毛细管电泳法 作业

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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。
四) 胶束电动毛细管色谱(MECC ,MEKC)
micellar electrokinetic capillary chromatography,MEKC 1.缓冲溶液中加入离子型表面活性剂,其浓度达到临界 浓度,形成一疏水内核、外部带负电的胶束。 在电场力的作 用下,胶束在柱中 移动。
3. HPCE中电渗流的流形
电荷均匀分布,整体移动,电渗流的流动为层流,塞式 流动(谱带展宽很小);
液相色谱中的溶液流动为层流,抛物线流型,管壁处流 速为零,管中心处的速度为平均速度的2倍(引起谱带展宽 较大)。
4 电泳和电渗
– 电渗流的表示
电渗流的大小可用淌度(μeo)或电渗流系数表示
μeo =υeo / E = l /( teo﹒E )
温度每变化1度,将引起背景电解质溶液黏度变化2%~3%;
5. 添加剂的影响
(1)加入浓度较大的中性盐,如K2SO4,溶液离子强度增大, 使溶液的黏度增大,电渗流减小。
(2)加入表面活性剂,可改变电 渗流的大小和方向;
加入不同阳离子表面活性剂 来控制电渗流。 加入阴离子表面活性剂,如 十二烷基硫酸钠(SDS),可以使 壁表面负电荷增加,zeta电势增 大,电渗流增大; (3)加入有机溶剂如甲醇、乙腈, 使电渗流增大。
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

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。 最基本、应用广的分离模式;
factors influenced the efficiency—band broadening
–区带宽度展宽因素 1. 焦耳热 2. 进样 3. 电泳扩散 4. 毛细管壁对组分的吸附
三、影响分离效率的因素—区带展宽
factors influenced the efficiency—band broadening
2. 电泳流和电渗流的方向相反,且ν 负电胶束以较慢的速度向负极移动;
电渗流
> ν
电泳

3.中性分子在胶束相和溶液(水相)间分配,疏水性 强的组分与胶束结合的较牢,流出时间长; 4.可用来分离中性物质,扩展了高效毛细管电泳的应 用范围;
5.色谱与电泳分离模式
的结合。
五) 毛细管等电聚焦 CIEF: 建立在不同蛋白质或多肽之间等 电点( pI 值)差异基础上的分离方 法。 蛋白质的等电点(pI): 指蛋白质分子的净电荷数为零时 的pH值。
4 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: ●使用极端pH条件 ●加入中性盐或两性离子化合物 ●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
四 毛细管电泳的主要分离模式
• 毛细管区带电泳(capillary zone electrophoresis,CZE) • 胶束电动色谱(micellar electrokinetic chromatography, MEKC) • 毛细管凝胶电泳(capillary gel electrophoresis, CGE) • 毛细管等速电泳(capillary isotachophoresis, CITP) • 毛细管等电聚焦(capillary isoelectric focus, CIF) • 毛细管电色谱(capillary electrochromatography, CEC)
1.纵向扩散的影响
在HPCE中,纵向扩散引起的峰展宽: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%。
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。 电渗现象中整体移动着的 液体叫电渗流(electroosmotic flow ,简称EOF)。
1981年,Jorgenson等用75μ m内径石英毛细管进行电泳 分析,柱效高达40万/m,促进电泳技术发生了根本变革,迅 速发展成为可与GC、HPLC相媲美的崭新的分离分析技术—— 高效毛细管电泳。
高效毛细管电泳的特点
1.仪器简单、易自动化
电源、毛细管、检测器、溶液瓶
2.分析速度快、分离效率高
在3.1min内分离36种无机及有机阴离子,4.1min内分 离了24种阳离子;分离柱效:105~107/m理论塔板数;
3.操作方便、消耗少
进样量极少,水介质中进行;
4.应用范围极广
有机物、无机物、生物、中性分子;生物大分子等;
分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等;
二、电渗现象与电渗流
electroosmosis and electroosmotic flow 1.电渗流现象
一)、毛细管区带电泳
capillary zone electrophoresis ,CZE 毛细管电泳最基本的分离模式。背景电解质是缓冲液,分离 是基于样品中各个组分间质荷比的差异。有时需在缓冲液中 加入一定的添加剂,用以提高分离选择性,改变电渗流的大 小、方向或抑制毛细管壁的吸附等。 在CZE中,影响分离的操作条件为: √ 分离电压 √背景电解质种类、浓度和pH √添加剂种类和浓度
进样-等电聚焦-检测 1. 先将脱盐的试样(蛋白质)以 ≥ 1 %的浓度与两性电 解质溶液混合,用压力进样充入毛细管柱(阳极端), 置于阳极电解质溶液如H3PO4中,检测端为阴极端,置 于阴极电解质如NaOH中。 2. 施加电压,进行电泳实验。两性电解质离子形成pH的 位置梯度,而蛋白质在迁移时会在其等电点的 pH区域 内停止移动。这样pI不同的蛋白质各组分会在毛细管 内很窄的不同pH区域内聚焦. 3. 在阳、阴极电解液中加入盐如 NaCI 或 NaOH, 破坏 pH 梯 度,使各组分蛋白质重新带电,在电场力作用下发生 迁移、检测,使不同组分的蛋白质得到分离。
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;
5. 阳极端装稀磷酸溶液,阴极端装稀NaOH溶液; 6. 加压将毛细管内分离后的溶液推出经过检测器检测; 7. 电渗流在CIEF中不利,应消除或减小。
六) 毛细管等电聚焦 方法:
apVLef
DL
平均பைடு நூலகம்
平均
ap1 ap2
2
影响分离度的主要因素;工作电压V;毛细管有效长度 与总长度比;有效淌度差。分离度可按谱图直接由下式计算:
2(t 2 t1 ) R W2 W1
t1、t2 分别为两个组份的迁移时间 W 为峰底的宽度
三、影响分离效率的因素—区带展宽
电渗流速度和电场强度成正比,当毛细管长度一定时, 电渗流速度正比于工作电压。
2).毛细管材料的影响
不同材料毛细管的表面电 荷特性不同,产生的电渗流大 小不同;
3. 电解质溶液性质的影响
(1)溶液pH的影响 对于石英毛细管,溶液pH增高时,表面电离多,电荷密 度增加,管壁zeta电势增大,电渗流增大,pH=7,达到最大; pH<3,完全被氢离子中和,表面电中性,电渗流为零。分析 时,采用缓冲溶液来保持pH稳定。 (2)阴离子的影响 在其他条件相同,浓度相同而阴离子不同时,毛细管中 的电流有较大差别,产生的焦耳热不同。

中性粒子运动方向与电渗流一致;
(1)可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离; (2)改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性, 如同改变LC中的流速; (3)电渗流的微小变化影响结果的重现性; 在HPCE中,控制电渗流非常重要。
6、HPCE中影响电渗流的因素
factors influenced electroosmosis 1).电场强度的影响
3.焦耳热与温度梯度的影响
电泳过程产生的焦耳热可由下式计算:
V I 2 Q Λm cb E 2 πr L
m—电解质溶液的摩尔电导;I—工作电流:cm—电解质浓度;
散热过程中,在毛细管内形成温度梯度(中心温度高),破 坏了塞流,导致区带展宽。
改善方法: (1)减小毛细管内径; (2)控制散热;
经典电泳分析
traditional electrophoresis
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。
电渗流速度 毛细管有效长度 电渗流流出时间
电场强度
5. HPCE中电渗流的作用
电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5~7倍; 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为: ν ν
+ 0
=ν =ν
电渗流 电渗流 电渗流
+ ν - ν
+ef -ef
阳离子运动方向与电渗流一致; 阴离子运动方向与电渗流相反;
ν
2、分离过程
电场作用下,毛细
管柱中出现:电泳现 象和电渗流现象。

带电粒子的迁移速度=电泳+电渗流;两种速度的矢量和。 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,除中 性粒子外,同种类离子由于受到的电场力大小不一样也同时被 相互分离。
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。
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。
毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis, CE
分析化学
陈朵花 14109030980
一、概述
generalization
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,称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不同,迁 移速率不同,可实现分离。 1937年,Tiselius(瑞典)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,第一次将人血 清提取的蛋白质混合液分离出白蛋白和α、β、γ球蛋白; 发现样品的迁移速度和方向由其电荷和淌度决定; 第一次的自由溶液电泳;第一台电泳仪; 1948年,获诺贝尔化学奖;
分离效率和分离度
–分离效率 柱效可以用理论塔板数n表示
n = (µep+µeo) V l /(2DL)
毛细管电泳分离的柱效方程 理论塔板高
H =L / n n = 5.54(χ/ W½ )2
实验上可按上式求出理论塔板数
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
R 0.177
六) 毛细管等电聚焦
capillary isoelectric focusing,CIEF
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;
二) 毛细管凝胶电泳
CGE 是毛细管自由溶液区带电泳派生出的一种电泳方 式 用多孔性的凝胶或其它筛分剂作介质,网状结构, 按分子的大小分离
三) 毛细管凝胶电泳
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
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