毛细管电泳
毛细管等速电泳
将毛细管等速电泳应用于食品安全检测，如食品添加剂、农药残 留和毒素检测等的分离机制，以提高毛细管等速电泳的分离效果和效 率。
联用技术
将毛细管等速电泳与其他分析技术联用，如质谱、光谱等，以提高 检测灵敏度和准确性。
微型化与便携化
研究开发微型化和便携化的毛细管等速电泳设备，以满足现场快速检 测的需求。
毛细管等速电泳
目录 CONTENT
• 毛细管等速电泳简介 • 毛细管等速电泳实验技术 • 毛细管等速电泳在生物医学中的
应用 • 毛细管等速电泳的优缺点 • 毛细管等速电泳的未来发展
01
毛细管等速电泳简介
定义与原理
定义
毛细管等速电泳是一种利用电场 对带电粒子进行分离的电泳技术 。
原理
在毛细管中施加直流电场，带电 粒子在电场的作用下以不同的速 度进行迁移，通过不同时间到达 检测器，从而实现分离。
标准品
用于校准和验证实验结果。
实验步骤
准备毛细管和电解质溶液。
01
打开电泳仪电源，设置实验参数，如电压 、电流和温度等。
03
02
将毛细管连接到电泳仪上，并确保密封良好 。
04
注入电解质溶液和标准品，开始电泳分离 。
通过检测器检测带电分子，记录数据。
05
06
分析数据，得出结论。
03
毛细管等速电泳在生物医 学中的应用
高效进样技术
优化进样技术，减少样品在毛细管内的扩散和稀 释，提高检测灵敏度和准确性。
自动化与智能化
实现毛细管等速电泳的自动化和智能化，提高分 析速度和降低人工操作误差。
应用拓展
环境监测
将毛细管等速电泳应用于环境监测领域，如水质分析、土壤重金 属检测等。
毛细管电泳原理
01
02
03
蛋白质分离
毛细管电泳可以用于分离 蛋白质，如血红蛋白、免 疫球蛋白等，有助于研究 蛋白质结构和功能。
DNA分析
毛细管电泳可用于DNA片 段的分离和检测，如基因 突变、DNA序列分析等， 有助于遗传学研究和诊断。
药物筛选
毛细管电泳可用于药物筛 选，如新药开发、药物代 谢产物分析等，有助于药 物设计和优化。
电解质浓度。
电极材料与处理
电极材料
毛细管电泳中的电极通常由不锈钢、 金或铂金制成。不同材料对电解质的 响应不同，因此需要根据实验需求选 择适当的电极材料。
电极处理
电极在使用前需要进行适当的处理， 如抛光、清洗和镀膜等。这些处理步 骤可以确保电极表面的光洁度和活性 ，从而提高实验的准确性和稳定性。
检测方法与仪器
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳可以用于分析水、土 壤、空气中的污染物，如重金属、
农药残留等，有助于环境监测和 保护。
有机物分离
毛细管电泳可用于分离有机化合物， 如多环芳烃、酚类物质等，有助于 了解有机污染物的来源和分布。
放射性同位素分析
毛细管电泳可用于放射性同位素的 分析，如铀、钚等，有助于核工业 和核废料处理的安全管理。
微流控芯片毛细管电泳
总结词
微流控芯片毛细管电泳是一种将微流控 技术与毛细管电泳相结合的技术，利用 微通道网络进行高效、快速的分离分析 。
VS
详细描述
微流控芯片毛细管电泳的原理基于微流体 力学和电泳分离原理，通过在芯片上集成 微通道网络，实现样品在微通道内的快速 混合、分离和检测。该技术具有高效、快 速、高灵敏度等优点。
检测方法
毛细管电泳实验中，常用的检测方法 包括紫外-可见光谱法、荧光光谱法、 电化学法和质谱法等。这些方法可以 根据实验需求选择，以获得最佳的检 测效果。
《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
毛细管电泳法
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
毛细管电泳技术及应用
毛细管电泳技术能够高效分离蛋白质 ，包括白蛋白、球蛋白、酶等，为生 物制药、蛋白质组学等领域提供有力 支持。
DNA和RNA分析
毛细管电泳可用于分析DNA和RNA片 段，在基因诊断、基因工程和生物信 息学等领域有广泛应用。
药物分析
药物成分分离
毛细管电泳能够分离和检测药物中的有效成分和杂质，有助于药物质量控制和研发。
仪器设备与操作
仪器设备
包括高压电源、进样系统、毛细管、检测器和数据采集系统等部分。
操作步骤
首先将样品注入毛细管一端，然后施加电压使带电粒子在电场中移动，同时通 过检测器对分离出的粒子进行检测，最后通过数据采集系统记录数据并进行分 析。
02
毛细管电泳的分离模式
区带电泳
总结词
区带电泳是毛细管电泳中最简单的一种形式，其原理是将样 品加在毛细管的一端，然后施加电压，使样品在电场的作用 下进行分离。
详细描述
在区带电泳中，样品在毛细管中形成一色带，由于不同组分 在电场中的迁移率不同，因此会以不同的速度向另一端移动 ，从而实现分离。这种分离模式适用于简单样品，如氨基酸 、肽和蛋白质等。
胶束电动色谱
总结词
胶束电动色谱是在毛细管电泳中加入一种称为表面活性剂的物质，使溶液的离子 强度和粘度发生变化，从而影响离子的迁移率。
要点二
血液中成分分析
通过毛细管电泳技术，可以分析血液中的离子、小分子和 蛋白质等成分，为临床诊断和治疗提供依据。
04
毛细管电泳技术的优缺点
优点
高分离效率
毛细管电泳技术利用电场对带电粒子的作用力，使其在毛 细管中分离，具有极高的分离效率，特别适合于复杂样品 的分离。
高灵敏度
毛细管电泳技术结合了多种检测手段，如紫外-可见光谱 、荧光光谱等，可以实现高灵敏度的检测，有利于痕量物 质的检测。
毛细管电泳法
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
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。
毛细管电泳原理
纳米材料
纳米材料具有独特的物理和化学性 质，在毛细管电泳中可提高检测灵 敏度和分离性能。
生物材料
利用生物活性物质如蛋白质、酶等 作为分离介质，实现生物分子间的 分离和检测。
新型分离模式的开发
多维分离
将多种分离模式结合，实现复杂样品的高效分离。
反相毛细管电泳
采用反相介质作为分离介质，实现对极性分子的分离。
亲和毛细管电泳
利用生物分子间的特异性亲和力进行分离和检测。
微型化与集成化的发展趋势
微型化
减小设备体积，提高分析速度和降低试剂消耗。
集成化
将多个分离步骤集成在一个系统中，实现全自动化分析。
微流控芯片
将毛细管电泳与微流控技术相结合，实现高效、快速和便携的分 析。
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检测技术
紫外可见光谱检测
电化学检测
紫外可见光谱检测是毛细管电泳中最 常用的检测方法之一。该方法通过检 测样品在紫外可见光下的吸收光谱来 进行分析。
电化学检测利用电极反应来测量样品 中的离子或分子。该方法具有高选择 性、高灵敏度和低背景干扰等优点。
荧光检测
荧光检测具有高灵敏度和高选择性， 因此在毛细管电泳中也被广泛应用。 该方法通过测量样品在特定波长下的 荧光强度来进行分析。
选择合适的毛细管电泳实验条 件，如分离电压、电解质浓度 和pH值等，可以提高分析准 确性和灵敏度。
通过优化进样方式和洗脱液的 组成和浓度，可以改善实验条 件。
实验条件的标准化和规范化也 是毛细管电泳改进的重要方向 之一。
06
毛细管电泳研究前沿与展 望
新材料在毛细管电泳中的应用
高分子材料
利用高分子材料作为毛细管电泳 的分离介质，提高分离效率和分
毛细管电泳
毛细管电泳(CE)又叫高效毛细管电泳(HPCE), 是近年来发展最快的分析方法之一。
是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分析技术。
毛细管电泳是将电泳的场所置于毛细管中的一种电泳分离方法，它的装置结构通常由高压电源、铂电极、缓冲液池、样品池、毛细管、检测器和分析记录仪构成。
毛细管电泳分离的基本流程有进样、分离和检测三步骤。
进样：毛细管电泳的基本装置是一根充满电泳缓冲液的毛细管，与毛细管两端相连的两个小瓶微量样品从毛细管的一端通过“压力”或“电迁移”进入毛细管;
分离：电泳时，与高压电源连接的两个电极分别浸人毛细管两端小瓶的缓冲液中。
样品朝与自身所带电荷极性相反的电极方向泳动。
各组分因其分子大小、所带电荷数、等电点等性质的不同而迁移速率不同，依次移动至毛细管输出端附近的光检测器，检测、记录吸光度，并在屏幕上以迁移时间为横坐标，吸光度为纵坐标将各组分以吸收峰的形式动态直观地记录下来；检测的原理基于被测组分和背景电解质的吸光度不同，当被测组分通过检测窗时，吸光度发生的变化服从朗伯-比尔定律，即在一定的实验条件下，吸光度与被测组分的浓度成正比。
毛细管电泳
带电粒子在直流电场作用下于一定介质（溶剂）中所发生的定向运动称为电泳。单位电场下的电泳速度称为 淌度。在无限稀释溶液中（稀溶液数据外推）测得的淌度称为绝对淌度。
电场中带电离子运动除了受到电场力的作用外，还会受到溶剂阻力的作用。一定时间后，两种力的作用就会 达到平衡，此时离子作匀速运动，电泳进入稳态。实际溶液的活度不同，特别是酸碱度的不同，所以样品分子的 离解度不同，电荷也将发生变化，这时的淌度可称为有效电泳淌度。一般来说，离子所带电荷越多、离解度越大、 体积越小，电泳速度就越快。
基础理论
Zeta电势
双电层
淌度
双电层是指两相之间的分离表面由相对固定和游离的两部分离子组成的。
双电层是与表面异号的离子层，凡是浸没在液体中的界面都会产生双电层。在毛细管电泳中，无论是带电粒 子的表面还是毛细管管壁的表面都有双电层。
电介质溶液中，任何带电粒子都可被看成是一个双电层系统的一部分，离子自身的电荷被异号的带电离子中 和，这些异号离子中有一些被不可逆的吸附到离子上，而另一些则游离在附近，并扩散到电介质中进行离子交换。 “固定”离子有一个切平面，它和离得最近的离子之间的电势则被称之为离子的Zeta电势。
电渗、电渗流和表观淌度电渗是推动样品迁移的另一种重要动力。所谓电渗是指毛细管中的溶剂因轴向直流 电场作用而发生的定向流动。电渗是由定域电荷引起。定域电荷是指牢固结合在管壁上、在电场作用下不能迁移 的离子或带电基团。在定域电荷吸引溶液中的反号离子并与其构成的双电层，致使溶剂在电场作用（以及碰撞作 用）下整体定向移动而形成电渗流（毛细管中的电渗流为平头塞状）。
毛细管电泳仪度随pH的升高而升高，电渗流也随之升高。因此，pH为分离条件优化时不可忽视的因素。
在CE中，分离电压也是控制电渗的一个重要参数。高电压是实现CE快速、高效的前提，电压升高，样品的迁 移加大，分析时间缩短，但毛细管中焦耳热增大，基线稳定性降低，灵敏度降低；分离电压越低，分离效果越好， 分析时间延长，峰形变宽，导致分离效率降低。因此，相对较高的分离电压会提高分离度和缩短分析时间，但电 压过高又会使谱带变宽而降低分离效率。电解质浓度相同时，非水介质中的电流值和焦耳热均比水相介质中小得 多，因而在非水介质中允许使用更高的分离电压。
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
缓冲溶液离子强度，影响双电层的厚度、溶液黏度和工 作电流，明显影响电渗流大小。缓冲溶液离子强度增加，电 渗流下降。
18
19
(4)温度的影响
毛细管内温度的升高，使溶液的黏度下降，电渗流增大。 温度变化来自于“焦耳热”；
焦耳热：毛细管溶液中有电流通过时，产生的热量； HPCE中的焦耳热与背景电解质的摩尔电导、浓度及电场强 度成正比。 温度每变化1，将引起背景电解质溶液黏度变化2%～3%；
R 2(t2 t1) W2 W1
23
9 影响分离效率的因素——区带展宽
(1)纵向扩散的影响
在HPCE中，纵向扩散引起的峰展宽：σ2=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：
1948年，获诺贝尔化学奖；
2
经典电泳分析
利用电泳现象对某些化学或生物物质进行分离分析的方 法和技术叫电泳法或电泳技术。
按形状分类：U型管电泳、柱状电泳、板电泳； 按载体分类：滤纸电泳、琼脂电泳、聚丙烯酰胺电泳、 自由电泳； 传统电泳分析：操作烦琐，分离效率低，定量困难，无 法与其他分析相比。
3
毛细管电泳发展概述
c 加入有机溶剂如甲醇、乙腈，使 电渗流增大。
21
8 HPCE中的参数与关系式
(1)迁移时间（保留时间）
HPCE兼具有电化学的特性和色谱分析的特性。有关色谱 理论也适用。
t Lef Lef Lef L
ap ap E ap V
V—外加电压；L—毛细管总长度；
(2)分离效率（塔板数）
毛细管电泳的原理
毛细管电泳的原理
毛细管电泳是一种高效液相色谱技术，利用电场的作用将样品中的化合物沿着内径较小的毛细管进行分离和分析。
在毛细管电泳中，有两种常用的电泳模式：毛细管区带电泳和开列电泳。
毛细管区带电泳中，毛细管两端分别注入带有不同荧光标记的样品，再施加直流电场，荧光标记的样品由于在电场作用下带电移动，在毛细管中形成不同带电物质的区带；而在开列电泳中，毛细管中注入样品后，在施加电场的同时使用在线探测器进行实时监测，通过测量峰面积或峰高来判断样品的含量。
毛细管电泳的分离机理主要包括电泳迁移和色谱效应两个因素。
电泳迁移是指样品分子在电场作用下由于带电而移动，其移动速度与电场强度和分子带电量有关；色谱效应是指毛细管内壁与样品分子的相互作用，在毛细管中形成不同的分离机制，如离子交换、氢键作用、静电作用等。
毛细管电泳的原理还与毛细管内径、电场强度、缓冲液pH值
等因素有关。
毛细管内径越小，分离效率越高；电场强度越大，迁移速度越快，但也会增加毛细管的热效应；缓冲液pH值的
选择要根据样品的性质来确定。
在实际应用中，毛细管电泳具有分离效率高、分析速度快、耗样量小、操作简便等优点。
它广泛应用于生物医药、环境监测、食品安全等领域。
同时，还可以与其他技术如质谱联用，进一步提高分析的灵敏度和准确性。
毛细管电泳
毛细管电泳第一部分原理一、迁移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)。
偶电层：固定层和流动液层共同构成了偶电层；固定层和流动液层间的电势差称为Zeta 电势。
Zeta电势的值随距离增大呈指数衰减，使其衰减一个指数单位所需的距离称之为偶电层的厚度，用δ表示。
在溶液中的导电仍然服从欧姆定律，即E=IR，I是电流，R是电阻，E是电场强度。
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，毛细管内液体沿固体表面移动的现象。
电泳移动速度：u ep=μep·E；E为电场强度，μep表示溶质的淌度。
溶质的淌度μep：溶质在给定缓冲液中单位时间间隔和单位电场强度下移动的距离。
εζ1μep=ε是流体的介电常数；η是介质的粘度；ζ是粒子的Zeta电势；Zeta电势近似正比于Z/M2/3；M为分子量，Z为净电荷。
电渗当在通道两端施加电压时，距离通道壁较远的正离子（受壁的吸引力较弱，可自由移动）游向负极，正离子带着吸附于其上的水分子以及因为摩擦力牵引着其他水分子一齐游向负极，此即为电渗效应（带电外壳带着其中溶质运动）。
电渗速度：u op=μop·E；E为电场强度，μop表示电渗的淌度。
电渗的淌度μop：液体在单位时间间隔和单位电场强度下移动的距离。
μop=εζ2ζ为管壁的Zeta电势；ε是流体的介电常数；η是介质的粘度。
Zeta电势越大，偶电层越薄，粘度越小，电渗流值越大，在不少情况下电渗流的速度是泳流速度的5—7倍。
粒子在毛细管内的运动是两种速度的矢量和：u= u ep+ u op=(μep+μop)Eμapp=μep+μop；称μapp显示淌度，为粒子电泳淌度和电渗引起的淌度之和。
μapp=μep+μop=u/E=L d·L t t r·VL d是毛细管进样口到检测器的距离，t r是粒子通过这段距离所用的时间，L t是柱的全长，V是电压。
毛细管电泳法
数据处理 检测器 电极 缓冲液
进样方法
1、电动进样 也称电迁移进样.
方法:将毛细管的进样端插入装有试样溶液的 试样管中，试样管中插入电极，与检测端 的缓冲液间施加进样电压，并维持一定时 间，试样溶液在电泳和电渗流作用下进入 毛细管，然后再将试样溶液换成载体缓冲 液，电泳即可进行。
电渗流的意义
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 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 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。
毛细管凝胶电泳综合了电泳技术和平板 凝胶电泳的优点 : 1. 电泳峰尖锐，柱效极高 2. 短柱上实现极好的分离 3. 试样容量为10－12g 主要缺点:制备柱较困难，寿命较短 已成为分离分析生物大分子如蛋白质、 多肽、核 酸、DNA等强有力的工具。 例应用CGE分离与激光诱导荧光检测相 结合，用于DNA序列快速分析。
电泳溶液硼砂30 mmol.L-1 (pH 9.43),检测波长295 nm,34 kPa.s压力进样，17 kV恒压电泳，电泳时间10 min，电泳温度 20℃，进样分析溶液中均含硼砂3.0 mmol.L-1 (pH=9.43)。 为消除进样等因素所引起的误差，采用内标定量法。实验 发现p-NBA出峰时间在LIG与FA之间，在优化条件下样品中杂 质对其无干扰，峰形好，用它作内标可明显改善分析精密度， 故选定p-NBA为内标，在进样分析溶液中浓度为60 μg.mL-1。
若某一区带的离子进入前一区带， 由于 电场强度变小而减速，由若进入到下区 带，由于电场强度变大而加速， 都退回 到原区带, 结果导致各区带形成鲜明的 界面.
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electrophoresis
20世纪30－40年代 蒂塞利乌斯 (A.W.K.Tiselius） 建立了移动界面电泳，将电泳 发展成分离技术 获得1948年诺贝尔化学奖
1981年 J.W.Jorgenson,K.D.Lukacs实验上和理论上为 毛细管电泳的发展奠定了基础。
e vep E 6
电泳淌度（μep)定义为单位场强下离子的平均电泳速率， 即
ep
vep E
电渗
电渗是毛细管中整体溶剂或介质在轴向直流电场作用下发 生的定向迁移或流动。 电渗的产生和双电层有关，当在毛细管两端施加高压电场 时，双电层中溶剂化的阳离子向阴极运动，通过碰撞作用带 动溶剂分子一起向阴极移动，形成电渗流(EOF)。
化学惰性，耐有机溶剂和宽pH值的缓冲液； 有合适的孔隙率，既不使流动相受阻，又可防止固定相 颗粒通过； 死体积小，避免电色谱峰展宽。
柱塞制作方法很多，目前应用较多的有水玻璃烧制法和 填料直接烧制法。
毛细管及其温度控制
熔融石英毛细管在CE中应用最广泛，熔融石英拉制得 到的毛细管很脆，பைடு நூலகம்折断，一般在外表面涂有聚酰亚胺 保护层，使之变得富有弹性，不易折断。
内径越小，表面积/体积比越大，散热效果越好。内径 小，样品负载小，检测、进样、清洗等操作困难。 一般使用的毛细管柱内径在25 ~100 μm之间，目前最常 用的是50μm和75μm两种。 检测窗口部位的外涂层剥离。 焦耳热效应产生径向温度梯度，还会导致分离重现性差。 商品仪器大多有温度控制系统，主要采用风冷和液冷两 种方式。 一般采用物理吸附或化学键合两种方式形成毛细管内壁 涂层，对石英毛细管进行改性或修饰，可有效控制电渗 流、抑制吸附进而优化分离。
毛细管电色谱柱技术
毛细管电色谱（CEC）是毛细管电泳与高效液相色谱的 有机结合，其基本理论、仪器装置与毛细管电泳大致类似。
最大的不同是毛细管柱引入了色谱固定相，使CEC同时 具有CE与HPLC的分离机理，对中性物质和荷电物质都能达到 理想的分离效果。
因此毛细管柱是CEC的心脏，制柱技术是CEC的关键。按 照固定相不同形式，CEC可分为填充柱、开管柱和整体柱 （连续床）。
电动法、压力法和浓差扩散法。
电源及其回路
电流回路系统包括高压电源、电极、电极槽、导线和电 解质缓冲溶液等。CE和CEC一般采用0 ~ ±30 kV连续可 调的直流高压电源。理想的电源应具备： 1.能输出单极直流高压(一端接地)； 2.电压、电流、功率输出模式任意可选； 3.能控制电压、电流或电功率的梯度； 4.电压输出精度应高于1%。 CE的电极通常由直径0.5~l mm的铂丝制成。 电极槽，即缓冲液瓶，通常是带螺口的小玻璃瓶或塑料 瓶(1~5mL不等)，要便于密封。缓冲液内含电解质，充于 电极槽和毛细管中，通过电极、导线与电源连通，一同 构成整个电流回路。
u eo
Ld t0
电渗
以电场力驱动产生的溶液EOF，与高效液相色谱中由高压 泵产生的液体流型不同：
电渗是CE的基本现象之一，它可以控制组分的迁移速率和 方向，进而影响CE的分离效率和重现性，所以电渗流控制 是CE中的关键问题或技术之一。
电渗流的控制
影响电渗流的因素很多，直接影响因素有： 1. 电场强度 2. 温度 3. pH值
毛细管凝胶电泳（CGE）
毛细管凝胶电泳(capillary gel electrophoresis;CGE)是在毛细 管中充填多孔凝胶作为支持介质进行电泳，其分离是基于筛分 机理。
CGE常用于蛋白质，寡聚核苷酸、RNA及DNA片段的分离 和测定。
凝胶是毛细管电泳的理想介质，粘度大，抗对流，能减少 溶质的扩散，因此能限制谱带的展宽，所得的峰型尖锐，柱效 高，有可能使组分在短柱上实现极好的分离。 常用的凝胶有聚丙烯酰胺和琼脂糖，应用最多的是前者。
上一世纪后二十多年分析化学领域中发展最迅速的分离分 析方法。
毛细管电泳（capillary electrophoresis;CE）是一类以 高压直流电场为驱动力，毛细管为分离通道，依据样品中 各组分之间淌度和分配行为的差异而实现分离的新型液相 分离分析技术。 毛细管电泳是分析科学中继高效液相色谱之后的又一 重大进展，它使分析科学从微升水平得以进入纳升水平， 并使单细胞分析成为可能。 毛细管电色谱（capillary electrochromatography; CEC）是毛细管电泳与液相色谱相结合形成的一种高效、 快速微分离分析技术。
毛细管区带电泳（CZE）
在CZE分离中，除了背景电解质外，常常还在缓冲溶液中 加入某些添加剂： 1.中性盐
2. 表面活性剂
3. 手性添加剂 对于许多水难溶的样品，如 果在缓冲液中加入少量的有机溶 剂，常常能有效改善分离度。在 极端情况下，可完全使用有机溶 剂，或以有机溶剂为主体，这就 是非水毛细管电泳技术。
柱效和分离度
类似于HPLC，CEC的柱效可用vanDeemter方程表征：
作为一种重要的分离分析手段，CE和CEC仍沿用分离度R 作为衡量分离程度的指标，并定义如下：
R
2(t R2 t R1 ) (W2 W1 )
毛细管电泳和电色谱仪器装置
仪器基本结构
1 高压电源；2 毛细管；3 检测器；4 电极；5 缓冲液瓶；6 恒温系统；7 记录仪
填充柱
填充柱在CEC中应用最广泛，其最大优点是可以利用众 多的HPLC固定相，根据化合物与固定相作用不同实现高效分 离。
1 入口柱塞; 2 填充部分; 3 出口柱塞; 4 检测窗口; 5 开管部分
填充柱
柱塞制作 柱塞的制作对于填充柱非常关键。合格的柱塞必须满足 如下要求：
有足够的机械强度,能够承受填充时的高压；
毛细管等速电泳（CITP）
1. 将两种淌度差别很大的缓冲液分别作为前导离子(充满 毛细管)和尾随离子，试样离子的淌度全部位于两者之间， 并以同一速度移动。 2. 负离子分析时，前导电解质的淌度大于试样中所有负 离子的。所有试样都按前导离子的速度等速向阳极前进，逐 渐形成各自独立的区带而分离。阴极进样，阳极检测。 3. 不同离子的淌度不同，所形成区带的电场强度不同 (ν =μ E)，淌度大的离子区带电场强度小； 沿出口到进口，将不同区带依次排序1、2、3、4 电场强度依次增大。假设“2”号中离子扩散到“3”号，该 区电场强度大，离子被加速，返回到“2”区；当“2”号中 离子跑到“1”号区，离子被减速使之归队； 4. 特点：界面明显，富集、浓缩作用；
毛细管电泳
毛细管电泳的原理
1 装置
毛细管 电极 试样 检测器 电极 数据处理
缓冲液
高压电源
（可高至30KV）
缓冲液
电泳
在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度 或速率向其所带电荷相反电场方向迁移的现象叫作电泳。阴 离子向正极方向迁移，阳离子向负极方向迁移，中性化合物 不带电荷，不发生电泳运动。 在充满自由溶液开口管中球形粒子的电泳速率公式为：
进样系统
毛细管分离通道十分细小，整个柱体积一般只有 4~5μL， 所需的样品区带只有几纳升。 毛细管电泳的进样方式一般是将毛细管的一端从缓冲液移 出，放入试样瓶中，使毛细管直接与样品接触，然后由重力、 电场力或其他动力来驱动样品流入管中。进样量可以通过控 制驱动力的大小或时间长短来控制。 CE 进样技术均适用于 CEC。 目前有三种方法可以让样品直接进入毛细管：
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；
（3）电场强度程序控制系统；
（4）电压稳定性：0.1%； （5）电源极性易转换；
2. 毛细管柱
（1）材料：石英：各项 性能好；玻璃：光学、机 械性能差； （2）规格：内径20～ 75μ m，外径350～400μ m； 长度<=1m
毛细管结构
毛细管是CE分离的心 脏。理想的毛细管必须是电 绝缘、紫外/可见光透明且富 有弹性的，目前可以使用的 有玻璃、熔融石英或聚四氟 乙烯塑料等。毛细管内径一 般为10 ～100μm，其截面 结构图标意图如图17.23所示。
紫外吸收
检测系统
检测系统
毛细管电泳分离类型及应用
毛细管区带电泳（capillary zone electrophoresis; CZE） 基本操作条件 毛细管区带电泳也称为毛细管自由溶液区带电泳，是毛细 管电泳最基本、也是应用最广的一种操作模式。其分离原理是 基于样品组分荷质比的差异。 需要控制的操作变量主要是电压、缓冲液浓度、pH值和添 加剂等。 缓冲液的选择通常须遵循下述要求： 1．在所选择的pH范围内有合适的缓冲容量。 2．本底检测响应低。 3．自身的淌度低，即离子大而荷电小。
4. 缓冲液溶剂
5. 离子强度 6. 添加剂 7. 管壁涂层
毛细管电泳
2 电泳和电渗
– 电渗流的流型特点
电渗流 塞流
HPLC 层流
Zeta电势-ζ 固液两相间的 总电势-热力学 电势-φ0
分离原理
电泳和电渗流并存，在不考虑相互作用的前提下，粒子在 毛细管内电介质中的迁移速率是两种速率的矢量和：
毛细管等电聚焦（CIFF）
1. 根据等电点差别分离生物大分子的高分辨率电泳技术； 2. 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步升高的pH梯度； 3. 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； 4. 聚焦：具有不同等电点的生物试样在电场力的作用下迁移， 分别到达满足其等电点pH的位置时，呈电中性，停止移动，形 成窄溶质带而相互分离。
图21-6 电渗流反向示意图
毛细管区带电泳（CZE）
应用 毛细管区带电泳特别适合分离带电化合物，包括无机阴离子、 无机阳离子、有机酸、胺类化合物、氨基酸、蛋白质等，不能 分离中性化合物。