毛细管电泳分离技术

电泳峰的半高峰宽
毛细管电泳分离柱效方程式
N l2
appV l
e eo V l
2Dt
2D L
2D
L
提高分离电压是增加分离效率的主要途径，在相 同的操作电压下，l/L =1，分离效率最高（短的毛 细管）。此外，N与溶质的扩散系数D成反比，所 以用毛细管电泳分离大分子时，可得到高的柱效。
高的电渗流也可提高柱效。
• 20世纪30年代，通过Tiselius的研究，电泳技术 才得到有实际意义的发展，Tiseluis也因此获得 了1948年度的诺贝尔奖。
• 到20世纪50年代，电泳已经是一种与纸和薄层的 平面色谱技术一样的实验室常用技术。
• 20世纪70年代在HPLC的推动下，电泳分离技术 成为了一种“灰姑娘”式的技术
电泳迁移速度Ve : Ve= μeE = μeV/L
注：μe:电泳迁移率(电泳淌度); E:电场强度; V－毛细管柱两 端施加的电压；L－毛细管柱的长度。
μe =νe/E= Q/f
ve
Q f
V L
QV
6 Rs L
注： Q－离子所带的净电荷；f－Stokes阻力系数。η是缓冲 溶液的粘度(动力学的)，Rs是离子的有效半径(包括溶剂化层)
➢ 正离子：νt =νeo + ν+ ➢ 中性分子：νt = νeo ➢ 负离子：νt =νeo - νˉ
注：电渗流的速度 为泳流的若5-7倍
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
➢ 抑制毛细管中电渗流的办法：
① 消除固液界面间的ζ电位或提高溶液的粘度； ② 在毛细管的内壁涂上聚合物，如聚丙烯酰胺涂
组分迁移时间
峰底宽度
（三）区带宽度及展宽因素
1、各组分都有相近的空间宽度 毛细管电泳里有电渗流，泳动是平头的，
溶剂流迁移速度
eo 4
介质的粘度
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。
与HPLC柱不同，毛细管中的电渗流呈平面 流型，它不存在径向梯度。
电渗流的意义
1. 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
层。 具体方法有：
(二)分离效率和分离度
1、分离效率
电泳湍度
毛细管有效长度
电渗湍度
柱效可用理论塔板数n表示
毛细管电泳分离柱效方程式
两端电压
N l2
appV l
e eo V l
2Dt
2D L
2D
L
理论塔板高
毛细管总长度
溶质扩散系数
实验上可按下式求出理论塔板数
电泳图上从起点至电泳峰 最大值之间的距离
第二节 毛细管电泳基本原理
一、毛细管电泳的理论基础 毛细管电泳法：是指以弹性石英毛细管为分离通道，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/或分配行为的差异而实现分离的 一种分析方法。 在毛细管电泳中带电粒子所受的驱动力：
电泳力 电渗力
（一）电泳和电渗
电泳(Electrophoresis)是指溶液中带电粒子(离 子、胶团)在电场中定向移动的现象。电泳是驱动电 解质运动的第一种动力。
第一节 概 述
电泳是基于两种或多种带电粒子或微粒，它 们所在的介质受到外加直流电场的作用下， 其迁移速率不同而得到分离的一类方法。 （electrophoresis ）
发展历程
• 1807年，Ferdinand Fred源自文库ric Reuss就观察到了 荷电物质在电场力作用下会发生运动的现象。
• 1909年，由Michaelis对此现象的描述中提出电 泳这个术语(elektron和pbore,分别代表电和搬运 者的意思 )
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（Electro Osmotic Flow, EOF）。
介质的介电常数
界面电动势
电渗流迁移率
2、分离度
电泳中两峰的分离度，也称分辨率，它表明湍度相 近的组分分开的能力，可表达为（和哪些因素有关）：
Rs (n1/2 / 4) ( / 平 )
柱效
相邻两区带的迁移速度差 两者的平均速度
/ 平 表示分离的选择性
分离度计算式（具体如何计算）:
Rs 2(tm2 tm1) /(W1 W2 )
• 1981年，Jorgenson等介绍了毛细管区带电泳技 术。
• 1984年Terabe等提出的胶束电动毛细管色谱。
• 1987年，Hjerten建立了毛细管等电聚焦。
• 1987年，由Chohen等提出了毛细管凝胶电泳。
• 1991年，Monnig等首次提出了高速毛细管电泳。
• 目前，毛细管电泳已广泛应用于氨基酸、肽、蛋 白质和核酸等离子型生物大分子的分离分析，加 入表面活性剂还可以扩大到中性粒子，甚至应用 到细胞和病毒等的分离。同时，在小分子化合物 的分离分析方面也取得了重大进展。
当毛细管长度一定时，带电离子的迁移速度 与溶质离子的电荷、施加的电压、缓冲溶液 的粘度及带电离子的大小有关。
电渗(Electro osmosis)是驱动电解质运动 的第二种作用力，它使毛细管中的溶剂在 直流电场作用下发生定向运动。
电渗流的产生
毛细管内壁表面上的硅醇基在pH>3的水溶液中，可电离 而产生SiO-负离子，使毛细管内壁带上负电荷，因此，溶 液中的一部分正离子就靠静电作用而吸附于毛细管内壁上， 形成一个双电层(Electric double layer)。其中一层是带 负电的内壁，一层是带正电的溶液离子吸附层。但溶液中 的其余大部分正离子则是离内壁越远，越呈自由状态，于 是在吸附层之外又存在着一个扩散层 。
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。
电解质区带的移动速度(Vi)等于电解质区带的 电泳迁移速度(Ve)与溶剂流速度(Veo)之和。
Vi = Ve + Veo
当把样品从阳极端注入毛细管时，假设A物质为 负离子，B物质为正离子，则带不同电荷的离子 将按下面的速度迁移到阴极，到时间t时，A、B 物质已经分离了。