毛细管电泳ppt课件
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电泳法（electrophoresis）以电泳为基础的分离分 析方法。
•毛细管电泳（又称高效毛细管电泳）（HPCE ），是 一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动 力的新型电泳分离技术。 • 包含电泳、色谱及其交叉内容。
• 电泳法的发展史(Phylogeny)：
• 电泳现象早在18世纪就被发现。 • 1909年，L.Michaelis提出“电泳
纸电泳 醋酸纤维素电泳 淀粉凝胶电泳 琼脂糖电泳 聚丙烯酰胺凝胶电泳
u E
电泳速度
电泳速率 电场强度
V/L(V/m)
影响因素： 1. 电荷效应 2. 溶液pH值 3. 离子强度和温度 4. 电渗 5. 载体性质和分子筛
• 常压电泳：电位梯度 50V/cm • 高压电泳：电位梯度 50V/cm
• 花絮
• 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；
(electrophoresis) ”这一术语，他的实验是用
于测定蛋白质的等电点。
• 1937年，瑞典科学家A.Tiselius 成功研制出界 面电泳仪，并建立了移动界面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ泳法，用于人血 清蛋白的分离。
• Tiselius于48年获诺贝尔化学奖。
1.经典电泳技术
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。
5.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；
20.1 毛细管电泳的基本原理
一、 电泳和电泳淌度 二、 电渗和电渗率 三、表观淌度 四、 分离效率和谱带展宽 五、 分离度
一 、电泳和电泳淌度
电泳的速度 uep 可表示为： uep epE
（2）分离原理：不同（驱动力不同）
HPCE：带电粒子在电场中发生定向移动，依据粒 子所带电荷数、形状、离解度等不同所产生的差速 迁移而分离。
HPLC：不同组分在两相中的分配系数不同而分离。
（3）仪器流程：基本相同 都包括进样装置、分离柱、检测器和数据记录处理 等部分。
（4）应用：二者相互补充 HPCE在生物大分子分离方面，在分析速度和效 率、样品和试剂用量方面有优势，但在样品制备 和定性、定量重复性等方面不及HPLC。
• 88年商品化HPCE问世，高灵敏度柱上检测器的 发 展 使 HPCE 在 世 界 范 围 内 蓬 勃 开 展 。 HPCE 已 成为电泳领域发展最快的新分支。
高效毛细管电泳法与高效液相色谱法比较
（1）分离过程： 相同
HPCE 与HPLC 都是一种液相分离分析技术。都是 差速迁移过程，可用相同的理论来描述,如保留值、 塔板理论和速率理论等。
传统电泳的缺陷： （1） 焦耳热效应：电流通过电泳介质而产生 的热效应。
使电泳分离介质温度分布不均匀，引起溶 液对流，从而导致区带展宽，降低分离效率。 焦耳热效应随电场强度的增大而迅速加剧，限 制了高电压的使用。
（2）无法在线检测，定量精度较差。
2.高效毛细管电泳技术
1981年，Jorgenson和Luckas，用75m内径的石 英毛细管电泳分离了丹酰化氨基酸，柱效高达 40万/m，使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。
•ep —电泳淌度，单位电场下的电泳速度。
空心毛细管柱中一个粒子的淌度近似表示为：
ep
i 4
－介质的介电常数 －介质的粘度
与介质性 质有关
i－粒子的 Zeta 电势,近似正比于
Z/M2/3 Z 为净电荷， M 为摩尔质 量。
与粒子性质有关：表面电荷和粒子质量的大小
有效淌度：在实际溶液中，考虑离子活度系数、溶 质分子的离解程度均对粒子的淌度有影响，这时的 淌度称为有效淌度。
毛细管电泳：使电泳过程在散热效率极高的毛细 管内进行，使焦耳热效应减小，能使用高电压， 全面改善分离质量和提高分析速度。
高效毛细管电泳在技术上采取了三项重要改进： 一、采用了50 m内径的毛细管； 二、采用了高达数千伏的高电压； 三、实现了高灵敏度的在线检测。
毛细管的使用使产生的热量能够较快散发，大 大减小了温度效应，可以使用很高的电压。 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱内 径变小，柱长增加，理论塔板数高达几十万块/米， 特殊柱子可以达到数百万。
小结：高效毛细管电泳法的特点 （多、快、好、省）
1.分离模式多：
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（纳升），水介质中进行；
4.仪器简单、易自动化
电源、毛细管、检测器、溶液瓶
第20章 毛细管电泳法 ( Capillary Electrophoresis CE )
• 概述 • 20.1 CE 的基本原理 • 20.2 CE 的分离模式 • 20.3 毛细管电泳仪 • 20.4 CE 在医药中的应用进展
概述
电泳：溶液中的带电粒子（离子、胶粒或分子）在 电场中的定向迁移现象。物理化学现象。
总之，与经典电泳法比较，毛细管电泳法的特点 有四个：高效、快速、微量和自动化。
毛细管电泳的发展
• 1981年，Jorgenson．和Lukacs 使用75μm内 径的熔融石英毛细管，电泳分离氨基酸和肽，成 为高效毛细管电泳划时代的里程碑。至此，出现 了毛细管电泳技术。
• 80年代以来，诞生了很多新的毛细管电泳方法， 如毛细管凝胶电泳和毛细管等电聚焦电泳。
• 经典电泳法
自由界面电泳（无载体电泳） 区带电泳（有载体支持电泳）
• 界面电泳 ：在没有惰性支持物的液体接界面上 进行的电泳。
缺点：对流较严重，组分不能完全分离，检测困难
• 区带电泳： 是在溶液中加入一些惰性物质或凝胶 物质作为支持物，泳动物质在支持物间隙中移动 的电泳方法。 避免对流的干扰。
•毛细管电泳（又称高效毛细管电泳）（HPCE ），是 一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动 力的新型电泳分离技术。 • 包含电泳、色谱及其交叉内容。
• 电泳法的发展史(Phylogeny)：
• 电泳现象早在18世纪就被发现。 • 1909年，L.Michaelis提出“电泳
纸电泳 醋酸纤维素电泳 淀粉凝胶电泳 琼脂糖电泳 聚丙烯酰胺凝胶电泳
u E
电泳速度
电泳速率 电场强度
V/L(V/m)
影响因素： 1. 电荷效应 2. 溶液pH值 3. 离子强度和温度 4. 电渗 5. 载体性质和分子筛
• 常压电泳：电位梯度 50V/cm • 高压电泳：电位梯度 50V/cm
• 花絮
• 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；
(electrophoresis) ”这一术语，他的实验是用
于测定蛋白质的等电点。
• 1937年，瑞典科学家A.Tiselius 成功研制出界 面电泳仪，并建立了移动界面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ泳法，用于人血 清蛋白的分离。
• Tiselius于48年获诺贝尔化学奖。
1.经典电泳技术
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。
5.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；
20.1 毛细管电泳的基本原理
一、 电泳和电泳淌度 二、 电渗和电渗率 三、表观淌度 四、 分离效率和谱带展宽 五、 分离度
一 、电泳和电泳淌度
电泳的速度 uep 可表示为： uep epE
（2）分离原理：不同（驱动力不同）
HPCE：带电粒子在电场中发生定向移动，依据粒 子所带电荷数、形状、离解度等不同所产生的差速 迁移而分离。
HPLC：不同组分在两相中的分配系数不同而分离。
（3）仪器流程：基本相同 都包括进样装置、分离柱、检测器和数据记录处理 等部分。
（4）应用：二者相互补充 HPCE在生物大分子分离方面，在分析速度和效 率、样品和试剂用量方面有优势，但在样品制备 和定性、定量重复性等方面不及HPLC。
• 88年商品化HPCE问世，高灵敏度柱上检测器的 发 展 使 HPCE 在 世 界 范 围 内 蓬 勃 开 展 。 HPCE 已 成为电泳领域发展最快的新分支。
高效毛细管电泳法与高效液相色谱法比较
（1）分离过程： 相同
HPCE 与HPLC 都是一种液相分离分析技术。都是 差速迁移过程，可用相同的理论来描述,如保留值、 塔板理论和速率理论等。
传统电泳的缺陷： （1） 焦耳热效应：电流通过电泳介质而产生 的热效应。
使电泳分离介质温度分布不均匀，引起溶 液对流，从而导致区带展宽，降低分离效率。 焦耳热效应随电场强度的增大而迅速加剧，限 制了高电压的使用。
（2）无法在线检测，定量精度较差。
2.高效毛细管电泳技术
1981年，Jorgenson和Luckas，用75m内径的石 英毛细管电泳分离了丹酰化氨基酸，柱效高达 40万/m，使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。
•ep —电泳淌度，单位电场下的电泳速度。
空心毛细管柱中一个粒子的淌度近似表示为：
ep
i 4
－介质的介电常数 －介质的粘度
与介质性 质有关
i－粒子的 Zeta 电势,近似正比于
Z/M2/3 Z 为净电荷， M 为摩尔质 量。
与粒子性质有关：表面电荷和粒子质量的大小
有效淌度：在实际溶液中，考虑离子活度系数、溶 质分子的离解程度均对粒子的淌度有影响，这时的 淌度称为有效淌度。
毛细管电泳：使电泳过程在散热效率极高的毛细 管内进行，使焦耳热效应减小，能使用高电压， 全面改善分离质量和提高分析速度。
高效毛细管电泳在技术上采取了三项重要改进： 一、采用了50 m内径的毛细管； 二、采用了高达数千伏的高电压； 三、实现了高灵敏度的在线检测。
毛细管的使用使产生的热量能够较快散发，大 大减小了温度效应，可以使用很高的电压。 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱内 径变小，柱长增加，理论塔板数高达几十万块/米， 特殊柱子可以达到数百万。
小结：高效毛细管电泳法的特点 （多、快、好、省）
1.分离模式多：
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（纳升），水介质中进行；
4.仪器简单、易自动化
电源、毛细管、检测器、溶液瓶
第20章 毛细管电泳法 ( Capillary Electrophoresis CE )
• 概述 • 20.1 CE 的基本原理 • 20.2 CE 的分离模式 • 20.3 毛细管电泳仪 • 20.4 CE 在医药中的应用进展
概述
电泳：溶液中的带电粒子（离子、胶粒或分子）在 电场中的定向迁移现象。物理化学现象。
总之，与经典电泳法比较，毛细管电泳法的特点 有四个：高效、快速、微量和自动化。
毛细管电泳的发展
• 1981年，Jorgenson．和Lukacs 使用75μm内 径的熔融石英毛细管，电泳分离氨基酸和肽，成 为高效毛细管电泳划时代的里程碑。至此，出现 了毛细管电泳技术。
• 80年代以来，诞生了很多新的毛细管电泳方法， 如毛细管凝胶电泳和毛细管等电聚焦电泳。
• 经典电泳法
自由界面电泳（无载体电泳） 区带电泳（有载体支持电泳）
• 界面电泳 ：在没有惰性支持物的液体接界面上 进行的电泳。
缺点：对流较严重，组分不能完全分离，检测困难
• 区带电泳： 是在溶液中加入一些惰性物质或凝胶 物质作为支持物，泳动物质在支持物间隙中移动 的电泳方法。 避免对流的干扰。