第六章 电化学分离法pppt课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
3）HPCE中电渗流的方向
电渗流的方向取决于毛细管内表面电荷的性质： 内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极； 内表面带正电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极； 石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极；
第六章 电化学分离法
Electrochemical separation
第一节 电泳分离法 第二节 化学修饰电极分离法
.
§6－1 电泳分离法
一、电泳分离法的原理 二、电泳分离法的分类 三、高效毛细管电泳 四、电泳分离法的应用
.
一、电泳分离法的原理
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。
在高电场的作用下，带正电荷的溶液表面及扩散层 向阴极移动，由于这些阳离子实际上是溶剂化的，故将
引起柱中的溶液整体向负极移动，速度ν电渗流。
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
2）HPCE中电渗流的大小
电渗流的大小用电渗流速度ν电渗流表示，取决于电 渗淌度μ和电场强度E。即
ν电渗流 = μ E 电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即
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；
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
1）电渗流现象
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。
μ = ε0εζ/η ε0—真空介电常数；ε—介电常数；ζ—毛细管壁的Zeta 电势。
ν电渗流 = ε0εζ E/η
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算 ν电渗流 = Lef/teo
Lef —毛细管有效长度； teo—电渗流标记物（中性物质） 的迁移时间。
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。
.
一、电泳分离法的原理
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；
.
.
一、电泳分离法的原理
当带电离子以速度ν 在电场中移动时，受到大小
相等、方向相反的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。
电场力：FE = qE
阻 力：F = fν 故： qE = fν
q—离子所带的有效电荷； E —电场强度； ν—离子在电场中的迁移速度；
f —平动摩擦系数 ( 对于球形离子： f =6πηr；r —离子的表 观液态动力学半径；η —介质的粘度； )
（6－2）
式中，V是外加电压，L是两电极间的距离，t是 电泳的时间，s是带电质点在时间t内迁移的距离。
根据上式，两种粒子迁移距离之差为：
Δs Δμ t V L
.
（6－3）
一、电泳分离法的原理
影响带电粒子分离程度的因素 1）带电粒子迁移率（淌度）
根据（6－3）式，两种粒子的淌度差越大， 分离越好。而根据（6－1）式可知：带电粒子的 淌度与电荷成正比，与离子半径成反比。
一是采用了20-75μm内径的毛细管； 二是采用了高达数千伏的电压。
.
1.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；
.
1.高效毛细管电泳的特点
所以，电荷与半径相差越大，越容易用电泳 法分离。
.
一、电泳分离法的原理
2）电解质溶液的组成 据（6－1）式，溶液组成不同，粘度不同，导致
迁移率不同。另外，电解质组成不同，有时会改变 测定物的电荷及半径，从而导致迁移率不同。
.
一、电泳分离法的原理
3）外加电位梯度 电位梯度是指每厘米的平均电位降，即V/L，当L一
电泳分为前流型和区带型。前流型是指无支持 体的溶液自由进行的，而区带型是指在一个支持体上 进行的电泳。后者应用最广。
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（即前流型）、毛细管等；
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。
定时，加在两电极间的电压越高，分离所需的时间越 短，分离越完全。
对于分离性质相近的元素，多半使用高压电泳，其 电位梯度达100V/cm以上,但高电场会产生焦耳热，使 柱效降低。
.
一、电泳分离法的原理
4）电泳时间 电泳时间越长，离子分离越完全。但分离性质
相似的元素，单靠增加电泳时间收效不大。
.
二、电泳分离法的分类
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
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）。
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
石英毛细管，柱内充液pH>3时，表面电离成SiO-,管内壁带负电荷，形成双电层。
.
一、电泳分离法的原理
所以，迁移速度：
qE q E f 6πr
（球形离子）
物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。
淌度（迁移率）μ ：单位电场强度下的平均电泳速度。
q （6－1） E 6πr
.
一、电泳分离法的原理
另外，根据离子迁移率的定义，μ也可以写成：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
μ υ s/t s L E V /L V t
.
三、高效毛细管电泳
1.高效毛细管电泳的发展与特点 2.高效毛细管电泳的基本理论 3.高效毛细管电泳的仪器 4.高效毛细管电泳的分离模式
.
1.高效毛细管电泳的发展与特点
1981年，Jorgenson和Luckas，用75μm内径石英 毛细管进行电泳分析，柱效高达4×105/m理论塔板数， 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。 高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进：
2.高效毛细管电泳的基本理论
3）HPCE中电渗流的方向
电渗流的方向取决于毛细管内表面电荷的性质： 内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极； 内表面带正电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极； 石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极；
第六章 电化学分离法
Electrochemical separation
第一节 电泳分离法 第二节 化学修饰电极分离法
.
§6－1 电泳分离法
一、电泳分离法的原理 二、电泳分离法的分类 三、高效毛细管电泳 四、电泳分离法的应用
.
一、电泳分离法的原理
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。
在高电场的作用下，带正电荷的溶液表面及扩散层 向阴极移动，由于这些阳离子实际上是溶剂化的，故将
引起柱中的溶液整体向负极移动，速度ν电渗流。
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
2）HPCE中电渗流的大小
电渗流的大小用电渗流速度ν电渗流表示，取决于电 渗淌度μ和电场强度E。即
ν电渗流 = μ E 电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即
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；
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
1）电渗流现象
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。
μ = ε0εζ/η ε0—真空介电常数；ε—介电常数；ζ—毛细管壁的Zeta 电势。
ν电渗流 = ε0εζ E/η
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算 ν电渗流 = Lef/teo
Lef —毛细管有效长度； teo—电渗流标记物（中性物质） 的迁移时间。
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。
.
一、电泳分离法的原理
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；
.
.
一、电泳分离法的原理
当带电离子以速度ν 在电场中移动时，受到大小
相等、方向相反的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。
电场力：FE = qE
阻 力：F = fν 故： qE = fν
q—离子所带的有效电荷； E —电场强度； ν—离子在电场中的迁移速度；
f —平动摩擦系数 ( 对于球形离子： f =6πηr；r —离子的表 观液态动力学半径；η —介质的粘度； )
（6－2）
式中，V是外加电压，L是两电极间的距离，t是 电泳的时间，s是带电质点在时间t内迁移的距离。
根据上式，两种粒子迁移距离之差为：
Δs Δμ t V L
.
（6－3）
一、电泳分离法的原理
影响带电粒子分离程度的因素 1）带电粒子迁移率（淌度）
根据（6－3）式，两种粒子的淌度差越大， 分离越好。而根据（6－1）式可知：带电粒子的 淌度与电荷成正比，与离子半径成反比。
一是采用了20-75μm内径的毛细管； 二是采用了高达数千伏的电压。
.
1.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；
.
1.高效毛细管电泳的特点
所以，电荷与半径相差越大，越容易用电泳 法分离。
.
一、电泳分离法的原理
2）电解质溶液的组成 据（6－1）式，溶液组成不同，粘度不同，导致
迁移率不同。另外，电解质组成不同，有时会改变 测定物的电荷及半径，从而导致迁移率不同。
.
一、电泳分离法的原理
3）外加电位梯度 电位梯度是指每厘米的平均电位降，即V/L，当L一
电泳分为前流型和区带型。前流型是指无支持 体的溶液自由进行的，而区带型是指在一个支持体上 进行的电泳。后者应用最广。
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（即前流型）、毛细管等；
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。
定时，加在两电极间的电压越高，分离所需的时间越 短，分离越完全。
对于分离性质相近的元素，多半使用高压电泳，其 电位梯度达100V/cm以上,但高电场会产生焦耳热，使 柱效降低。
.
一、电泳分离法的原理
4）电泳时间 电泳时间越长，离子分离越完全。但分离性质
相似的元素，单靠增加电泳时间收效不大。
.
二、电泳分离法的分类
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
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）。
.
2.高效毛细管电泳的基本理论
石英毛细管，柱内充液pH>3时，表面电离成SiO-,管内壁带负电荷，形成双电层。
.
一、电泳分离法的原理
所以，迁移速度：
qE q E f 6πr
（球形离子）
物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。
淌度（迁移率）μ ：单位电场强度下的平均电泳速度。
q （6－1） E 6πr
.
一、电泳分离法的原理
另外，根据离子迁移率的定义，μ也可以写成：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
μ υ s/t s L E V /L V t
.
三、高效毛细管电泳
1.高效毛细管电泳的发展与特点 2.高效毛细管电泳的基本理论 3.高效毛细管电泳的仪器 4.高效毛细管电泳的分离模式
.
1.高效毛细管电泳的发展与特点
1981年，Jorgenson和Luckas，用75μm内径石英 毛细管进行电泳分析，柱效高达4×105/m理论塔板数， 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。 高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进：