毛细管电泳法
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。
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
实验中，只发生电泳时有效淌度
μef =υef ﹒ (L /V) =( l / tm )﹒(L /V)
毛细管有效长度
迁移时间 毛毛细管细电泳管法 总长度
电压
2 电泳和电渗
电渗
与固液界面的双电层有着密切的关系
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， 在电场作用下，溶剂化了的阳离子，沿滑动面与紧 密层作相对运动，携带着溶剂一起向阴极迁移，便 形成了电渗流（electroosmotic flow , EOF）。
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。 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。
主要内容
毛细管电泳的原理 分离模式 进样与检测 毛细管电泳的应用
一 毛细管电泳的原理
1 装置
电极 缓冲液
毛细管
数据处理
毛细管电泳法
2 电泳和电渗
µeo正比于Zeta电势和介质的 介电常数
改变电渗流的方法
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
1. 改变外加径向电场
反比于介质的介电常数
2. 改变缓冲液成分和浓度
Zeta电势
3. 改变缓冲液pH 4. 加入添加剂
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
药物分析中的毛细管电泳法测定药物含量
药物分析中的毛细管电泳法测定药物含量毛细管电泳法（Capillary Electrophoresis，CE）是一种常用于药物分析的高效分离技术。
它基于药物在电场中的电荷迁移速率不同，通过毛细管内的电场驱动，实现对药物的定量分析。
本文将详细介绍药物分析中的毛细管电泳法测定药物含量的原理、方法和应用，以及该技术在药物分析中的优势。
一、原理毛细管电泳法测定药物含量，是利用毛细管的微小通道对药物进行分离和测量的一种分析技术。
它利用药物分子在电场作用下受到电荷的影响，从而在毛细管内发生电泳迁移，实现对药物的分离和定量测定。
其原理主要包括三个方面：1. 药物分子的电荷特性：药物分子可以分为带正电荷、带负电荷和无电荷的三类。
根据药物的电荷特性，调整毛细管内的电荷环境，使药物分子在电场中按照不同的电荷迁移速率进行分离。
2. 毛细管的表面电荷：毛细管内壁会带有一定的电荷，称为表面电荷。
表面电荷与药物分子的电荷有相互作用，影响药物在毛细管内的迁移速率。
3. 毛细管内的电场：在毛细管内施加电场，通过电泳迁移，使药物分子按照不同速率进行分离。
二、方法毛细管电泳测定药物含量的方法主要包括前处理、样品准备、色谱条件设置、电泳分离和定量测定等步骤。
下面将简要介绍这些步骤的具体操作：1. 前处理：对于复杂的样品，如血液、尿液等，需要进行前处理。
常用的前处理方法包括样品提取、样品净化等。
2. 样品准备：将提取的药物样品溶解于适宜的溶剂中，得到适宜的药物浓度。
3. 色谱条件设置：选择合适的色谱柱、毛细管和分离液，调整电泳分析的条件，如缓冲液的浓度、pH值等。
4. 电泳分离：将样品注入毛细管中，施加电场，使药物分子在毛细管内发生电泳迁移，实现对药物的分离。
5. 定量测定：通过荧光检测、紫外吸收等方法，测定药物的峰面积或峰高，从而确定药物的含量。
三、应用毛细管电泳法作为一种高效的药物分析技术，广泛应用于药物研发、生产和质量控制等领域。
毛细管电泳法 CE
⑴ 离子移动的速率：
e E
e
U L
U：毛细管两端施加的电压 V L：毛细管总长度 cm
e 离子运动速度 cm/s
可以看出：采用高电压使离子迅速移动和快速分离 。显然，在分离中不仅需要快速分离，更希望获得高分 离度。
⑵ 毛细管电泳的板高：
在色谱中，纵向扩散和传质阻力是影响谱峰展宽的 重要因素，而毛细管电泳只有纵向扩散影响谱峰展宽 （板高），在电泳中的塔板数：
⑷ 试样用量少：仅需几nL（10-9 L）的试样。 ⑸ 仪器简单，操作成本低：分析一个试样仅需几毫升 流动液。 ⑹ 应用：除分离生物大分子（肽、蛋白、 DNA 、糖 等）外，还可用于小分子（氨基酸、药物等）及离子 (无机、有机)，甚至可以分离各种颗粒（硅胶颗粒等）。 从无机离子到整个细胞，具有“万能”分析功能或潜力。 ⑦ 自动：CE是目前自动化程度最高的分离方法。 ⑧ 通常使用水溶液，对人和环境无害。
N eU
2D
D : 组分扩散系数 U：毛细管两端施加的电压 V
注意：N∝U，R随N增加而增加，因此要获得高的分离 度应采用高电压。电泳与色谱法不同，其塔板数并不随 柱长的加长而增加。
在毛细管电泳中，一般可采用20000～60000V的 高压，使得分离速度和分离度有明显的改善，N一般为 100000 ～200000，而HPLC N为5000～20000。 ⑶ 电渗流(EOF) ：
㈢ 改变电泳介质的温度； ㈣ 处理毛细管壁表面。
⑷ 电渗流的流型 在毛细管内，电渗流的流速轮廓适宜平面，如同瓶
塞一样流动，不存在径向的流速梯度。而在液相色谱
中，由泵推动的压差引起的流速轮廓是抛物面。这是
毛细管电泳柱效高于高效液相色谱法的原因。
毛细管电泳法的特点和CE-MS的构造
自动化与智能化
通过自动化和智能化技术，实现CE-MS的 远程控制和实时监测，提高分析效率。
解决实际应用中的问题
样品处理
优化样品处理方法，减少基质干扰，提高分析准确度。
交叉污染
采取有效措施减少交叉污染，如定期清洗、更换分离介质等，确保分析结果的可靠性。
谢谢
Байду номын сангаасTHANKS
03 CE-MS的构造
CHAPTER
毛细管电泳仪
高效分离
毛细管电泳仪利用电场对 带电粒子的作用力，实现 高效分离不同成分的物质。
微量进样
毛细管电泳仪采用微米级 的进样体积，可减少样品 消耗，降低实验成本。
高灵敏度
毛细管电泳技术结合激光 诱导荧光检测等高灵敏度 检测方法，可实现对痕量 物质的检测。
质谱仪
分子结构分析
质谱仪通过测量分子在电场和磁 场中的行为，确定分子的质量和
结构信息。
高选择性
质谱技术可对复杂混合物中的目标 分子进行高选择性检测，排除干扰 物质。
定量分析
质谱技术可实现目标分子的定量分 析，提供准确的物质浓度信息。
接口设计
高效传输
接口设计的主要目标是实现毛细管电 泳分离后的样品溶液高效传输至质谱 仪。
原理
在毛细管中施加电场，带电粒子在电 场作用下产生迁移，根据其在电场中 的迁移速度差异实现分离。
发展历程
1980年代初期
毛细管电泳技术开始发展，研究者发 现使用毛细管可以产生电渗流，为电 泳提供驱动力。
1980年代中期
成功分离氨基酸和多肽，奠定了毛细 管电泳在生物分析领域的应用基础。
1990年代
毛细管电泳技术得到广泛应用，涉及 蛋白质、DNA、糖类等多种生物分 子的分离分析。
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。
毛细管电泳法的原理和应用
毛细管电泳法的原理和应用1. 原理毛细管电泳法（Capillary Electrophoresis，CE）是一种基于电场作用下离子在毛细管中迁移的分离技术。
其原理基于离子在电场中带电迁移速度与其电荷量、电场强度以及溶液介质的性质相关的事实。
毛细管电泳法通过在毛细管中施加电场，利用分子的电荷差异和大小来实现分离物质的目的。
1.1 分离机制毛细管电泳法的分离机制主要包括以下几个步骤：1.进样：待测样品经过电泳柱，在毛细管中形成等电流聚焦带。
2.分离：应用电场，待测物质开始在毛细管内移动，根据分子的电荷和尺寸差异，分离成不同的带电物质。
3.检测：通过检测器对不同迁移距离的带电物质进行监测和记录。
1.2 主要影响因素影响毛细管电泳分离效果的主要因素包括：•电场强度：电场强度越高，迁移速度越快，但也容易产生电泳柱壁的热效应。
•pH 值：溶液的pH 值会影响离子的电荷状态，从而影响其迁移速度。
•温度：温度的变化会影响毛细管电泳的分离效果，通常需要控制温度来确保数据的可靠性。
2. 应用领域毛细管电泳法在许多领域中得到了广泛的应用，下面列举了其中的几个主要应用领域：2.1 生物医药领域•药物分析：毛细管电泳法可以用于药物代谢产物分析、毒性物质筛选和药物质量分析等。
•蛋白质分析：毛细管电泳法对于蛋白质的分析具有高分辨率和高灵敏度的特点，被广泛应用于蛋白质药物的质量控制和结构研究等方面。
2.2 环境监测领域•水质监测：毛细管电泳法可以用于水质中有机和无机物质的分析，可用于环境污染监测和水质安全评价等。
•大气污染物监测：毛细管电泳法可以用于大气中挥发性有机物质（VOCs）和颗粒物的分析，对于大气污染物的来源和分布有重要作用。
2.3 食品安全领域•农药残留分析：毛细管电泳法可以用于食品中农药残留的检测，对于保证食品安全和农产品质量具有重要意义。
•食品添加剂分析：毛细管电泳法可用于食品添加剂的定性和定量分析，用于食品质量控制和标签声明的验证等。
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。
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第一节
（一）原理
毛细管电泳法
毛细管电泳（CE）亦称为高效毛细管电泳法（HPCE），是20 世纪80年代发展起来的一类高效快速的分离分析方法。该法系以弹性
毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分的
淌度（单位电场强度下的迁移 速度）和分配行为的差异而实
现分离，因此可将其视为经典
电泳技术和现代微柱分离相结 合的产物。
每次进样之前毛细管要用不同的溶液冲洗，选用自动冲洗进样仪器较为
方便。进样方法有压力进样、负压进样、虹吸进样和电动进样等。进样
时通过控制压力、电压或时间来控制进样量。
5.检测器
紫外检测器，荧光检测器，电化学检测器，质谱仪等均可作为CE 的检测器。其中紫外检测器应用最广，它是将毛细管接近出口端的外 层聚合物剥去约2mm一段，使石英管壁裸露，毛细管两侧各放置一 个石英聚光球，使光源聚焦在毛细管上，透过毛细管到达光电池对溶 质进行检测。
2.胶束电动毛细管色谱（MEKC或MECC）
该法系以胶束为假固定相的一种电动色谱。 当操作缓冲液加入大于其临界胶束浓度的离子型表面活性剂如十 二烷基硫酸钠（SDS）或十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）、胆酸等， 这时表面活性剂就聚集形成胶束（假固定相），其亲水端朝外，
憎水非极性核朝内，溶质则在水和胶束两相间分配，各溶质因分
其中以色谱为主，但对荷电溶质兼有电泳作用。 该法克服了CE选择性差和分离中性物质困难的缺点，同 时提高了液相色谱的分离效率，形成其独特的高效、微量、 快捷的特点，开辟了高效微柱分离技术的新途径。
二、仪器设备
（一）毛细管电泳仪的基本结构（见下图）
1.电极槽和进样系统 2.清洗系统 3.毛细管 4.检测器 5.铂电极 6.电极槽 7.恒温系统 8.记录和数据处理
3.毛细管凝胶电泳（CGE）
该法在毛细管中装入单体和引发剂引发聚合反应生 成凝胶，该方法主要用于分析蛋白质、DNA等生物大分 子。另外还可利用聚合物溶液，如葡聚糖等的筛分作 用进行分析，称为毛细管无胶筛分。有时将它们统称 为毛细管筛分电泳，下分为凝胶电泳和无胶筛分两类。Biblioteka 4.毛细管等速电泳（CITP）
配系数存在差别而被分离。对于常用的阴离子表面活性剂十二烷 基硫酸钠（SDS），进样后极强亲水性组分不能进入SDS胶束，随
操作缓冲液流过检测器（容量因子k’=0）；极强憎水性组分则进
入SDS胶束的核中不再回到水相，最后到达检测器(k’=∞)。其分 离原理见下图。
该法适合中性物质的分离。因不同的溶质在胶束中的分配系数不同， 其迁移速度存在差异而实现分离。MECC弥补了CZE不能分离中性物质的 不足，进一步拓宽了毛细管电泳的应用范围，鉴于中药多数为离子型和 中性物质的混合体，因此MECC更适合于中药分析。
（二）主要部件及其性能 1.毛细管
毛细管为弹性石英毛细管。内径50μ m和75μ m两 种使用较多，内径细的分离效果较好，但柱上检测 因光程较短，检测限比内径粗的要差。毛细管长度
称为总长度，根据分离度的要求，可选用20～100cm
长度，进样端至检测器间的长度称为有效长度。 毛细管常盘放在管架上，在一定温度下操作，以 控制焦耳热，操作缓冲液的黏度和电导度，对测定 的重复性很重要。
第六章
中药制剂检验新技术
目前，各种先进的分析技术和方法越来越多地用于中药及
其制剂，从而大大提高了药品检验工作的质量和水平。例如， 指纹图谱技术（FP）、毛细管电泳法（CE）、电感耦合等离 子体质谱法（ICPMS）、原子吸收分光光度法（AAS）以及各 种色质联用技术等。其中有些已被《中国药典》收载，成为 法定的检验方法。本章将重点介绍指毛细管电泳法。
该法采用前导电解质和尾随电解质，在毛细管中 充入前导电解质后，进样，电极槽中换用尾随电解 质进行电泳分析，带不同电荷的组分迁移到各个狭 窄的区带，然后依次通过检测器。
5.毛细管等电聚焦电泳（CIEF）
将毛细管内壁涂覆聚合物减小电渗流，再将样品 和两性电解质混合进样，两个电极槽中分别加入酸 液和碱液，施加电压后，毛细管中的操作电解质溶 液逐渐形成pH梯度，各溶质在毛细管中迁移至各自 等电点（PI）时变为中性，形成聚焦的区带，而后
CE分离原理图示
（二）特点
高效、低耗、快速、广谱 与HPLC比较
1.柱效更高，理论板数可达105~106m-1，这主要是由于该法无固定相，
不存在传质差异，整个流体就像塞子似的以均速向前流动。 2.分析速度更快，几十秒至十几分钟内即可完成一个试样的分析。 3.溶剂和样品消耗极少，样品用量仅为纳升（nl）级。不需高压泵输液， 毛细管价格低廉，因此工作成本更低。 4.通过改变操作模式和缓冲溶液的成分， 该法有很大的选择性，可对各种成分进 行有效的分离。例如，中性有机分子、 无机离子、蛋白质等高分子化合物，甚 至整个细胞或病毒。
HPLC CE
（三）分离模式（共6种） 1.毛细管区带电泳（CZE）
CZE又称为自由溶液区带电泳，系毛细管电泳中最基本、应 用最广的一种操作模式，即将分析溶液引入毛细管进样一端， 施加直流电压后，各组分按各自的电泳流和电渗流的矢量和流
向毛细管出口端，按阳离子、中性分子和阴离子及其电荷大小
的顺序通过检测器。但中性组分彼此不能分离，因均随电渗流 （EOF）一起迁移。出峰时间称为迁移时间（tm），相当于高效 液相色谱（HPLC）和气相色谱（GC）中的保留时间。CZE较适合 带电溶质的分离，由于中性物质均系靠电渗流迁移，不存在迁 移速度的差异，故不能实现分离。
用压力或改变检测器末端电极槽储液的pH值的办法
使溶质通过检测器。
6.毛细管电色谱（CEC）
该法是在毛细管电泳技术不断发展和液相色谱理论日益完 善的基础上逐渐兴起的。它是将细粒径固定相填充到毛细管 中或在毛细管内壁涂覆固定相以电渗流驱动操作缓冲液（有
时再加辅助压力）进行分离的，包含了色谱和电泳两种机制，
2.直流高压电源
一般采用0~30kV（或相近）可调节直流电源，可供 应约300μA电流，具有稳压和稳流两种方式可供选择。
3.电极和电极槽
两个电极槽里放入操作缓冲液，分别插入毛细管的进 口端与出口端以及铂电极，铂电极接至直流高压电源，正 负极可切换。多种型号的仪器将样品瓶同时用做电极槽。
4.冲洗进样系统