色谱分析 毛细管电泳

l :毛细管有效长度， L:毛细管总长度 t:迁移时间 V:电压
电渗 eletroosmosis
• 电渗流
• electroosmotic flow, EOF
• pH > 3时，石英毛细管内壁带负电荷，吸引溶液中的阳离 子形成双电层，在电场作用下，溶剂化了的阳离子，带动 溶剂一起向阴极迁移，便形成了电渗流 • 电渗淌度(μeo) μeo =υeo / E = l /( teo﹒E )
电场作用下，以不同的速度向所带电荷相反的方向发生迁 移的电动现象。
• 电渗 (eletroosmosis) 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。
• 淌度(mobility)是指带电粒子在单位电场下的移动速度。
电泳
• 带电粒子在电场作用下于一定介质中所发生的定 向运动 • 电泳淌度(μep):单位电场 (E)下的电泳速度(υ ) μep= υep /E μep = υep﹒ (L /V) = ( l / t )﹒(L /V)
• 高效毛细管电泳
• 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( 电荷、大小、等电点、极性、亲和行为、相分配特性等)为根据的液相 微分离分析技术。
毛细管 检测器
数据处理
样品 缓冲液贮瓶 缓冲液贮瓶
高压直流电源 10-30KV
第七章
capillary electrophresis
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1
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概述 毛细管电泳分离的一般过程 毛细管电泳分离的基本原理 基本概念 毛细管电泳的分类 毛细管电泳分离方式 毛细管电泳柱技术 毛细管电泳进样和检测技术
概述
• 毛细管电泳
分离效率
柱效可以用理论塔板数n表示
n = (µ ep+µ eo) V /(2D)
理论塔板高度 H =L / n n = 5.54 (χ/ W½)2
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
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 ）
电渗流速度 毛细管有效长度
电渗流流出时间 电场强度
毛细管柱气相色谱
填充柱气相色谱
纯电泳状态
+
-
tm (min)
0
电渗流的意义
电泳过程中，伴随着电渗现象 电渗流的速度比电泳速度快5－7倍 带电粒子的迁移速度等于电泳和电渗流二者的矢量和 利用电渗流在一次电泳操作中同时完成正、负离子与 中性分子的分离分析,洗脱顺序是: 正离子 > 中性分 子 > 负离子 电渗流是毛细管电泳分离的重要参数
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1981，75μm内径的毛细管，高电压 1984，毛细管胶束电动色谱 1987，毛细管等电聚焦 1988-1989，CE商品仪器 1989，第一届国际毛细管电泳会议
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概述 毛细管电泳分离的一般过程 毛细管电泳分离的基本原理 基本概念 毛细管电泳的分类 毛细管电泳分离方式 毛细管电泳柱技术 毛细管电泳检测技术
离子所带电荷↑ 解离度↑ 体积↓ 溶液的黏度↓
电渗流的影响因素：
eo
veo eo eo E
改变电渗流的方法：
1. 2. 3. 4. 5. 改变外加径向电场 改变缓冲液成分和浓度 改变缓冲液pH 加入添加剂 改变温度
介质的介电常数↑ 介质的黏度↓ Zeta电位↑ •双电层厚度↑ •界面有效电荷密度↑ •介电常数↓
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:柱效
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
影响分离效率的因素 ：
1. 2. 3. 4. 焦耳热 进样 电泳扩散 毛细管壁对组分的吸附
– 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： 1. 使用极端pH条件 2. 加入中性盐或两性离子化合物 3. 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
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概述 毛细管电泳分离的一般过程 毛细管电泳分离的基本原理 基本概念 毛细管电泳的分类 毛细管电泳分离方式 毛细管电泳柱技术 毛细管电泳检测技术
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，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。
• 带电粒子在毛细管内电解质溶液中的迁移速度等 于电泳和电渗流二者的矢量和。
一、分离的一般过程
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差速运动过程
二、数学描述 • 差速运动过程 • L = v tR • tR = L/v
三、基本原理
• 高压电场为驱动力, 样品中各组分之间淌度和 分配行为的差异，而实现分离的液相分离技术 • 基本构造 高压电源、毛细管、柱上检测器和缓冲液贮瓶
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电泳的影响因素：
2 6r 3
0 ep
电渗流的影响因素：
q
veo eo eo E
0 ep a a ep
i
0 ep ai ri ep
eo
介质的介电常数↑ 介质的黏度↓ Zeta电位↑ •双电层厚度↑ •界面有效电荷密度↑ •介电常数↓
• 在典型的毛细管电泳分离中，若有电渗存在，离 子的洗脱顺序是: 首先是最快的阳离子，紧接着是 依次减慢的阳离子，然后是全部的中性分子在一 个区域出现，最后是最慢的阴离子，紧接着的是 依次加快的阴离子。
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µ eo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
基本构造 高压电源、毛细管、检测器和缓冲液贮瓶 毛细管 电极 检测器 电极 数据处理
试样
缓冲液 缓冲液
高压电源
（可高至30KV）
优点
• • • • • • 高灵敏度，10-13-10-15 mol 高柱效 分析速度快，几十秒 进样量少，纳升 成本低 应用范围广
基本概念
• 电泳 electrophoresis 是指在电解质溶液中，带电粒子在
• capillary electrophresis, CE， • 高效毛细管电泳 • high performance capillary electrophresis, HPCE • 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(电荷、大小、等电点、极性 、亲和行为、相分配特性等)为根据的液相微分离 分析技术。
改变电渗流的方法：
1. 2. 3. 4. 5. 改变外加径向电场 改变缓冲液成分和浓度 改变缓冲液pH 加入添加剂 粘度 改变温度
Zeta电势
区带宽度及其展宽因素
区带宽度
时间宽度
Ws =（Wt﹒l/tm）-Wd
空间宽度 检测器的窗口宽度
• 毛细管电泳
• • capillary electrophresis, CE ， high performance capillary electrophresis, HPCE
Zeta电势-ζ
• 与固液界面的双电层有着密切的关系
• CE所用的石英毛细管，pH值大于3时，内表 面带负电，和溶液接触形成一双电层 • 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
电渗流的意义
电泳过程中，伴随着电渗现象
电渗流的速度比电泳速度快5－7倍
焦耳热
细内径（<100µm），粗外径的毛细管柱
– 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。