第三章毛细管电泳法
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毛细管电泳法
原理
在毛细管中施加电场，带电粒子在电场的作用下产生迁移，由于迁移速度与粒 子所带电荷、半径、质量等因素有关，因此不同粒子在电场中产生不同的迁移 速度，从而实现分离。
发展历程
01
02
03
1980年代初期
毛细管电泳法由 Jorgenson和Lukacs首次 提出并实验验证。
1980年代中期
该技术逐渐成熟，被广泛 应用于生物、医药、环境 等领域。
饮用水安全
毛细管电泳法能够检测饮用水中 的消毒副产物、有机污染物等， 保障饮用水安全。
在食品检测领域的应用
食品添加剂分析
毛细管电泳法能够分离和检测食品中 的添加剂，如色素、防腐剂等，有助 于食品安全监管。
营养成分分析
毛细管电泳法能够快速分析食品中的 营养成分，如氨基酸、维生素等，有 助于食品质量控制和营养评价。
核酸分析
毛细管电泳法能够分离和检测核酸片段，用于基 因诊断、基因表达研究和法医学鉴定。
3
临床检验
毛细管电泳法可用于检测体液中的小分子代谢物， 如氨基酸、糖类等，辅助临床诊断。
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳法能够分离和检测水 体、土壤中的有害物质，如重金 属、农药残留等，有助于环境监 测和污染治理。
在化学分析领域的应用
有机物分析
毛细管电泳法能够分离和检测有机化合物，如药物、染料等 ，在药物研发、化工生产等领域有广泛应用。
金属离子分析
毛细管电泳法能够高灵敏度地检测金属离子，如铅、汞、镉 等，可用于地质、冶金和环境等领域的研究。
谢谢
THANKS
加样
将处理好的样品加入毛 细管中，注意控制加样
量。
施加电压
启动电源，施加适当的 电压，使带电粒子在电
在毛细管中施加电场，带电粒子在电场的作用下产生迁移，由于迁移速度与粒 子所带电荷、半径、质量等因素有关，因此不同粒子在电场中产生不同的迁移 速度，从而实现分离。
发展历程
01
02
03
1980年代初期
毛细管电泳法由 Jorgenson和Lukacs首次 提出并实验验证。
1980年代中期
该技术逐渐成熟，被广泛 应用于生物、医药、环境 等领域。
饮用水安全
毛细管电泳法能够检测饮用水中 的消毒副产物、有机污染物等， 保障饮用水安全。
在食品检测领域的应用
食品添加剂分析
毛细管电泳法能够分离和检测食品中 的添加剂，如色素、防腐剂等，有助 于食品安全监管。
营养成分分析
毛细管电泳法能够快速分析食品中的 营养成分，如氨基酸、维生素等，有 助于食品质量控制和营养评价。
核酸分析
毛细管电泳法能够分离和检测核酸片段，用于基 因诊断、基因表达研究和法医学鉴定。
3
临床检验
毛细管电泳法可用于检测体液中的小分子代谢物， 如氨基酸、糖类等，辅助临床诊断。
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳法能够分离和检测水 体、土壤中的有害物质，如重金 属、农药残留等，有助于环境监 测和污染治理。
在化学分析领域的应用
有机物分析
毛细管电泳法能够分离和检测有机化合物，如药物、染料等 ，在药物研发、化工生产等领域有广泛应用。
金属离子分析
毛细管电泳法能够高灵敏度地检测金属离子，如铅、汞、镉 等，可用于地质、冶金和环境等领域的研究。
谢谢
THANKS
加样
将处理好的样品加入毛 细管中，注意控制加样
量。
施加电压
启动电源，施加适当的 电压，使带电粒子在电
毛细管电泳法
电极槽和毛细管内的溶液为缓冲液，可以加入有机溶剂作为改性剂，以及加入表面活性剂，称作运行缓冲液。 运行缓冲液使用前应脱气。电泳谱中各成分的出峰时间称迁移时间。胶束电动毛细管色谱中的胶束相当于液相色 谱的固定相，但它在毛细管内随电渗流迁移，故容量因子为无穷大的成分最终也随胶束流出。其他各种参数都与 液相色谱所用的相同。
此外，还有一类基于芯片的二维分离系统主要应用于蛋白质酶解物的分离分析。
除上述分离模式外，芯片自由流电泳也是芯片电泳分离蛋白质的重要方法。芯片自由流电泳是指在芯片中通 过外加电场使样品随缓冲液连续流动的同时沿电场方向进行电迁移，从而按照电泳淌度不同实现分离的电泳分离 模式。Raymond等采用芯片自由流电泳模式分离了人血清蛋白、缓激肽和核糖核酸酶A，其分离长度为3.1 cm，流 出时间为62 S。Kobayashi等采用自由流电泳的分离模式在一个体积为56.5 mm×35 mm×30 mm的微分离室 (60uL)中实现了持续的蛋白质分离，并用羟丙基甲基纤维素涂覆来抑制蛋白质吸附，在25 min内有效分离了细胞 色素C和肌红蛋白。最近，Kohl．heyer等H 3。制作了一种自由流等电聚焦分离蛋白质的玻璃芯片，成功地将人 血清白蛋白(pI=4.4)与等电聚焦标记物(pH 3和9)分离。
仪器要求
所用的仪器为毛细管电泳仪。正文中凡采用毛细管电泳法测定的品种，其所规定的测定参数，除分析模式、 检测方法(如紫外光吸收或荧光检测器的波长、电化学检测器的外加电位等)应按照该品种项下的规定外，其他参 数如毛细管内径、长度、缓冲液的pH值、浓度、改性剂添加量、运行电压或电流的大小、运行的时间长短、毛细 管的温度等，均可参考该品种项下规定的数据，根据所用仪器的条件和预试验的结果，进行必要的调整。
检测方法
毛细管电泳通常用到的检测方法有吸收光谱，荧光光谱，热镜，拉曼光谱，质谱和电化学方法。
此外，还有一类基于芯片的二维分离系统主要应用于蛋白质酶解物的分离分析。
除上述分离模式外，芯片自由流电泳也是芯片电泳分离蛋白质的重要方法。芯片自由流电泳是指在芯片中通 过外加电场使样品随缓冲液连续流动的同时沿电场方向进行电迁移，从而按照电泳淌度不同实现分离的电泳分离 模式。Raymond等采用芯片自由流电泳模式分离了人血清蛋白、缓激肽和核糖核酸酶A，其分离长度为3.1 cm，流 出时间为62 S。Kobayashi等采用自由流电泳的分离模式在一个体积为56.5 mm×35 mm×30 mm的微分离室 (60uL)中实现了持续的蛋白质分离，并用羟丙基甲基纤维素涂覆来抑制蛋白质吸附，在25 min内有效分离了细胞 色素C和肌红蛋白。最近，Kohl．heyer等H 3。制作了一种自由流等电聚焦分离蛋白质的玻璃芯片，成功地将人 血清白蛋白(pI=4.4)与等电聚焦标记物(pH 3和9)分离。
仪器要求
所用的仪器为毛细管电泳仪。正文中凡采用毛细管电泳法测定的品种，其所规定的测定参数，除分析模式、 检测方法(如紫外光吸收或荧光检测器的波长、电化学检测器的外加电位等)应按照该品种项下的规定外，其他参 数如毛细管内径、长度、缓冲液的pH值、浓度、改性剂添加量、运行电压或电流的大小、运行的时间长短、毛细 管的温度等，均可参考该品种项下规定的数据，根据所用仪器的条件和预试验的结果，进行必要的调整。
检测方法
毛细管电泳通常用到的检测方法有吸收光谱，荧光光谱，热镜，拉曼光谱，质谱和电化学方法。
毛细管电泳法
毛细管电泳法简介毛细管电泳法是一种常用于分离和检测化学物质的分析技术。
它基于样品在电场作用下在毛细管中的迁移速度的差异，利用电泳现象进行分离。
该方法具有分离效果好、分析速度快、样品消耗少等优点，被广泛应用于生物、环境、食品等领域的分析研究。
原理毛细管电泳法的基本原理是利用电场作用下带电粒子在毛细管中的迁移速度差异分离物质。
当样品通过直径较小的毛细管时，由于电场的作用，带电物质会在毛细管中产生电泳迁移。
迁移速度快的物质会较早到达检测器位置，而迁移速度慢的物质则会滞留在毛细管中，从而实现了物质的分离。
毛细管电泳法主要利用了物质在电场、毛细管中的迁移速度与其电荷、粒径、溶剂性质等因素之间的关系。
其中，电荷是最重要的因素之一。
毛细管电泳法可分为两种类型：正交电泳和非正交电泳。
正交电泳主要用于带电物质的分离，而非正交电泳则用于非带电物质的分离。
操作步骤1. 准备工作在进行毛细管电泳实验之前，需要准备好以下实验器材和试剂：•毛细管电泳仪•毛细管•电解质缓冲液•样品溶液2. 设置电泳条件根据实验需要，设置好合适的电场强度、电解液pH值和缓冲液浓度等参数。
这些参数的选择对于实验结果的准确性和分离效果的好坏至关重要。
3. 毛细管填充将毛细管浸入缓冲液中，通过电力作用使缓冲液进入毛细管，直至毛细管完全填充。
4. 样品进样通过微量注射器将样品溶液缓慢注入毛细管，注意避免气泡的产生。
5. 开始电泳将毛细管两端插入正、负电极中，开启电源，开始电泳过程。
6. 结果分析根据实验需要，可以选择不同的检测方法进行结果分析，如紫外检测、荧光检测等。
应用领域毛细管电泳法广泛应用于生物、环境、食品等领域的分析研究。
具体的应用包括：1.蛋白质分析：毛细管电泳法可用于蛋白质的分离和定量分析，对于药物研发、生物学研究等具有重要意义。
2.DNA分析：毛细管电泳法可以用于DNA序列分析、基因突变检测、DNA测序等领域，对于遗传学研究、法医学等具有重要意义。
《毛细管电泳法》PPT课件
蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关， CZE方式很难分别，采用CGE能获得良好分别。
；
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
毛细管电泳法
毛细管电泳法概述毛细管电泳法是一种分离和测定化合物的方法，主要通过在毛细管中施加电场，利用化合物在电场作用下的电荷性质和分子大小来实现分离。
毛细管电泳法具有快速、高效、高分辨率、高灵敏度和易于自动化等特点，广泛应用于生命科学、化学分析和药物研发等领域。
原理毛细管电泳法的原理基于化合物在溶液中的电荷性质和分子大小。
在毛细管中施加电场后，带正电荷的化合物（称为阳离子）会向负极移动，带负电荷的化合物（称为阴离子）会向正极移动。
此外，较小的分子会比较大的分子更快地移动。
毛细管电泳法通常涉及两种类型：区域电泳和溶剂前移电泳。
区域电泳区域电泳是毛细管电泳法中常用的方法。
在区域电泳中，毛细管中的电场强度不均匀，其中一个区域的电场强度较弱，另一个区域的电场强度较强。
样品被注入到电场强度较弱的区域，然后通过施加电场使样品向较强的电场区域移动。
不同化合物的迁移速度取决于它们的电荷和分子大小，因此可以实现化合物的分离。
溶剂前移电泳溶剂前移电泳是另一种常用的毛细管电泳法。
在溶剂前移电泳中，毛细管中的电场强度是均匀的。
样品被注入到毛细管中，然后施加电场使样品移动。
不同化合物的迁移速度取决于它们在溶剂中的溶解度和电荷性质，因此可以实现化合物的分离。
仪器和操作步骤进行毛细管电泳法需要一些特定的仪器和材料，如毛细管电泳仪、毛细管、高电压电源、样品注射器、电解质缓冲液等。
下面是一般的操作步骤：1.准备工作：检查仪器是否正常工作，准备所需的电解质缓冲液和样品。
2.毛细管准备：将毛细管切割为适当长度，并连接到毛细管电泳仪。
3.缓冲液填充：将电解质缓冲液注入毛细管的两端，确保整个毛细管都充满缓冲液。
4.样品注射：使用样品注射器将待分离的样品缓慢而均匀地注入到毛细管中。
注射点距离电极一定距离。
5.施加电场：从高电压电源上施加适当的电场，在实验过程中保持稳定电场。
6.记录结果：观察样品的迁移情况，根据需要调整电场强度和时间，记录分离结果。
毛细管电泳法的使用方法
毛细管电泳法的使用方法毛细管电泳法是一种分离和分析化学物质的常用方法，它基于物质在电场中的运动速度差异而实现分离。
适用于各种复杂样品的分析，包括生物样品、环境样品和食品样品等。
本文将介绍毛细管电泳法的使用方法。
一、实验准备1. 仪器准备：毛细管电泳仪和电泳装置是进行毛细管电泳分析的关键设备。
确保仪器完好无损，并根据仪器的使用说明进行正确操作和维护。
2. 毛细管准备：选择适当的毛细管，一般为无机硅玻璃或石英毛细管。
根据分析需求，选择不同内径和长度的毛细管。
3. 缓冲溶液准备：根据分析的目标物质的性质，选择合适的缓冲溶液。
常用的缓冲溶液包括磷酸盐缓冲液、乙酸缓冲液等。
根据需要，可以添加其他辅助剂来改善分离效果。
二、样品制备1. 样品处理：根据分析目标，选择合适的处理方法。
常见的样品处理方法包括离心、过滤、稀释、萃取等。
2. 样品溶解：将处理后的样品溶解于适当的溶剂中，并进行必要的稀释。
保证样品的浓度范围适合毛细管电泳的检测方法。
3. 样品准备：将样品注入样品瓶中，并保持封闭状态，以防止污染和样品损失。
三、实验操作1. 建立分析方法：根据样品性质和目标物质的不同，确定最适合的毛细管电泳分析方法。
包括电泳条件的选择、运行缓冲溶液的优化以及检测参数的设置等。
2. 毛细管填充：在进行毛细管电泳之前，需要将毛细管填充成电泳缓冲液中的一种或多种成分。
常用的填充方法包括静态填充法、动态填充法和电泳填充法。
3. 毛细管电泳条件的设定：根据样品的性质和分析目标的要求，设定合适的毛细管电泳条件，包括电压、电流、温度、电泳缓冲液的浓度和pH值等。
4. 样品注入和分析：将样品通过母液喷射装置或静态注射装置注入到填充好的毛细管中，然后开启电源，进行电泳分析。
5. 检测和数据分析：通过检测器对分离后的化合物进行检测，并记录峰的峰高和峰面积等参数。
利用这些数据进行数据分析和结果解释。
四、实验注意事项1. 仪器操作：严格按照仪器的使用说明进行操作，保证实验安全和设备的长期稳定性。
第三章 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；
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)。 μe扩散引起的峰展宽：σ 2=2Dt
由扩散系数和迁移时间决定。大分子的扩散系数小，可 获得更高的分离效率，大分子生物试样分离的依据。
2.进样的影响
当进样塞长度太大时，引起的峰展宽大于纵向扩散。分 离效率明显下降；理想情况下，进样塞长度： Winj= (24D t )1/2 实际操作时进样塞长度小于或等于毛细管总长度的1%～2%。
q E 6π
二、电渗现象与电渗流
electroosmosis and electroosmotic flow
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。
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 一是采用了0.05mm内径的毛细管,；
二是采用了高达数千伏的电压。
• 毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大减 小了温度效应，使电场电压可以很高。
• 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小，
柱长增加， • 高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理论塔
三、HPCE中影响电渗流的因素
factors influenced electroosmosis 1.电场强度的影响
第三章 毛细管电泳分离技术-2015
一、毛细管电泳的进样技术
• （一）直接在线进样 • （二）近端进样及双向进样 • （三）流动注射与毛细管电泳联用(FI-CE) • （四）液相色谱与毛细管电泳联用 • （五）光学门进样 • （六）流动门进样
光学门进样装置示意图
流动门进样装置示意图
二、毛细管电泳检测器
• 由于样品区带在高压电场作用下，迁移速 度较快，因此，CE要求所用的检测器必须 具有很快的响应速度和很高的灵敏度。
• 例如，在一个电泳泳动期间，两个或更多 的蛋白质一起迁移而只形成一条区带。如 果我们在不同的pH值下进行分析，将导致 多余蛋白质带的出现，促使样品中其它蛋 白质的分离。
（4）操作电压
• 一个分子的迁移速率和媒介两边的场强是 成比例的。
• 但是，随着电压的增大对流也上升，导致 更强大功率的产生（功率以对流平方的方 式增加），这样一些功率以热量形式消散。
1.带电分子的本质
• 微粒的净电荷、大小、形状和相对质量对 它们的电泳淌度有相当大的影响。
• 分子的带电量与大小的比例是一个重要的 参数。
• 电量与大小的比例（e/r）越大，分子在给 定条件下，迁移得越快。
2.电泳系统的性质
• 电泳缓冲液的离子构成、温度、电泳缓冲 液的pH值、操作电压、载体介质的选择
• 固、液两相之间的相对运动发生在吸 附层与扩散层之间的滑动面上，此处 的电动势称为界面电动势，也称ζ电位。
• 由于处在扩散层中的正离子的溶剂化 作用，它在电场中发生迁移时，将带 动整个溶液向阴极移动，所以就形成 电渗流。
eo 4
veo
eoE
E 4
• 电渗流速度Veo与ζ电位、ε、E成正比，而 与介质的粘度η成反比。
• 高压电源可对毛细管施加5~50 kV电压，操作电 压一般控制在5~30 kV范围。
毛细管电泳法-2012
毛细管电泳法简介
Capillary Electrophoresis
主要内容
1 2 3 4 毛细管电泳的特点和应用 毛细管电泳的理论 毛细管电泳的主要分离模式 毛细管电泳仪
何谓毛细管电泳（CE）？ 电解质中带电粒子在电场作用下向 电荷相反方向迁移的现象，称为电泳。 毛细管电泳是在散热效率很高的毛细管 内进行的电泳，可以应用高电压，极大 地改善了分离效果。
• 高压电源：0～30kV,电压稳定性在±0.1%
• 毛细管柱
–材料：要求具有化学、电学惰性，紫外可见光透光性，柔韧性，高强度，价廉。 常用材料为熔融石英，外层涂聚酰亚胺； 新材料有聚四氟乙烯。 –规 格 ： 内 径 2 0 ～ 7 5 μ m， 外 径 3 5 0 ～ 400μm；长度 ≤ 1m
毛细管电泳仪主要部件
• 指毛细管中因轴向直流电场作用而发生的溶 剂整体的定向流动。 • 双电层是电渗流产生的原因。
• 双电层是浸没在液体中所有表面具备的一种 特性，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。
电渗速度和电渗率
毛细管电色谱（CEC）
• 将HPLC中众多的固定相微粒填充到毛细管
中(或涂渍到管壁)。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
动力的色谱过程称为CEC。CEC将CE的高
效和HPLC的高选择性相结合，得到了CE
研究者的青睐。90年代初解决了毛细管填
充技术后，CEC发展迅速。
毛细管电泳仪主要部件
• 电渗速度： • 电渗率：
uos os E
os os : 介质的介电常数， : 介质的粘度 : 管璧的Zeta电势
Capillary Electrophoresis
主要内容
1 2 3 4 毛细管电泳的特点和应用 毛细管电泳的理论 毛细管电泳的主要分离模式 毛细管电泳仪
何谓毛细管电泳（CE）？ 电解质中带电粒子在电场作用下向 电荷相反方向迁移的现象，称为电泳。 毛细管电泳是在散热效率很高的毛细管 内进行的电泳，可以应用高电压，极大 地改善了分离效果。
• 高压电源：0～30kV,电压稳定性在±0.1%
• 毛细管柱
–材料：要求具有化学、电学惰性，紫外可见光透光性，柔韧性，高强度，价廉。 常用材料为熔融石英，外层涂聚酰亚胺； 新材料有聚四氟乙烯。 –规 格 ： 内 径 2 0 ～ 7 5 μ m， 外 径 3 5 0 ～ 400μm；长度 ≤ 1m
毛细管电泳仪主要部件
• 指毛细管中因轴向直流电场作用而发生的溶 剂整体的定向流动。 • 双电层是电渗流产生的原因。
• 双电层是浸没在液体中所有表面具备的一种 特性，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。
电渗速度和电渗率
毛细管电色谱（CEC）
• 将HPLC中众多的固定相微粒填充到毛细管
中(或涂渍到管壁)。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
动力的色谱过程称为CEC。CEC将CE的高
效和HPLC的高选择性相结合，得到了CE
研究者的青睐。90年代初解决了毛细管填
充技术后，CEC发展迅速。
毛细管电泳仪主要部件
• 电渗速度： • 电渗率：
uos os E
os os : 介质的介电常数， : 介质的粘度 : 管璧的Zeta电势
毛细管电泳法的特点和CE-MS的构造-PPT课件
CE-ESI-MS接口主要分为鞘液接口和 无鞘液接口两种。
鞘液接口技术
鞘液接口技术是最早出现，其优点在于通过提高样 品流速使得喷雾更加稳定,有利于形成稳定的电流回 路,同时可改变CE运行缓冲液的组成, 使其满足ESI 源的检测要求。主要有低流速( low-flow )鞘液接口， 多通道的CE-ESI-MS联用鞘液接口。Chang等设计 了低流速鞘液接口,他们将毛细管末端套在装有鞘液 的离心管中,鞘液低速流出与CE 流出物混合,离心管 中插入一铂丝作为电极以构成电流回路; 低流速可 以降低鞘液的稀释作用,同时铂丝构成电流回路可以 避免因流速低所造成的断流。
CE-MS的结构
电喷雾技术
用来产生MS分析的所需的离子技术，特别适 用于与大分子的质谱分析，采用ESI，大分子 在离子化过程中不会碎裂。
电喷雾技术的优点
接口技术
接口技术是实现CE-MS 联用的关键所在。CE-MS 联用分为在线联用和离线联用。CE-MS离线联用的 关键是对已分离样品的有效收集,并不涉及真正意义 上的联用接口技术;而且与离线联用相比, CE-MS在 线联用具有样品损失少、自动化程度高、分析速度 快等优点,其应用要比离线联用广泛得多。CE-MS 在线联用需要设计合适的接口,能够将已分离的样品 全部转移到质谱仪中,同时实现样品快速高效的离子 化，同时接口对技术要求很高。
芯片CE与ESI-MS联用的方法主要分 为两类:
一类是将ESI源和CE 微芯片整合在一起, 另 一类是把毛细管喷雾器附加在CE 微芯片内。 后者的应用更为广泛, 其
毛细管电泳(CE)与质谱(MS) 联用技术(CE-MS)
能快速分离微体积样品中的化合物，及其高效分离 和基于分子量鉴定化合物的能力，使它成为分析复 杂生物样品的一种非常有价值的方法。 另外，在各种广泛的诸如毛细管区域电泳，毛细管 等电点调焦，和在线等速电泳等技术已经和MS结 合。这些优点使得CE-MS在分析复杂生物混合物中 广泛使用。CE-MS已经成功地广泛应用于复杂化合 物地分析包括氨基酸，蛋白质消化，蛋白质混合物， 单个细胞，寡核苷酸，和各种小分子相关的制药工 业。
毛细管电泳课件
一、离子分析 阳离子
阴离子
高效毛细管电泳在药物研发中的应用
二、手性化合物分析
手性药物的对映体在生物体内因 为立体选择性，将作为不同的分 子加以识别。导致具有各自的药 理活性和毒性。
例如：R-反应停是安眠药，S-式 致胎儿畸形；
常用手性选择剂：环糊精及其衍生 物；手性冠醚；手性表面活性剂 （氨基酸衍生物、胆酸钠、牛磺脱 氧胆酸及其钠盐、低聚糖等天然手 性表面活性剂）
高效毛细管电泳在药物研发中的应用
四、临床应用和食品安全检查
毛细管电泳法测定微量清蛋白/肌酐( Alb/Cr) 比值，用于诊断糖尿病肾病
[2] 赵绍林, 吴惠毅, 吉艳等,高效毛细管电泳法同时测定尿液清蛋白和肌酐 [J].临床检验杂志,2007,25(5):338-340.
高效毛细管电泳在药物研发中的应用
类型 紫外-可见 荧光 激光诱导荧光 电导
检测限/mol 10-13～10-15 10-15～10-17 10-18～10-20 10-18～10-19
特点 加二极管阵列，光谱信息 灵敏度高，样品需衍生 灵敏度极高，样品需衍生 离子灵敏，需专用的装置；高效ຫໍສະໝຸດ 细管电泳特点及分离模式高效
快速
微量
自动化 低成本
细菌脂多糖和蛋白聚糖测定
毛细管电泳测定Escherichia coli K4 脂多糖（LPS）
[1].Odile FR, Donatella C, Mario DR. High-performance CE of Escherichia coli K4 cell surface polysaccharides [J]. Electrophoresis 2009, 30:3877–3883. [2]. Nicola Volpi, Francesca M , Jiraporn S. Electrophoresis for the analysis of heparinpurity and quality[J]. Electrophoresis,2012, 33:1531–1537.
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。
分析化学 毛细管电泳法
第十九章：
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；
第三章毛细管电泳法高等教育
特选课件
34
一、毛细管区带电泳
（Capillary zone electrophoresis , 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,同种类离子由于差速迁移被相 互分离。
特选课件
29
特选课件
30
3.缓冲液池
化学惰性，机械稳定性好；
4.检测器
要求：具有极高灵敏度，可柱端检测； 检测器、数据采集与计算机数据处理一体化；
类型
检测限/mol
特点
紫外-可见 10-13～10-15 加二极管阵列，光谱信息
荧光
10-15～10-17 灵敏度高，样品需衍生
激光诱导荧光 10-18～10-20 灵敏度极高，样品需衍生
Vap是表观迁移速度；μap是表观淌度；ldet 是毛细管有效长度； ltot 是毛细管总长度
2.分离效率（塔板数）
在CE中，仅存在纵向扩散，σ2=2Dt
n apVl det ap Eldet ;
2DL
2D
n
5.54
tR W1/
2
2
扩散系数小的溶质比扩散系数大的分离效率高，这是分离生
物大分子的依据。
式中， e为of 电渗速度；为eof 电渗淌度（EOF mobility）； 为 双电
层的Zeta电位； 为 缓冲液介电常数；η为电解液粘度；V为所
施加的电压； 为毛lto细t 管总长度。
特选课件
11
毛细管电泳法课件
毛细管电泳法课件
在不考虑相互作用的前提下，粒子在毛细管介质中 的运动速度是泳流速度和渗流速度的矢量和。一般情况 下，电渗流速度是电泳流速度的5-7倍，混合物中所有
的组份随电渗流朝一个方向迁移。 V V e V o e ( p μ e μ o e ) E p
式中 E：场强
μeo电泳淌度 μep电渗淌度
毛细管电泳法课件
12.2 原理
•电渗流方向：高电位 低电位 •正溶质离子所受的力：电场力 + 电渗力 •负溶质离子所受的力：电场力 电渗力 •中性分子所受的力：电渗力
柱效：N＝5.54（tR /W1/2)2 tR、W1/2取同一单位
毛细管电泳法课件
• 溶质迁移方向由电场力和电渗力的矢量和决定，一般来说， 溶质迁移方向与电渗流同。
表面活性剂的浓度足够大时，单体结合在一起，形成 一个球体，称为胶束，这个足够大的浓度称为临界浓度。
毛细管电泳法课件
12.4.3 毛细管离子分析 加电渗流改性剂使电渗流反向，用于淌度很大的
离子的分离，主要是无机阴离子的分离。负高压 加阳离子表面活性剂，e.g.十六烷 应用及前景
流出顺序：①正离子 ②中性粒子 ③负离子
Θ
Θ
Θ
Θ
Θ
(+) Θ 高压 Θ
Θ Θ
Θ Θ
Θ 电渗流 (－)
Θ
地
Θ
Θ
Θ
Θ
Θ
毛细管电泳法课件
Θ
Θ
Θ
Θ
Θ
电渗流
（＋）
X－ X－
X－
地
X－
X－ （－）
高压
Θ
Θ
Θ
Θ
Θ
毛细管电泳法课件
12.3 高效毛细管电泳 仪器装置图
在不考虑相互作用的前提下，粒子在毛细管介质中 的运动速度是泳流速度和渗流速度的矢量和。一般情况 下，电渗流速度是电泳流速度的5-7倍，混合物中所有
的组份随电渗流朝一个方向迁移。 V V e V o e ( p μ e μ o e ) E p
式中 E：场强
μeo电泳淌度 μep电渗淌度
毛细管电泳法课件
12.2 原理
•电渗流方向：高电位 低电位 •正溶质离子所受的力：电场力 + 电渗力 •负溶质离子所受的力：电场力 电渗力 •中性分子所受的力：电渗力
柱效：N＝5.54（tR /W1/2)2 tR、W1/2取同一单位
毛细管电泳法课件
• 溶质迁移方向由电场力和电渗力的矢量和决定，一般来说， 溶质迁移方向与电渗流同。
表面活性剂的浓度足够大时，单体结合在一起，形成 一个球体，称为胶束，这个足够大的浓度称为临界浓度。
毛细管电泳法课件
12.4.3 毛细管离子分析 加电渗流改性剂使电渗流反向，用于淌度很大的
离子的分离，主要是无机阴离子的分离。负高压 加阳离子表面活性剂，e.g.十六烷 应用及前景
流出顺序：①正离子 ②中性粒子 ③负离子
Θ
Θ
Θ
Θ
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(+) Θ 高压 Θ
Θ Θ
Θ Θ
Θ 电渗流 (－)
Θ
地
Θ
Θ
Θ
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Θ
毛细管电泳法课件
Θ
Θ
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电渗流
（＋）
X－ X－
X－
地
X－
X－ （－）
高压
Θ
Θ
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毛细管电泳法课件
12.3 高效毛细管电泳 仪器装置图
3色谱-毛细管电泳法
在实际工作中，按HPLC 方法求得理论板数： N=5.54（t/w1/2）2 15
•影响分离效率的因素
• 焦耳热与温度梯度——电流通过而产生的热称 为焦耳热。受毛细管尺寸、溶液电导、外加电 压等影响
• 不均匀的温度梯度和局部的黏度变化会引起区 带展宽。温度变化1℃→黏度变化2%～3% →淌 度变化2%～3% • 进样塞长度——在进样过程中减少样品塞长度 非常重要。对进样长度的限制是低于毛细管总 长度的（1～2）%。例 70cm长的毛细管，进样 量应小于7mm
5
•电泳迁移原理
• 根据式(1) =eE ，淌度e=/E • 根据式(2) qE=6r，/E =q/(6r) • 所以 e= q/(6r ) （ 3） • 式（3）表明，带电量大的物质，离子半径 小的物质有较高的淌度
6
•淌度
• 淌度——物理常数，是在溶质带最大电 量时测定并外推至无限稀释条件下的数 值，即绝对淌度 • 有效淌度——实验条件下测得的数值， 其取决于操作缓冲液的pH值和组成
7
•溶液pH值对淌度的影响
• 若两种溶质在完全离 子化状态下，具有相 同的电泳淌度，则因 没有差速迁移而不能 分离 • 但若它们具有不同的 pKa值，则可调节溶液 pH值，使他们具有不 同的有效淌度，而达 到分离的目的
8
•电渗流（EOF）
• 毛细管电泳中的一个重要现象，是毛细管内壁表面 电荷所引起的管内液体整体流动的现象，是推动流 体前进的驱动力 • 当固体与液体接触时，固-液两相界面上会带有相 反符号的电荷，形成双电层。对于石英毛细管柱， 当溶液pH值达4以上时，其内壁带负电荷，管中液 体将感应一层正电荷，形成双电层，在高电压作用 下缓冲液整体向负极移动，此即电渗流(eof)
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则离子在电场中的迁移速度：
ef
qE
6πr
即带电离子的电泳迁移速率（或称电泳淌度） :
μef
ef
E
q
6πr
由此可知，球形带电离子的迁移率，主要取决于自身状态，即与其所带电 量成正比，与其半径及介质粘度成反比。电泳过程中正是利用带电离子电 泳迁移速度或迁移速率的差异来实现分离的。
二、电渗流
石英毛细管柱，内壁大约有8.31 mol/m2的硅醇基 （Si-OH），其等电点约为1.5，内充液pH>3时，表 面电离成SiO-，管内壁带负电荷，形成双电层。
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。
2.CE中电渗流的流形
液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁 处流速最慢，管中心处的速度为平均速度的2倍（引 起谱带展宽较大）。
在毛细管电泳中，电荷均匀分布，整体移动，电渗 流的流动为平流，塞式流动（谱带展宽很小），故 柱效较高。
3.CE中电渗流的作用
电渗流的速度一般约等于离子电泳速度的5～7倍；
各种电性粒子在毛细管柱中的迁移速度为：
+
阳离子迁移速度 =电渗流+电泳流，阳离子运动速度快于电渗流； 阴离子迁移速度 =—电渗流–电泳流，阴离子运动速度慢于电渗流； 中性粒子迁移速度 =电渗流，中性粒子运动速度与电渗流一致。
缓冲液；
(5)高度自动化：CE是目前自动化程度最高的分离分析 方法之一；
(6)洁净：通常用水溶性缓冲液，对人体和环境无害；
(7)多分离模式：可根据需要在同一仪器上选用不同的 样品分离模式；
(8)应用范围广：具有“万能”分析的功能和潜力，既 可以分析无机离子、氨基酸、药物等小分子，又可以 分析蛋白质等生物大分子,甚至整个细胞和各种微粒。
1981年，Jorgenson在75μm毛细管内施加300 V/cm的高强度电场，获得了理论塔板数超过400,000 plates/m的高分离效率，轰动了整个分离界，成为CE 划时代里程碑
1989年，毛细管电泳仪问世。
1989年，第一届CE国际会议的召开，标志着一门新的 分析技术的产生。
二、毛细管电泳的特点
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， 形成电渗流。
1. CE中电渗流的大小与方向
电渗流的大小可用电渗速度和电渗淌度表示。
（1）电渗流的大小
电渗流的大小与电场强度、Zata电势及缓冲液介电 常数有关，某一电泳体系内电渗流的具体数值可以用 Helmholtz-Smoluchowski 公式计算：
eof
eof
E
ldet ldetltot t E t V
其中，t：中性标记物的迁移时间，ldet为毛细管电泳有效 长度， ltot为毛细管电泳有效长度。
（2）CE中电渗流的方向
石英毛细管带负电荷，溶液带正电荷，电渗流 流向阴极；
改变电渗流方向的方法：
毛细管改性：表面键合阳离子基团； 加电渗流反转剂: 内充液中加入大量的阳离子表面
CE是现代微柱分离和经典电泳技术有机结合的产物，具有较 HPLC和平板凝胶电泳更多的优点：
(1)高效：每米理论塔扳数低则十几万，高则几百万甚 至上千万；
(2)快速：可在十几分钟甚至几十秒内完成分离； (3)低样品消耗：只需纳升甚至皮升级样品量； (4)低成本分析：只需低廉的分离毛细管和少量的运行
第二节 毛细管电泳基础理论
+
—
一、电泳流
电泳：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。
—
电泳时，不同离子在电场中具有不同的定向迁移 速度，迁移速度与哪些因素有关？
淌度(μ）：单位电场下的电泳速度。
绝对淌度：在无限稀释溶液中测得的淌度。
第三章 毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis
第一节 毛细管电泳概述 第二节 毛细管电泳基础理论 第三节 毛细管电泳仪 第四节 毛细管电泳类型 第五节 毛细管电泳的应用和进展
第一节 毛细管电泳概述
毛细管电泳（CE），又称高效毛细管电泳，是近 年来发展最快的高效分离分析技术之一。该技术 是现代微柱分离技术和经典电泳技术结合的产物， 是气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)等常用 分离技术的重要补充，在诸多研究领域得到了人 们广泛的接受和认可。
有效电泳淌度：在实际溶液中测得的淌度。
电场强度：与所施加的电压成正比，与两电极间的距离（L）成反比
E=V/L
电场力：在溶液中，电场对带电离子作用力（F）的大小等于带电离子所带 的净电荷（q）与电场强度的乘积：
F=q·E
在电泳迁移过程中，介质粘滞力（F’）必然会阻碍离子的迁移。 粘滞力的大小与离子大小、形状、缓冲液粘度、甚至电泳介质孔径均有关系，
一、毛细管电泳发展历程
1808年，俄国物理学家 Pence 发现电泳现象。
1937年，瑞典Tiselius将蛋白质混合液放在两段缓冲溶 液之间，两端施以电压进行自由溶液电泳，发现样品的 迁移速度和方向由其电荷和淌度决定,第一次从人血清 提取的蛋白质混合液中分离出白蛋白和α、β、γ球蛋白， 但分离效率低；
eof
εV
ltot
(ε
V )(
lt度；为eof 电渗淌度（EOF mobility）； 为双电
层的Zeta电位； 为 缓冲液介电常数；η为电解液粘度；V为所
施加的电压； 为毛lto细t 管总长度。
在具体实验中，可根据需要选用不同的中性组分作为标 记物（N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、甲酰胺、苯酚、 丙酮等），测定不同缓冲条件下中性标记物的迁移时间， 按下述公式计算出电渗率：
与带电离子的移动速度更是直接相关。对于球形分子F’的大小服从Stokes定 律：
F’=6πηrνef
η：缓冲液粘度；r：球形分子的半径；νef：离子在电场中的迁移速度。
当带电离子以速度ν 在电场中移动时，受到大小相等、方向相反的电场驱 动力和平动摩擦阻力的作用，此时
F=F’
故：
q·E= 6πηrνef
CE中电渗流的作用：
可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离； 改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性 电渗流的微小变化影响结果的重现性；