毛细管电泳仪

毛细管电泳仪

毛细管电泳(capillary electrophoresis，CE)又称高效毛细管电泳(high performance capillary electrophoresis，HPCE)，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离技术。毛细管电泳实际上包含电泳、色谱及其交叉内容，它使分析化学得以从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。长期困扰我们的生物大分子如蛋白质的分离分析也因此有了新的转机。

毛细管电泳-基础理论

1 双电层

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。

2 Zeta 电势

毛细管电泳书籍

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。

石英材质的毛细管是毛细管电泳中最常使用的毛细管，管子内表面在pH>3 情况下带负电，当其与溶液接触时，会形成紧贴内表面的和游离的两部分离子。这两部分离子组成的与表面电荷异号的离子层，即为双电层，其中第一部分又称之为Stern 层。第二层为扩散层。扩散层中游离部分离子的电荷密度随着和表面距离的增大而急剧减小。在Stern 层和双电层的游离部分的起点的边界层之间的电势称之为管壁的Zeta 电势。典型值大体在0-100 mV 之间，Zeta 电势的值随距离增大按指数衰减，使其衰减一个指数单位所需的距离称之为双电层的厚度(δ)。熔硅表面的Zeta 电势与它表面上的电荷数及双电层厚度有关，而这些又受到离子的性质、缓冲溶液pH 值、缓冲溶液中阳离子和熔硅表面间的平衡等因素的影响。

3 淌度、绝对淌度和有效淌度

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。

4 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。在定域电荷对溶液中的反号离子吸引下形成了所谓的双电层，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)。

毛细管区带电泳条件下，电渗流从阳极流向阴极。电渗流大小受到Zeta电势、双电层厚度和介质粘度的影响，一般说来，Zeta 电势越大，双电层越薄，粘度越小，电渗流值越大。

毛细管

在毛细管电泳中，样品分子的迁移是有效电泳淌度和电渗流淌度的综合表现，这时的淌度称为表观淌度。在多数的水溶液中，石英(或玻璃)毛细管表面因硅羟基解离会产生负的定域电荷，产生指向负极的电渗流。在毛细管中电渗速度可比电泳速度大一个数量级，所以能实现样品组分同向泳动。正离子的运动方向和电渗一致，因此它应最先流出。中性分子与电渗流同速，随电渗而行。负离子因其运动方向和电渗相反，在中性粒子之后流出。电渗流与pH 的关系十分密切。电渗受Zeta 电势的影响，Zeta 电势由毛细管壁表面的电荷决定，而电荷又受到缓冲溶液的pH 值影响，所以电渗流的值是缓冲溶液的pH 值的函数，一般随pH 值的增大而增大，到中性或碱性时，其值会变得很大。此外，任何影响管壁上解离的因素，如毛细管洗涤过程、电泳缓冲液组成、粘度、温度等都会影响或改变电渗流。电磁场以及许多能与毛细管表面作用的物质如表面活性剂、蛋白质等，都可以对电渗流产生很大影响。

电渗在电泳分离中扮演着重要角色，是伴随电泳产生的一种电动现象。多数情况下，电渗流速度是电泳速度的5-7 倍。因此，在毛细管电泳(CE)中利用电渗流可将正、负离子和中性分子一起朝一个方向产生差速迁移，在一次CE 操作中同时完成正、负离子的分离测定。由于电渗流的大小和方向可以影响CE 分离的效率、选择性和分离度，所以成为优化分离条件的重要参数。电渗流的细小变化将严重影响CE 分

离的重现性(迁移时间和峰面积)。所以，电渗流的控制是CE 中的一项重要任务。用来控制电渗流的方法主要有改变缓冲溶液的成分和浓度;改变缓冲溶液的pH 值;加入添加剂;毛细管内壁改性-物理或化学方法涂层及动态去活;外加径向电场;改变温度等。