲溶液中加入有机试剂都会减少硅羟基的解离，减小电渗流。
分离模式毛细管电泳的分离模式有以下几种。
（1）毛细管区带电泳（CZE）将待分析溶液引入毛细管进样一端，施加直流电压后，各组分按各自的电泳流和电渗流的矢量和流向毛细管出口端，按阳离子、中性粒子和阴离子及其电荷大小的顺序通过检测器。
中性组分彼此不能分离。
出峰时间称为迁移时间（tm），相当于高效液相色谱和气相色谱中的保留时间。
（2）毛细管凝胶电泳（CGE）在毛细管中装入单体和引发剂引发聚合反应生成凝胶，这种方法主要用于分析蛋白质、DNA等生物大分子。
另外还可以利用聚合物溶液，如葡聚糖等的筛分作用进行分析，称为毛细管无胶筛分。
有时将它们统称为毛细管筛分电泳，下分为凝胶电泳和无胶筛分两类。
（3）毛细管等速电泳（CITP）采用前导电解质和尾随电解质，在毛细管中充入前导电解质后，进样，电极槽中换用尾随电解质进行电泳分析，带不同电荷的组分迁移至各个狭窄的区带，然后依次通过检测器。
（4）毛细管等电聚焦电泳（CIEF）将毛细管内壁涂覆聚合物减小电渗流，再将样品和两性电解质混合进样，两个电极槽中分别加入酸液和碱液，施加电压后毛细管中的操作电解质溶液逐渐形成pH梯度，各溶质在毛细管中迁移至各自等电点（pI）时变为中性形成聚焦的区带，而后用压力或改变检测器末端电极槽储液的pH值的办法使溶质通过检测器。
（5）胶束电动毛细管色谱（MEKC或MECC）当操作缓冲液中加入大于其临界胶束浓度的离子型表面活性剂时表面活性剂就聚集形成胶束，其亲水端朝外憎水非极性核朝内，溶质则在水和胶束两相间分配，各溶质因分配系数存在差别而被分离。
《毛细管电泳原理》课件
分离的程度。
分辨率
02
分辨率是指毛细管电泳谱中相邻两峰之间的分离程度，分辨率
越高，分离效果越好。
检测限
03
指在毛细管电泳谱中能够检测到的最小样品浓度，检测限越低
，灵敏度越高。
定量分析
标准曲线法
通过绘制标准曲线，将毛细管电泳谱中的峰高或峰面积与样品浓度进行线性回归 分析，从而进行定量分析。
内标法
通过在样品中加入内标物，利用内标物与样品中各组分的分离度和响应因子相同 的特点，进行定量分析。
数据分析方法
峰高法
通过测量毛细管电泳谱中各组分的峰高，利用峰高与样品浓 度的线性关系进行定量分析。
峰面积法
通过积分毛细管电泳谱中各组分的峰面积，利用峰面积与样 品浓度的线性关系进行定量分析。
05
毛细管电泳的优缺点与展望
优点与缺点
高分离效能
毛细管电泳具有极高的分离效率，可 实现复杂样品的快速分离。
药物分析
毛细管电泳在药物分析中 可用于药物成分的分离和 检测，以及药物代谢产物 的分析。
食品安全
毛细管电泳可用于食品安 全检测，如食品添加剂、 农药残留等的检测。
02
毛细管电泳的仪器与实验条
件
仪器介绍
毛细管电泳仪的基本构成
检测器的选择
包括高压电源、进样系统、毛细管电 泳柱、检测器和数据采集系统等部分 。
配制电解质溶液
按照所需的浓度和比例，配制 电解质溶液。
数据处理与分析
采集实验数据，进行数据处理 和分析，得出结论。
03
毛细管电泳的分离模式与分
离机制
分离模式
毛细管区带电泳（CZE）
胶束电动色谱（MEKC）
毛细管凝胶电泳（CGE）
毛细管电泳的基本原理及应用
毛细管电泳的基本原理及应用毛细管电泳的基本原理是基于电荷迁移。
在毛细管电泳中使用的耦合电场包括静电势差和电导度差导致的静电势差。
当在电解质溶液中施加电场时，离子在电场力的作用下向相反电极迁移。
带电分子在毛细管中施加电压时也会受到电场力的作用。
有两种类型的电流在毛细管中流动：电场导电电流和电渗流（溶液流动时由于带电分子迁移而形成的电流）。
通过控制电压差和溶液流动，可以实现化合物的分离和测量。
1.离子交换毛细管电泳（IEC）：通过溶液中带电离子与毛细管壁或固定相之间的电荷相互作用来实现分离。
2.凝胶毛细管电泳（GCE）：使用凝胶作为分离介质以实现不同化合物的分离。
凝胶中的通道大小可调整以适应不同大小的分子。
3.毛细管等电点聚焦电泳（CIEF）：根据化合物的等电点来实现分离。
通过调整溶液的pH值，可以控制每种化合物的等电点。
4.毛细管毛细管电泳（CZE）：根据化合物在毛细管中的迁移速率差异来实现分离。
该方法广泛用于分析药品、蛋白质和核酸等生物分子。
1.快速分离：毛细管电泳在分析过程中常常可以几分钟内完成。
这种快速性使得该技术在高通量分析中非常有用。
2.高效分离：由于毛细管内直径小，特别是凝胶电泳中，化合物可以在短时间内得到高效的分离。
这使得毛细管电泳对于研究复杂样品或混合物的分析非常有用。
3.低样品消耗：毛细管电泳只需极少量的样品，通常在微升到纳升级别。
这使得它成为高灵敏度分析的理想选择。
4.高选择性：通过适当选择电解质的类型和浓度，可以调节样品在毛细管中的迁移速度，从而实现高度选择性的分析。
毛细管电泳在生物医学、环境监测、食品安全和制药等领域有广泛的应用。
例如，它可用于分析血液中的蛋白质和核酸，以帮助诊断疾病；还可用于分析水中的有毒化合物和污染物；另外，它还能帮助制药行业监测药品的质量和纯度。
总而言之，毛细管电泳通过其分离速度快、分辨率高和样品消耗少等优点，在化学和生物学分析中发挥着重要作用。
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•
4 区带宽度及其展宽因素
– 焦耳热
•温度轮廓 ---- 黏度轮 廓 ----速度轮廓
细内径（<100µ m），粗外径的毛细管柱
•
4 区带宽度及其展宽因素
– 进样
试样导入毛细管柱时，总有一定的试样区带长度。 细内径的毛细管柱时，进样操作的要求更为严格。
一般进样区带控制在柱长的1%
– 电泳扩散
试样区带中的缓冲溶液浓度或电阻率与毛细管其它地方的浓度或 电阻率不相等时，因两个区域电场强度的差异，而引起区带电分散。
毛细管电泳原理及分析 策略
2020年7月18日星期六
贝克曼高效毛细管电泳仪
• 毛细管电泳是带电粒 子在电场力的驱动下 ，在毛细管中按其淌 度或和分配系数不同 进行高效、快速分离 的电泳新技术，也称 为高效毛细管电泳
(Capillary Electrophoresis, CE)。
毛细管电泳的原理
1 装置
电极 缓冲液
毛细管 试样
数据处理
检测器
电极
高压电源
（可高至30KV）
2 电泳和电渗
– 电泳 是指在电场作用下，溶液中的带电粒子作定向移动的
现象。 – 电渗 是指在电场作用下，毛细管或固相多孔物质内液体沿
固体表面移动的现象。
2 电泳和电渗
– 电泳
行为与特性使用淌度描述
均电泳速度υ
即单位场强(E)下离子的平
•+
•-
•电泳+电渗流
•EOF
•+
•-
•tm (min)
•0
电渗流的作用
•电渗流的活塞流特点
• Hydrodynamic flow – Parabolic – Resistance to flow at surface – More diffusion/broader detection zone
控制电渗流的大小和方向，可提高毛细管电泳分离 的效率、重现性、分离度。
2 电泳和电渗
– 改变电渗流的方法
1. 改变外加径向电场 2. 改变缓冲液成分和浓度 3. 改变缓冲液pH 4. 加入添加剂 5. 改变温度
•µeo正比于Zeta电势和介质 的介电常数 • 反比于介质的黏度 •Zeta电势正比于双电层厚度 和界面有效电荷密度 • 反比于介质的介电常数
• 主要用于核酸片断及蛋白分子量分析
毛细管凝胶电泳
CE双链及单链核酸分析
•Relative Fluorescence Intensity
• 3.0 • 2.0 • 1.0
•
dsDNA片段 (72
bp-12 Kbp)
•18
•IS
•13 •10•11 •15 •6•8•9 •12 •14
•16 •17
缓冲溶液及pH值的选择
在相同的 pH下，不同缓冲体系的分离效果不 尽相同，有的可能相差甚远。一般的经验是， 能与样品发生相互作用的试剂，有可能就是最 好的试剂。一个典型的例子是，在分离糖类和 DNA等分子时优先使用硼酸盐缓冲体系，因为 硼酸根能与糖羟基形成配位键，从而增加糖的 负电荷和分离度。硼酸缓冲试剂也适用于其他 含邻位羟基或多羟基化合物的分离。
• 优点
• 缺点
• 增加对弱极性物质分离 的分离度
• 在中药分析、天然产物 分析、农药分析中经常 使用
• 稳定性不佳，达到好的 重复性比较困难
第三章 毛细管凝胶电泳
毛細管內先填充凝胶(例如polyacrylamide或 cellulose)，此时凝胶会在毛細管內形成分子筛 ，样品依分子量的大小在毛細管內移动速度不 同而进行分离。
毛细管胶束电动色谱原理
•SDS
•Micellar Electrokinetic Chromatography (MEKC)
•+
•EOF
•-
七种青霉素的分离
(A) CZE : 20mM Pi-Borate, pH 8.5 •(B) MEKC : 0.1 M SDS in (A) soln.
胶束电动色谱的特点
电流。 那些被称为生物“优良缓冲液”的，如Tris, borate, CAPS 等特别有用，因为这些缓冲溶液中的离子一般较大， 能够在较高浓度下使用而不会产生大的电流，但一个 潜在的缺点是这些大的缓冲离子有强的紫外吸收。
常用的CE缓冲体系
• 磷酸钠体系 宽缓冲范围 • 硼酸钠体系 高pH范围 • Tris-HCl体系 低pH范围 • 醋酸-醋酸铵体系 CE/MS常用体系
缓冲溶液及pH值的选择
缓冲试剂及pH调节剂的浓度也需要优化。缓 冲试剂的浓度一般控制在10～200 mmol/L之间 。电导率高的缓冲试剂如磷酸盐和硼砂等，其 浓度多控制在20 mmol/L附近，而电导小的试 剂如硼酸及HEPES等，其浓度可在100 mmol/L 以上。有时为了抑制蛋白质吸附等特殊目的， 可采用很高（＞0.5mol/L）的试剂浓度，此时 要注意减少分离电压，分析速度自然也将随之 降低。
• 电渗流的波动极大的影 响了迁移时间的重复性
影响电渗流的因素
• pH值 pH越高，电渗流越大
• 离子强度 离子强度越高，电渗流越小
• 缓冲溶液添加剂 离流的三个重要手段
1. 采用涂层毛细管，消除电渗流的影响 2. 改变pH，从而调整电渗流的大小。pH<3时电
•5 •3•4
•7
•1•2
•2 0
•23
•1 9
•24•25•2•62•278
•2•390•34
•21
•30
•31
•32
•33
• 10.0
• 15.0
•
45-寡
核苷酸
质控
CE-SDS蛋白分子量分析
第四章 毛细管等电聚焦
第五章 亲和毛细管电泳 -分离条件基于CZE
当在CZE样品或缓冲液中引入抗原或抗体时， 便可以用于研究和分析抗体或抗原，也可以 利用这种方法对电泳峰进行特异性定性。显 然除抗原与抗体的选择需要应用生化知识外 ，其他方面的选择与CZE等相同。 • 用于研究 1. 分子间相互作用测定，分子构型变化 2. 特定物质检测 3. 活性物质筛选
渗流很低；当pH>10以后，电渗流基本不增 加 3. 添加剂：有机溶剂可以降低电渗流的大小， 从而增加分离的有效距离；表面活性剂可以 彻底改变电渗流的方向和大小，主要是在阴 离子分析时使用
缓冲溶液的影响和选择
• 在CE中应该根据以下性质来选择缓冲溶液： 1. 在所选的pH范围内有较强缓冲能力； 2. 在检测波长处有低的紫外吸收； 3. 小的淌度（即大体积、低电荷离子）以降低所产生的
Δυ相邻两区带的迁移速度差 υ平为两者的平均速度
Δυ / υ平表示分离选择性 n为柱效
•
3 分离效率和分离度
–分离度计算式
Rs = 2 (tm2 - tm1 ) / ( W1 + W2 )
tm1、tm2 分别为两个组份的迁移时间 W 为峰底的宽度
4 区带宽度及其展宽因素
– 区带宽度展宽因素 1. 焦耳热 2. 进样 3. 电泳扩散 4. 毛细管壁对组分的吸附
添加剂的选择
• 目的：
1. 改善分离 2. 抑制分析物在毛细管上的吸附
添加剂的选择
1. 甲醇|乙腈（5-50%） • 降低电渗流，增加分离有效距离，从而改善分离效果 • 增加非极性物质的水溶性 2. 环糊精|SDS等表面活性剂 • 增加分离选择性，提高分析效果 • 降低电渗流，增加分离有效距离，从而改善分离效果 3. 非极性高分子聚合物 • 掩蔽毛细管内壁电荷，抑制分子吸附 • 降低电渗流 • 形成一定的分子筛，提高分子大小选择性
缓冲溶液及pH值的选择
研究经验表明：对于蛋白质、肽和氨基酸等两 性样品，采用酸性（pH 2）或碱性（pH＞9） 分离条件，比较容易得到好的分离结果；糖类 样品通常在pH=9～11之间能获得最佳分离； 羧酸或其他样品多在pH=5～9之间选择分离条 件。
缓冲溶液及pH值的选择
pH 的选择也和所用的毛细管种类有关，许多 涂层毛细管只能在一定的pH范围内工作，例如 聚丙烯酰胺涂层毛细管，在3＜pH＜8的范围以 外工作，其涂层容易水解失效。
µs---µb
•峰前展或拖尾？
•
4 区带宽度及其展宽因素
– 毛细管壁对组分的吸附
电泳峰拖尾或变形，甚至消失。 抑制吸附作用常用的方法有：
●使用极端pH条件 ●加入中性盐或两性离子化合物 ●对毛细管内壁进行涂层处理
需要注意：方法也会抑制或改变电渗流
CE分离原理-与模式有关
• 毛细管区带电泳（CZE） • 毛细管胶束电动色谱（MECC/MCKC） • 毛细管凝胶电泳（CGE） • 毛细管等电聚焦（cIEF） • 亲和毛细管电泳（ACE） • 毛细管电色谱（CEC）
第22章 毛细管电泳
2 电泳和电渗
22－1 毛细管电泳的原理
– 电渗流的意义
1. 电泳过程中，伴随着电渗现象 2. 电渗流的速度比电泳速度快5－7倍
•分情况而 论
3. 利用电渗流可将正、负离子或中性分子一起向同一方向， 产生差速迁移，在一次电泳操作中同时完成正、负离子的 分离分析
电渗流是毛细管电泳分离的重要参数
•固液两相间的 总电势-热力学 电势-φ0
•Zeta电势-ζ
2 电泳和电渗
– 电渗流的流型特点
电渗流 塞流
HPLC 层流
2 电泳和电渗
– 电渗流的表示
电渗流的大小可用淌度(μeo)或电渗流系数表示
μeo =υeo / E = l /( teo﹒E )
电渗流速度 毛细管有效长度 电渗流流出时间 电场强度
第一章 毛细管区带电泳
•样品在电解 液中泳动,根 据物质的荷/ 质比差异来 进行分离， 比值愈大,跑 得愈快
进样方式