分离科学与技术第7章 电泳分离法
《生物电泳分离技术》课件
3 整合分析
结合其他技术，如质谱联用等，生物电泳分离技术将有更广泛的应用。
《生物电泳分离技术》 PPT课件
生物电泳分离技术是一种用电场作用于生物分子的分离方法。了解生物电泳 分离技术的定义和介绍是理解该技术的基础。
生物电泳分离技术的原理和机制
Principle
生物电泳分离技术基于生物分子的电荷和大小差异， 利用电场和凝胶矩阵的作用实现分离。
Mechanism
该方法利用分子在电场中的电迁移速度不同，通过 电泳迁移的方式实现分离。
3 环境
生物电泳分离技术可用于水质检测、环境局限性
优势
快速、高分辨率、可视化、简单操作是生物电泳分 离技术的优势。
局限性
生物电泳分离技术对样品量、电泳介质的选择等有 一定限制。
生物电泳分离技术的操作步骤和注意事项
1
前期准备
准备样品、电泳缓冲液、凝胶等。
生物电泳分离技术的类型和分类
1 类型
生物电泳分离技术包括凝胶电泳、毛细管电泳、等电点聚焦电泳等多种类型。
2 分类
根据分离依据可分为蛋白质电泳、核酸电泳、多肽电泳等多个分类。
生物电泳分离技术的应用领域
1 医学
生物电泳分离技术广泛应用于临床、医学研究等领域，如蛋白质分析和病原体检测。
2 农业
可用于农业上的育种、品种鉴定和土壤分析等方面。
制备凝胶
2
根据需要选择凝胶类型，制备凝胶板。
3
加载样品
将样品进行预处理后，通过加载样品孔
电泳
4
将其注入凝胶。
将凝胶板放入电泳槽中，施加电场进行
电泳分离。
5
22.电泳分离法
CH2-CH2 NH (CH2-CH2 NH )n 2-CH2 N CH CH2 CH2
CH2
CH2 COOH
加成度不同的混 合物，分子量大 小不同，胺基和 羧基的比例不同 。
COOH
两性电解质载体是IEF-PAGE中最关键的试剂， 它直接影响pH梯度的形成及蛋白质的聚焦。
因此，要选用优质两性电解质载体，在凝胶中， 其终浓度一般为1％～2％。
3、点样
4、安装装置
5、电泳：电场强度为10~25V/cm,0.5~2h.
6、显色:染色、漂洗、检测
醋酸纤维素薄膜电泳装置
醋酸纤维素薄膜电泳的应用：
医学上，常用于分析血清蛋白、胎盘球蛋白，
其优点是简便迅速，便于保存照相，比纸电
泳分辨率高。
特点：由于介质的孔径度大，没有分子筛效 应，主要靠被分离物的电荷多少进行分离。
2、影响迁移率(电泳淌度)的因素
1）．电场强度 是指每厘米的电位降，也称电位梯度
(电势梯度)。电场强度越高，则带电颗粒泳动越快。根据 电场强度的不同，电泳可分为两种。
(1)常压(100～500 V)电泳 其电场强度为2～10 V／cm。 分离时间较长，从数小时到数十小时，适合于分离蛋白质 等大分子物质。 (2)高压(2000～10000 V)电泳 其电场强度为50～200V／ cm，电泳时间很短，有时只需几分钟。多用于分离氨基酸、 多肽、核苷酸、糖类等小分子物质。
目前，电泳技术已成为生物化学与分子生物学以及与其密 切相关的医学、农、林、牧、渔、制药及某些工业分析中 必不可少的手段。
22.2 电泳过程基础
一、电泳过程原理 1、自由溶液中的电泳过程 当一个球形带电颗粒在黏性介质中受到电场的作用而迁 移时，所受的作用包括电场力和摩擦阻力。在自由溶液 中摩擦阻力服从Stocks定律。当电场力与摩擦阻力达 qE 到平衡时颗粒做恒速迁移，从而导出：v 从上式可知，颗粒电泳迁移速度v与电场强度E和带电 颗粒的净电荷量q成正比，而与颗粒半径r和介质黏度η 成反比。 带电颗粒在电场中迁移速的不同是电泳分离的基础。
电泳法
（2）缓冲溶液的选择：重要的分离因素
CZE缓冲溶液必须符合以下条件：
在规定的pH值范围内应有较强的缓冲能量， 并维持恒定的pH值。
尽可能使用分子体积大、电荷少、淌度低的 缓冲盐。 在检测波长处有较低的吸收度
尽可能采用酸性缓冲溶液。吸附和电渗都小。
缓冲溶液的pH：是影响组分离子淌度的最主要 因素。
机理：当在毛细管两端加有电场时，双电层内靠 近管壁的稠密层中可迁移阳离子向阴极移动。由 于离子是被水化的，因此，带动管中的液体也随 迁移着一起匀速向阴极移动，形成电渗流。 总之，毛细管中的电渗流是毛细管内壁表面电 荷所引起的管内液体的整体流动。 电渗流的特点：具有一定流 型，其电渗驱动力沿毛细管 均匀分布，所以电渗速度的 径向分布几乎是均匀的。
pH = pI，在等电点pI时,正负解离相等，净电 荷为0；粒子迁移速度和电渗速度相同。
（3）凝胶毛细管电泳法 （ Capillary Gel Electrophoresis，CGE）
用凝胶物质作为支持物进行电泳的方式，称为 凝胶电泳。 平板凝胶电泳
毛细管凝胶电泳：在毛细管内充有凝胶或其它 筛分介质（凝胶柱），流经凝胶的物质，原则 上按分子的大小分离。
平卧式电泳槽装置示意图
三、操作步骤
1. 准备
醋酸纤维素薄膜的预处理：将薄膜小心放入盛有 缓冲液的培养皿内，使其漂浮在液面；用镊子轻压， 使其全部浸入缓冲液内。待膜完全浸透（约半小时） 后取出，夹在清洁的滤纸中间，轻轻吸去多余的缓 冲液，同时分辨出光滑面和粗糙面。 标记：在粗糙面上用铅笔距薄膜条一端1.5cm处 划线即为点样线并作好标记，同时标上学号和正负 极。
电泳：溶液中的带电粒子（离子、胶粒或分子）在 电场中的定向迁移现象。
电泳分离蛋白质的原理
电泳分离蛋白质的原理
电泳分离蛋白质是一种常用的生物化学实验技术，它基于蛋白质在电场中的迁
移速度不同而实现蛋白质的分离。
这项技术在生物学研究、医学诊断和药物研发等领域都有着广泛的应用。
电泳分离蛋白质的原理是基于蛋白质的电荷和大小之间的差异。
当蛋白质置于
电场中时，由于蛋白质分子带有正电荷或负电荷，它们会受到电场力的作用而向电极迁移。
根据蛋白质分子的大小和电荷量，不同的蛋白质将以不同的速度向电极迁移，从而实现蛋白质的分离。
在电泳分离蛋白质的实验中，通常会使用凝胶作为分离介质。
凝胶可以限制蛋
白质的迁移速度，使得蛋白质可以在凝胶中逐渐分离。
而且，凝胶的孔隙大小可以影响蛋白质的迁移速度，从而实现对蛋白质的精确分离。
除了凝胶电泳外，还有一种叫做毛细管电泳的技术也可以用于蛋白质的分离。
毛细管电泳是利用毛细管内的电场来实现蛋白质的分离，它具有分离速度快、样品消耗少的优点。
电泳分离蛋白质的原理不仅可以用于研究蛋白质的结构和功能，还可以用于检
测蛋白质的含量和纯度。
此外，电泳分离蛋白质还可以用于寻找新的蛋白质标记物，从而为疾病的诊断和治疗提供重要的信息。
总之，电泳分离蛋白质的原理是基于蛋白质的电荷和大小之间的差异，利用电
场力和分离介质来实现蛋白质的分离。
这项技术在生物学研究和临床诊断中具有重要的应用价值，为科学研究和医学进步做出了重要贡献。
电泳分离技术
1971年10月29日因心脏病突发
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius 而卒于家中，终年69岁。
电泳特点
在确定的条件下，带电粒子在单位电场强度作 用下，单位时间内移动的距离（即迁移率）为 常数，是该带电粒子的物化特征性常数。
4
阿恩·威廉·考林·提塞留斯 提塞留斯是瑞典著名生化学家
和物理化学家。1902年8月10日 出生在斯德哥尔摩，在乌普沙拉 大学获三个硕士和一个博士学位 ，毕业后留校任教。
他改进、设计了电泳仪，成功 地分离了血清中的蛋白质，对氨 基酸和肽也作了分离研究，改进 了色层分离法，他设计的电泳仪 至今还在应用，发展了生物化学 的研究手段，荣获1948年诺贝尔 化学奖。
不同带电粒子因所带电荷不同，或虽所带电荷 相同但荷质比不同，在同一电场中电泳，经一 定时间后，由于移动距离不同而相互分离。分 开的距离与外加电场的电压与电泳时间成正比
6
电荷移动规律
利用电泳可以确定胶体微粒的电性质，向阳极移动的 胶粒带负电荷，向阴极移动的胶粒带正电荷。
一般来讲，金属氢氧化物、金属氧化物等胶体微粒吸 附阳离子，带正电荷；
8
电泳种类I ：
移动界面电泳 是将被分离的离子（如阴离子）混合物置于电泳
槽的一端（如负极），在电泳开始前，样品与载体电 解质有清晰的界面。电泳开始后，带电粒子向另一极 （正极）移动，泳动速度最快的离子走在最前面，其 他离子依电极速度快慢顺序排列，形成不同的区带。 只有第一个区带的界面是清晰的，达到完全分离，其 中含有电泳速度最快的离子，其他大部分区带重叠。
非金属氧化物、非金属硫化物等胶体微粒吸附阴离子 ，带负电荷。
因此，在电泳实验中，氢氧化铁胶体微粒向阴极移动 ，三硫化二砷胶体微粒向阳极移动。利用电泳可以分 离带不同电荷的溶胶。
电泳分离的原理
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简述电泳法的原理及应用
简述电泳法的原理及应用原理电泳法是一种利用电场效应将带电粒子分离的技术。
其基本原理是在外加电场的作用下，带电粒子在电泳介质中移动，从而实现它们的分离。
该技术在分子生物学、环境监测、食品安全检测等领域得到广泛应用。
电泳法所依赖的原理是电荷的存在和带电粒子在电场作用下的运动规律。
带电粒子在电场中受到电场力的作用，其运动速度与电荷量成正比。
当不同带电粒子在相同电场下移动时，由于其电荷量不同，速度也不同，从而实现分离。
应用电泳法在科学研究、生命科学研究以及工业生产中都有广泛的应用。
下面将分别介绍其在这些领域的应用。
科学研究1.蛋白质分离和定量：电泳法是蛋白质分离和定量的常用方法。
通过将蛋白质样品加载到电泳凝胶中，利用凝胶孔道大小的差异和电荷性质，可以将不同大小和电荷的蛋白质分离开来。
这种方法被广泛应用于蛋白质组学研究、蛋白质结构和功能研究等领域。
2.核酸分析和测序：电泳法也常被用于核酸的分析和测序。
通过将DNA或RNA样品加载到电泳凝胶中，根据其大小和电荷性质，可以将不同大小和电荷的核酸分离开来。
这为基因测序、基因分型、基因突变检测等提供了重要的工具和方法。
生命科学研究1.DNA指纹鉴定：电泳法在DNA指纹鉴定中得到了广泛应用。
通过将DNA样品加载到电泳凝胶中，根据DNA片段在凝胶中的迁移速度和长度，可以进行DNA指纹鉴定，例如用于犯罪案件的嫌疑人身份确认、亲子鉴定等。
2.蛋白质纯化：电泳法在蛋白质纯化中也有应用。
通过将复杂的蛋白质样品加载到电泳凝胶中，可以将目标蛋白质与其他杂质分离开来。
这种方法被广泛应用于蛋白质研究和蛋白质药物研发中。
工业生产1.药物分析：电泳法在药物分析中有重要作用。
通过将药物样品加载到电泳凝胶中，可以检测和分离不同成分的药物。
这种方法被广泛应用于药物研发、药物质量控制、药物安全监测等领域。
2.食品安全检测：电泳法是食品安全检测中常用的分析方法之一。
通过将食品样品加载到电泳凝胶中，可以检测食品中的有害物质和添加剂。
电泳分离技术
谢谢
THANKS
样本分析。
电场不均匀性
电泳过程中电场的不均匀性可 能导致分离效果不佳。
高成本
电泳分离技术所需的设备和试 剂成本较高，增加了实验成本
。
操作复杂度
电泳分离技术的操作相对复杂 ，需要专业人员进行操作和维
护。
05 电泳分离技术的发展趋势和未来展望
CHAPTER
技术创新和改进
高效电泳分离技术的研发
通过改进电泳分离技术的原理和工艺，提高分离效率和准确性，降低能耗和成本。
21世纪
随着生物技术的快速发展，电泳分离技术在基因组学、蛋白质组学等 领域的应用越来越广泛，成为生命科学研究的重要手段之一。
02 电泳分离技术的基本原理
CHAPTER
电泳现象
定义
电泳现象是指带电粒子在电场中受到电场力的作用而发生迁移的 现象。
原理
带电粒子在电场中受到电场力的作用，产生定向移动，使得粒子在 电场中分布不均，从而实现分离。
细胞分离
利用电泳分离技术可以分离不同种类的细胞，如淋巴细胞 分型、干细胞分离等，为细胞治疗和药物筛选提供支持。
在化学和环境科学领域的应用
有机物分离
电泳分离技术可用于有机物的分 离和纯化，如氨基酸、肽类、糖 类等，在化学合成和药物制备中 具有重要应用。
环境监测
电泳分离技术可用于环境样品中 污染物的分离和检测，如重金属 离子、有机污染物等，为环境监 测和治理提供技术支持。
电泳分离技术
目录
CONTENTS
• 引言 • 电泳分离技术的基本原理 • 电泳分离技术的应用 • 电泳分离技术的优缺点 • 电泳分离技术的发展趋势和未来展望 • 结论
01 引言
电泳法分离混合蛋白质的基本原理
电泳法是一种常用的蛋白质分离技术，通过电场作用下蛋白质的迁移速度差异来实现分离。
下面将从基本原理、仪器装置、实验步骤和应用领域等方面介绍电泳法分离混合蛋白质。
一、基本原理电泳法是利用蛋白质在电场中的迁移速度差异来进行分离的技术，其基本原理是蛋白质在电场中受到电荷的影响，带有正电荷的蛋白质在电场中向阴极方向迁移，带有负电荷的蛋白质则向阳极方向迁移。
由于不同蛋白质的分子结构和电荷性质不同，因此其迁移速度不同，进而实现了蛋白质的分离。
在电泳法中，通常会在蛋白质样品中加入一定量的离子从而赋予蛋白质电荷，常用的离子有SDS（十二烷基硫酸钠）和荧光素磺酰氯等。
SDS具有较强的负电荷，在电场中施加电压时，可以使蛋白质呈现负电荷状态，从而呈现出一定的迁移速度。
二、仪器装置进行电泳分离实验需要用到电泳槽、电源、凝胶板和蛋白质样品等仪器和试剂。
电泳槽通常由两个平行的电极板组成，之间用于装载凝胶板。
凝胶板通常有两种，一种是聚丙烯酰胺凝胶，另一种是琼脂糖凝胶。
蛋白质样品经过凝胶板的分离后，需要用染色剂着色才能观察到分离的结果。
凝胶板上的蛋白质迁移痕迹会依据电泳的时间和电压来进行分析。
在进行电泳分离实验时，需要将蛋白质样品加载到凝胶板上，然后施加一定的电压，使蛋白质发生迁移。
根据不同蛋白质的分子大小和电荷性质，它们将会在凝胶板上形成不同的迁移痕迹。
三、实验步骤进行电泳法分离混合蛋白质的实验通常包括以下几个步骤：1. 凝胶制备：根据实验需要选择合适的凝胶材料，制备电泳用的凝胶板。
2. 样品制备：将待分离的蛋白质样品进行处理，通常是在样品中加入一定量的电泳缓冲液和染色剂。
3. 加载样品：将处理后的蛋白质样品加载到凝胶板上。
4. 施加电压：将装载有蛋白质样品的凝胶板放入电泳槽中，然后施加一定的电压，使蛋白质发生迁移。
5. 染色观察：电泳结束后，取出凝胶板并进行染色，观察分离的结果。
四、应用领域电泳法广泛应用于生物学、医学和生物化学等领域，用于分离和分析蛋白质样品中的各种蛋白质成分。
电泳分离
支持介质的筛孔大小对待分离生物大分子的电泳迁移速度有明显的影响。在筛孔大的介质中泳动速度快，反 之，则泳动速度慢。
电泳时电流通过支持介质会产生热量，按焦耳定律，电流通过导体时的产热与电流强度（I）的平方、导体的 电阻（R）和通电的时间（t）成正比（Q=I2Rt）。
电泳的分类
电泳法可分为自由电泳（无支持体）及区带电泳（有支持体）两大类。 自由电泳包括Tise-leas式微量电泳、显微电泳、等电聚焦电泳、等速电泳及密度梯度电泳。 区带电泳则包括滤纸电泳（常压及高压）、薄层电泳（薄膜及薄板）、凝胶电泳（琼脂、琼脂糖、淀粉胶、 聚丙烯酰胺凝胶）等。
谢谢观看
影响的主要因素
0 1
电场强度
0 2
溶液的pH
0 4
电渗
0 6
温度
0 3
溶液的离子 强度
0 5
支持介质的 筛孔
电场强度是指每厘米距离的电压降，又称为电位梯度或电势梯度。电场强度对颗粒的泳动速度起着十分重要 的作用。电场强度越高，带电颗粒的泳动速度越快。根据电场强度的大小可将电泳分为高压电泳和常压电泳。常 压电泳的电场强度一般为2～10V/cm，电压为100～V，电泳时间从几十分钟到几十小时，多用于带电荷的大分 子物质的分离；高压电泳的电场强度为20～200V/cm，电压大于500V，电泳时间从几分钟到几小时，多用于带电 荷的小分子物质的分离。
溶液的离子强度越高，颗粒的泳动速度越慢。
在电场中，溶液对于固体支持物的相对移动称为电渗。例如，在纸电泳中，由于滤纸纤维素上带有一定量的 负电荷，使与滤纸相接触的水在电场中，液体对于固体支持介质的相对移动称为电渗现象。由于电泳支持介质表 面可能会存在一些带电基团，如滤纸表面通常有一些羧基，琼脂可能会含有一些硫酸基，而玻璃表面通常有SiOH基团等等。这些基团电离后会使支持介质表面带电，吸附一些带相反电荷的离子，在电场的作用下向电极方向 移动，形成介质表面溶液的流动。在pH>3时，玻璃表面带负电，吸附溶液中的正电离子，使玻璃表面的溶液层带 正电，在电泳中向负极迁移，带动电极液产生向负极的电渗流。如果电渗方向与待分离分子电泳方向相同，则加 快电泳速度；反之，则降低电泳的速度。
电泳分离法
电泳分离法的分类
前流型（自由进行，无支持体） 电泳 纸、薄板 区带型 纤维素 毛细管 毛细管电泳按毛细管中填充物质的性 质、毛细管壁的性质、谱图的特征分 为毛细管等速电泳、毛细管区带电泳、 毛细管凝胶电泳、毛细管等电聚焦电 泳等。
电泳分离法的应用
（1）以纸为支持体分离金属 （2）以毛细管为支持体分离金属离 子。 毛细管电泳在电泳中应用广，研究 最活跃。它的应用包括从氨基酸、 肽、蛋白质、核酸及其片段、糖， 直到手性分子、有机小分子和无 机离子等许多方面。
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电泳是在电场作用下，电解质溶液中的带 电粒子向两极作定向移动的一种电迁移 现象。 电泳法分离的依据是带电粒子在迁移上的 差别。 与电迁移所不同的是，电泳通常需要一种 多孔材料作为电解质的支持体，以消除 电解质的非定向运动所引起的电泳的变 宽，便于取样测定和获得分离后的组分。
影响带电粒子分离程度的因素： （1）带电粒子的迁移率 带电粒子 的迁移率正比于它所带的电荷。 （2）电解质溶液的组成 在一定电 解质溶液中进行，组成不同，则 溶液黏度不同，从而导致离子迁 移率的不同。 （3）外加电位梯度 电位梯度是指 每厘米的平均电位降，即v/l。 （4）电泳时间愈长，离子迁移距离 愈大，通常情况对分离是有利的。
电泳分离
电泳分离法陈庚华武汉科技大学化学工程与技术学院化工学院 11级研究生班201122710002摘要：介绍了电泳分离法的分离原理、影响因素及其分类。
介绍电泳分离法在生物技术方面的应用。
关键词：电泳分离、原理、影响因素、分类、应用电泳(Electrophoresis)是指带电荷的粒子或分子在电场中移动的现象。
大分子的蛋白质、多肽、病毒粒子，甚至细胞或小分子的氨基酸、核苷等在电场中都可作定向泳动。
1937年Tiselius成功地研制了界面电泳仪进行血清蛋白电泳，它是在U型管的自由溶液中进行的，电泳后用光学系统使各种蛋白所形成折光率差别成为曲线图象，将血清蛋白分为白蛋白、α1-球蛋白、α2-球蛋白、β-球蛋白和γ-球蛋白五种，随后，Wielamd 和Kanig 等于1948年采用滤纸条做载体，成功地进行了纸上电泳。
从那时起，电泳技术逐渐被人们所接受并予以重视，继而发展以滤纸，各种纤维素粉，淀粉凝胶，琼脂和琼脂糖凝胶，醋酸纤维素薄膜,聚丙烯酰胺凝胶等为载体，结合增染试剂如银氨染色，考马斯亮蓝等大大提高和促进生物样品着色与分辨能力，此外电泳分离和免疫反应相结合，使分辨率不断朝着微量和超微量(1ng～0.001ng)水平发展，从而使电泳技术获得迅速推广和应用。
一、分离原理生物大分子如蛋白质，核酸，多糖等大多都有阳离子和阴离子基团，称为两性离子。
常以颗粒分散在溶液中，它们的静电荷取决于介质的H+浓度或与其他大分子的相互作用。
在电场中，带电颗粒向阴极或阳极迁移，迁移的方向取决于它们带电的符号，这种迁移现象即所谓电泳。
如果把生物大分子的胶体溶液放在一个没有干扰的电场中，使颗粒具有恒定迁移速率的驱动力来自于颗粒上的有效电荷Q和电位梯度E。
迁移率ｕ=ｖ/E=Q/6πηｒ式中，v为带点粒子的运动速度；η为介质的粘度；r为带点粒子的半径。
因此在一定实验条件下，各种带点粒子的u值是一个定值。
另外，根据离子迁移率的定义，也可以写成ｕ=ｖ/E=(s/t)/(V/L)=sL/Vt式中，V为外加电压；L为两电极间的距离；t为电泳时间；s为带电质点在此时间内的迁移距离。
化学分离技术的电泳技术
化学分离技术的电泳技术化学分离技术是一种可以将复杂混合物中的不同组分进行分离的技术。
在这种技术中，电泳技术是一种非常重要的技术，它可以根据化学物质的电性差异，将复杂混合物中的组分进行分离。
本文将深入讨论电泳技术在化学分离中的应用。
一、电泳技术的基本原理电泳技术是利用电场的作用将带电粒子分离的技术。
在电场作用下，带电粒子会在电场的力作用下移动，而移动的方向和移动速度取决于粒子的电荷量和大小、电场的大小和方向、粒子的分子量和形状等因素。
在实际应用中，电泳技术通常使用凝胶电泳和毛细管电泳。
凝胶电泳是将待测物质加入凝胶中，然后将凝胶放入电场中进行分离；毛细管电泳则是利用毛细管的内腔作为分离区域，在电场作用下进行分离。
二、电泳技术在蛋白质分离中的应用蛋白质是一种复杂的生物大分子，具有比较明显的水溶性和电性。
因此，在蛋白质分离中，电泳技术是一种非常有效的分离方法。
在蛋白质电泳中，通常使用凝胶电泳。
具体操作方法为：将蛋白质样品加入凝胶中，然后将凝胶放入电场中进行分离。
由于蛋白质具有不同的分子量和电荷性质，因此在电场作用下会分离出不同的带电蛋白质。
这种分离方式可以实现对于蛋白质的精确定量和分子质量的测定。
三、电泳技术在DNA分离中的应用电泳技术在DNA分离中也是一种非常常用的方法。
在DNA电泳中，通常使用凝胶电泳，具体操作方法和蛋白质电泳类似。
但是，DNA分子量较大，难以在电场中移动，因此在DNA电泳中通常需要加入一定的缓冲液和染料（如溴化乙锭）来帮助DNA分子的运动。
而在分离过程中，DNA会根据其分子量和电荷性质在凝胶上产生不同的迁移距离。
这种分离方式可以实现对于DNA的大小和形状的测定，并且可以用于DNA的纯化和检测。
四、电泳技术的发展趋势虽然电泳技术具有非常好的分离效果，但是它也存在一定的缺陷。
例如凝胶制备需要时间和成本较高，并且凝胶中的分离速度较慢。
为了克服这些缺陷，目前许多研究工作者正在寻求其他分离方法，如毛细管电泳、细微流动电泳、微流控电泳等新技术。
电泳分离法
10
电荷移动规律
• 利用电泳可以确定胶体微粒的电性质，向阳极移动的胶粒 带负电荷，向阴极移动的胶粒带正电荷。
• 一般来讲，金属氢氧化物、金属氧化物等胶体微粒吸附阳 离子，带正电荷；
电化学分离方法
张宇
概述
电化学分离法的定义： ➢基于原子或分子的电性质以及离子的带电性质和行为进行 化学分离的方法。
电化学分离的特点： ➢������ 操作简单，往往可同时进行多种试样的分离； ➢������ 除消耗一定电能外，化学试剂消耗少，放射性污物少； ➢������ 分离速度比较快（除自发电沉积和电渗析），尤其高 压电泳，即使复杂样品也能快速分离。
2
1 自发电沉积 2 电解分离法 3 电泳分离法 4 电渗析分离法 5 化学修饰电极分离富集法 6 溶出伏安法
3
电泳分离方法
一、电泳分离法的发展和特点
前言
1937年，瑞典科学家蒂塞利乌斯设计了世界上第一台电 泳仪，建立了移界电泳法，并于1948年荣获诺贝尔奖。 70年以来，电泳技术围绕制胶、电泳、染色三个技术环 节，不断改进，以实现下列目标： 1、提高分辨率及灵敏度。 2、简化操作，缩短电泳时间。 3、扩大应用范围。
设A、B两种带电粒子的迁移率分别为μA和μB，在电场作用下，经过时间
t后，它们的迁移距离为：
两种粒子迁移的距离差为：
由上式可得，μA-μB、t、V/L三者的值愈大，Δs 愈大，A、B两个
粒子之间分离愈完全。
20
影响电泳的因素
• 1. 电泳介质的pH值
《电泳分离》PPT课件
❖ 以聚丙烯酰胺凝胶作为支持物的电泳方法。由于其 分辨率高，不仅能分离含有各种大分子的混合物， 而且可以研究生物大分子的特性，如电荷、分子量、 等电点及分子构型。
❖ 聚丙烯酰胺凝胶电泳的优点： ①孔径大小可调节，可用于分离多种生物分子。 ②机械强度好、弹性大，电渗低、分辨率高。 ③电泳分离后仍然保持生物活性，可用于生物大分 子的制备。
一、基本原理
（一）基本原理
当带电粒子
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。
电场强度 电泳阻滞力
物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。
（二）影响电泳速度的相关因素
1. 颗粒性质：带电颗粒在电场中泳动的速度与带电颗 粒的净电荷量成正比，与颗粒的半径成反比。
2. 电场强度：E 愈高，带电颗粒的泳动速度愈快。 3. 溶液性质：pH 偏离分子的等电点愈远，解离度愈
大，净电荷愈多，泳动速度越快； 离子强度在0.02－0.2为宜; 泳动速度与溶液黏度成反比。
4.电渗 是支持物本身所带的电荷吸附溶液中性 质相反的离子，在电场中移动的结果。其带电愈 高，电渗力愈大。当颗粒的泳动方向与电渗方向 一致时，加快颗粒的泳动速度；当颗粒的泳动方 向与电渗方向相反时，则降低颗粒的泳动速度。
蛋白质分子的构型起主要作用
三.不连续凝胶电泳的分离原理
（一）原理
系统的不连续性表现在以下几个方面：
❖凝胶系统的不连续性：上层为大孔径的浓缩 胶，下层为小孔径的分离胶。
❖缓冲液离子组成及pH的不连续性：电极缓冲 液为pH8.3的Tris-甘氨酸缓冲液，浓缩胶为 pH6.8的Tris-HCl缓冲液，而分离胶为pH8.9的 Tris-HCl缓冲液。
电泳分离技术的研究和应用
电泳分离技术的研究和应用现代科技中的电泳分离技术，是一种基于电场作用的分离手段，广泛应用于制药、化学、生物、食品科学等领域。
它利用分子之间的不同电性质，使它们在电场中受到不同的作用力，达到分离杂质、纯化、富集等目的。
下面，我们就来探讨一下电泳分离技术的研究和应用。
一、电泳分离技术的原理电泳分离技术是基于分子在电场中的不同电性和大小而实现的分离方法。
它利用带电小分子在电场中受到的电荷作用力和摩擦力进行分离。
因此，分子的大小、电荷性质及溶液中存在的离子强度都会影响电泳的分离效果。
二、电泳分离技术的分类电泳分离技术主要分为毛细管电泳、凝胶电泳、等电聚焦电泳、电泳层析等几种类型。
其中，毛细管电泳技术广泛应用于生物医药、食品检测等领域，并在分析分离中特别有效。
凝胶电泳技术可以拆分DNA，并在分离中被广泛应用。
等电聚焦电泳主要应用于蛋白质研究。
电泳层析技术主要应用于有机化学、生物技术等领域，它可用于大量的蛋白质结构的纯化和分析。
三、电泳分离技术的应用1、药品分析和开发领域在现代医学领域，电泳分离技术已经在药品分析和开发领域被广泛应用。
特别是毛细管电泳技术的发展，使得药品分析的精确度和敏感度有了很大的提高。
2、生物医学领域电泳分离技术在生物医学领域的应用非常广泛。
例如在制备、分离和纯化DNA、RNA和蛋白质方面，电泳分离技术已经成为不可替代的工具。
可以通过凝胶电泳或者毛细管电泳技术分离出DNA序列，以便进行疾病诊断和研究。
3、食品科学领域电泳分离技术在食品科学领域的应用也非常广泛。
其中，凝胶电泳技术被广泛应用于食品检测，以检测食品中的农药残留、病毒和细菌等危害因素。
4、环境监测领域在环境监测方面，电泳分离技术非常适用。
例如可以利用毛细管电泳技术检测水中的有机物和无机物污染物。
综上所述，电泳分离技术是一种非常有效的分离手段，根据不同的分子属性，可以用于杂质分离、纯化、富集等目的。
同时，在诊断和分析化学、医学、食品科学、环境科学等领域中应用广泛。
第7节 电泳分离
的负电荷，因而消除或掩盖了不同种类蛋白质间原有电荷
的差异。 引起蛋白质构象改变，使蛋白质－SDS复合物形状近似椭
SDS破坏蛋白质氢键、疏水键，巯基乙醇使二硫键打开，
圆形，短轴相同（1.8nm），长轴与蛋白质分子量成正比。
因此，蛋白质—SDS复合物(SDS-denatured protein)在
荷性质相反的电极方向移动的过程。
电泳技术是根据各种带电粒子在电场
中迁移速度的不同而对物质进行分离的实
验技术。
1
一、电泳的基本理论 1. 原理:
在一定pH条件下（用buffer），不同大小、 形状的带电颗粒在电场中的移动速度不同（用 迁移率表示），各自集中到特定的位臵上而形
成紧密的泳动带。
+
2
以上两种类型的电泳，由于介质的孔径度
大，没有分子筛效应，主要靠被分离物的 电荷多少进行分离。
6
③琼脂糖凝胶电泳：从琼脂中精制分离出的胶状多
糖，一般用于核酸的分离分析。
（1）琼脂糖凝胶孔径较小，具有分子筛效应； （2）机械强度高：可以在浓度1%以下使用； （3）无毒； （4）染色、脱色程序简单，背景色较低； （5）热可逆性； （6）生物中性：一般不与生物材料结合。
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21
1）电荷效应: 分离胶中，蛋白质表面净电荷不同，迁移率不同。
2）分子筛效应： 大小和形状不同的样品分子通过一定孔径的
分离胶时，受阻滞的程度不同而表现出不同的迁移率。
在直流电场作用下电泳情 况示意图
图中A，B，C均为阴离子
分子量大小依次为 MA=MB>MC， 所带电荷量相同 QA=QB=QC。
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4. 等电聚焦电泳法
可用于蛋白质分子的分离。 蛋白质分子的等电点 pI，pH < pI 时，带正电；pH > pI 时，带负电。
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
4. 等电聚焦电泳法
等电聚焦电泳法：电解槽中放入载体两性电解质，接
通电源，形成一个从阳极 阴极 pH 逐渐增大的 pH 梯
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
4. 等电聚焦电泳法
等电聚焦电泳建立的前提：稳定 pH 梯度的建立 建立的 pH 梯度非常稳定（无对流），由扩散和电迁 移所引起的物质运动处于动态平衡，两性电解质分子的
任何移动都会使其由不带电荷变以带电荷，在电场作用
下，再次迁移回到其等电点。
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
一、电泳分离的基本原理
当平衡时，电场力与摩擦力大小相等而方向相反，即
qE fv
则
v
qE q q E 或 v E f 6 r 4 r
荷电粒子的电泳速度与电场强度成正比，与其有效电
荷、表观液态动力学半径、介质黏度成反比。
第二节 电泳分离的基本原理和分类
一、电泳分离的基本原理
电泳分离的基础：物质粒子在电场中迁移速度的不同
三、电泳方法
4. 等电聚焦电泳法
稳定 pH 梯度对载体两性电解质的要求： • 缓冲容量足够大，以维持 pH 梯度稳定 • 等电点处导电性好，以通过一定电流 • 分子要小，且不与被分离物质发生反应或使之变性 • 化学组成不同于被分离物质，不干扰测定
第四节 毛细管电泳
一、概述
毛细管电泳（Capillary Electrophoresis, CE）
第二节 电泳分离的基本原理和分类
二、电泳分离法的分类
2. 按有无固体支持物 支持物电泳
支持物：滤纸、薄膜、粉末、凝胶、海绵等 支持物形状：U 型管、柱状、平板、垂直、毛细管等 免疫电泳 免疫扩散 等电聚焦 pH 梯度 凝胶电泳 分子筛 高压电泳 高电压
第二节 电泳分离的基本原理和分类
垂直柱状凝胶电泳仪 垂直板状凝胶电泳仪
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
二、电泳分离仪器装置
水平板状凝胶电泳仪
上 样品凝胶
垂直柱状凝胶电泳仪 柱状凝胶管 中 浓缩凝胶（间隔凝胶） 垂直板状凝胶电泳仪 下 分离凝胶
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
均相电泳法
不连续体系凝胶电泳法 SDS 电泳法 等电聚焦电泳法
不同物质在同一电场中，由于有效电荷、形状、大小
的差异，其电泳迁移的速度不同，可实现分离。
qE q q v E 或 v E f 6 r 4 r
第二节 电泳分离的基本原理和分类
二、电泳分离法的分类
1. 按分离的原理：
区带电泳、等速电泳、等电聚焦电泳等 2. 按有无固体支持物： 溶液 自由电泳（显微镜、移界、柱、自由流动幕、 等速电泳等） 固体支持物 支持物电泳
制备：单体 丙烯酰胺，交联剂 甲撑双丙烯酰胺，
催化剂 过硫酸铵
聚合物链长 单体，交联程度 交联剂 电泳分离效果 凝胶理化性质 单体和交联剂
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
一、概述
分离原理：电泳分离电荷效应 + 凝胶分子筛效应
质点电荷 聚丙烯酰胺分类： 小孔凝胶：催化剂过硫酸铵，加速剂四甲基-1,2-乙 二胺（TEMED），缓冲液 pH = 8.9 大孔凝胶：催化剂核黄素，可不加 TEMED 网孔孔径
发展过程 • 1809 年，发现电泳现象； • 1907 年，研究白喉毒素在琼脂中的泳现象； • 1907 年，瑞典 Tiselius 制造了移动界面电泳仪，并分离
了马血清蛋白的 3 种球蛋白，电泳技术得以创建；
• 1948 年，德国 Wieland & Konig 采用滤纸为支持物进行
了电泳（纸电泳），创建了区带电泳；
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
一、概述
固体支持物：聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶、葡聚糖
凝胶、纤维素。
固体支持物性质：均匀性、化学惰性、易于重复制备
聚丙烯酰胺凝胶：孔径可调、非离子型聚合物（可有
效避免内渗和吸附对电泳分离的影响）
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
一、概述
聚丙烯酰胺凝胶：网状共聚物，结构见图 7-1。
以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，以
样品的多种特性为根据的液相微分离分析技术。
3. SDS 电泳法
SDS (sodium dodecyl sulfate) 十二烷基磺酸钠，一种
阴离子表面活性剂。
SDS 能够破坏蛋白质分子之间以及与其它物质分子之
间的非共价键，使蛋白质变性而改变原有的构象。
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法 3. SDS 电泳法 蛋白质溶液 + SDS 和强还原剂巯基乙醇后，蛋白质分子内 的二硫键被巯基乙醇还原，使蛋白质分子与 SDS 充分结合， 从而形成带负电荷的蛋白质SDS 配合物。 若在聚丙烯酰胺凝胶电泳系统中加入一定量的 SDS，则蛋 白质分子的电泳迁移率主要取决于它的相对分子质量大小，
Cl 离子迁移率大，移动快，在其后形成一个低离子浓度区
域（低电导区、电位梯度高），促使蛋白质样品离子和尾随 甘氨酸离子在其后加速移动，从而形成一个稳定向下移动的 界面（高电位梯度低电位梯度）。由于蛋白质样品离子的有 效迁移率介于前导和尾随离子之间，于是在两个电位梯度上
浓缩成一个薄层，如由原 1 cm 厚浓缩为 0.25 m 薄层。
第七章 电泳分离法
概述 电泳分离的基本原理和分类
聚丙烯酰胺凝胶电泳
毛细管电泳
第一节 概述
电泳分离法
借助直流电场的作用，将混合物中的带电质点根据其
移动速度的不同将它们分离分析的方法。
分离对象：
• 生化物质：在适当 pH 条件下，带有一定的电荷。如蛋 白质、核苷酸、核酸等 • 无机离子
第一节 概述
• 20 世纪 40~50 年代，出现醋酸纤维素膜、琼脂、淀粉 凝胶、聚丙烯酰胺凝胶电泳技术；
第一节 概述
发展过程
20 世纪 80 年代，Jorgenson & Lukacs 发展了高效毛细
管电泳，成为分离科学研究热潮和研究前沿之一。
电泳原理 电泳仪器（凝胶电泳、毛细管电泳）
生化分离分析三大方法：电泳、离心、色谱法 电泳是一种鉴别、分离、提纯的重要手段。
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
4. 等电聚焦电泳法
等电聚焦电泳建立的前提：稳定 pH 梯度的建立 pH 梯度由一系列具有不同等电点的小分子载体两性电 解质连续排列而形成，其在电场中按等电点的顺序排列，
在阳极和阴极之间形成一个平滑的 pH 梯度。在梯度中
每一点的 pH 取诀于该处载体的两性电解质的 pI 值。
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
1. 均相电泳法（连续电泳法）
均相：电泳槽和电泳凝胶中放置的缓冲液相同，电泳
过程中 pH 处处相等，无浓缩效应。
样品：高浓度、小体积。 防止样品扩散：加入糖、尿素、丙三醇等，增加样品 密度
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
1. 均相电泳法（连续电泳法）
电泳分离系统中存在的三种离子：
• 前导离子：迁移率较大，只存在于凝胶中，如 Cl、K+ • 尾随离子：与前导离子电荷相同，迁移率较小，存在于缓冲液中 • 缓冲平衡离子：所带电荷与前二者相反，凝胶和缓冲液中均存在
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
2. 不连续体系凝胶电泳法
电泳分离系统中存在的三种离子： 电泳过程中，样品凝胶和浓缩凝胶中的 pH 需使有效 迁移率满足以下条件： 前导离子 > 样品离子 > 尾随离子
度介质。蛋白质分子在电泳作用下，迁移到周围介质 pH = pI 点时，蛋白质分子变为不带点，停止迁移，即“聚 焦”于该 pH 介质中。
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
4. 等电聚焦电泳法
等电聚焦电泳法： pI 点是蛋白质分子的特征属性，不同蛋白质分子的 pI 不同，聚焦于不同的 pH 介质中，从而实现彼此分离。
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
2. 不连续体系凝胶电泳法
三种物理效应：样品浓缩效应、聚丙烯酰胺凝胶的分
子筛效应、电泳分离的电荷效应，大大改善分离效果。
应用：对大分子生化产品分离效率高，样器需求少
（微克级），适于蛋白质、脂、糖、核酸、肽类物质的
分离分析。
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
二、电泳分离法的分类
2. 按有无固体支持物
分离科学中比较重要、常见的电泳技术： 聚丙烯酰胺凝胶电泳 毛细管电泳
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
一、概述
早期电泳技术，溶液中进行 自由溶液界面电泳。缺
点：存在对流和扩散，分离效果差。
固体支持物上进行电泳，聚丙烯酰胺凝胶 聚丙烯酰
胺凝胶电泳。优点：有效降低对流和扩散，改善分离效 果，区带分离更清楚，应用广泛。
第三节 聚丙烯酰胺凝胶电泳
三、电泳方法
2. 不连续体系凝胶电泳法
如电泳分离血清蛋白： 电极缓冲液 Tris-甘氨酸缓冲液，样品凝胶和浓缩凝 胶中缓冲液 Tris-HCl，则离子迁移率 Cl > 蛋白质样品离子 > 甘氨酸离子
三、电泳方法 2. 不连续体系凝胶电泳法
如电泳分离血清蛋白：
Cl > 蛋白质样品离子 > 甘氨酸离子
第二节 电泳分离的基本原理和分类
一、电泳分离的基本原理
带电粒子在电场中以速度 v 移动时，所受电场力为：