毛细管电泳原理及分析策略

合集下载
相关主题
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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
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
H =L / n n = 5.54(χ/ W½)2 实验上可按上式求出理论塔板数
χ为电泳图上从起点至电泳峰最大值之间的距离 W½ 为电泳峰的半高峰宽
3 分离效率和分离度
–分离度
电泳中两峰的分离度(Rs),也称为分辨率,它表示了 淌度相近的组分分开的能力,可表达为
Rs= (n 1/2/4)×( Δυ /υ平 )
• 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
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
• EOF gives plug flow
– Minimizes band broadening – Narrows detection zone
•电渗流的活塞流特点
• Hydrodynamic flow – Parabolic – Resistance to flow at surface – More diffusion/broader detection zone
•+
•-
•电泳+电渗流
•EOF
Leabharlann Baidu
•+
•-
•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
• 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 离子型表面活性剂、有机溶剂、环糊精
电渗流随pH的变化情况
控制电渗流的三个重要手段
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
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。
• EOF gives plug flow
– Minimizes band broadening – Narrows detection zone
电渗流是CE中最大的驱动力来源之一
电渗流的正面及负面作用
• 正面作用
• 负面作用
• 增加分离速度
• 使得正、负电荷物质同 时分离
• 减少分离时间和分离有 效距离
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
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
压力进样 电动进样 浓缩进样
毛细管种类
• 非涂层毛细管(裸管) • 内壁涂层毛细管(涂层管)
非涂层毛细管-电渗流的概念
•低pH
•高pH
•- H•+
•电渗流的特点
•EOF
•纯电泳状态
Zeta电势
•盐-离子强度
•表粘面度活性剂

2 电泳和电渗
表观电泳淌度 µap
•μap=υap/E

υap为离子的表观迁移速度

•υap=υef +υeo
• •µap= µef + µeo
3 分离效率和分离度
–分离效率 柱效可以用理论塔板数n表示
n = (µep+µeo) V l /(2DL)
毛细管电泳分离的柱效方程 理论塔板高
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。

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。
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
•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
• 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。
第二章 毛细管胶束电动色谱
电解质中加入表面活性剂(surfactant,例如 SDS),使之形成胶束(Micelle),样品根据其 疏水性(Hydrophobicity)强弱的差异,在胶束与 电解质的分配系数有所不同來进行分离 ,样品 疏水性愈強,则进入胶束的机会愈大。通常物 质进入胶束后,泳动的速度会变慢,因此疏水 性愈強的物质则愈慢出來。
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
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
μep=υ/E
实验中,只发生电泳时有效淌度
μef =υef ﹒ (L /V) =( l / tm )﹒(L /V)
毛细管有效长度 迁移时间 毛细管总长度
电压
2 电泳和电渗
– 电渗
与固液界面的双电层有着密切的关系
在毛细管壁双电层的扩散层中的阳离子,相对于毛细管壁的 负电荷表面,形成一个圆筒形的阳离子鞘,在电场作用下 ,溶剂化了的阳离子,沿滑动面与紧密层作相对运动,携 带着溶剂一起向阴极迁移,便形成了电渗流( electroosmotic flow ,EOF)。
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
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)
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。
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。
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
•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
相关文档
最新文档