仪器分析：毛细管电泳及其应用
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随着商品仪器在1988年的迅速推出，CE开始突飞猛进 地进入发展的黄金时期。
2、 CE的基本原理
基本结构示意图如下：
1-高压电源，2-缓冲池，3-毛细管， 4-检测器，5-数据采集处理系统
电泳: 带电离子在电场作用下的迁移，速度ν电泳
在pH>2.5的碱性或弱酸性的溶液中，毛细管内表面因Si-OH基电离
接触式电导检测
电感耦合
非接触式电导检测 电容耦合
CE与HPLC的比较
1. 空心柱，柱子不易污染，即使污染液也易于全面 清洗，价格便宜，不必担心报废；
2. 样品前处理要求简单 3. 分析时间相对较短 4. 柱效高，适合多组分分析 5. 进样体积小，所用化学试剂量小，成本低 6. 仪器结构简单，自动化程度高 7. 多种分离模式 8. 环境友好、洁净、水溶液
毛细管电泳及其应用
内容组成 一、毛细管电泳简介 二、毛细管电泳和高效液相色谱的比较 三、实验内容
一、毛细管电泳简介
Capillary Electrophoresis, High Performance Capillary Electrophoresis,简称CE或HPCE
毛细管—分离通道，高压电场—驱动力，依靠分配行为不同— 得到分离
4.实验步骤
1)开机，进入软件系统，设参数如下： 分离电压20 kV(正极进样，负极检测) 进样时间:3S，检测器：254nm
2)毛细管清洗 3)分别单组分进样，确定迁移时间 4)进混合样品 5)改变电压，考察电压对分离的影响
5. 结果分析
不同电压下三组分的迁移时间及分离度
不同buffer条件下，大黄中五种组分的迁 移时间和分离度
包括电泳、色谱以及相关交叉内容，是分析科学中继高效液相 色谱技术之后又一重大进展，它使得分析科学得以从微升水平 进入纳升水平
1. CE的历史
早在一百多年以前就发现了电泳现象。
电泳: 带电粒子 外电场 电介质溶液中 以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象。
传统电泳的局限性: 难以克服由两端高压所带来的 焦耳热，难以加快分析速度和分离质量。
电化学检测方法：电位检测、安培检测、电导检测
其它方法：质谱检测、激光发热检测、折射指数检测、间接 检测
CE-电化学检测(CE-ECD)自八十年代问世以 来，已迅速发 展成为一种重要的分离分析方法 。
CE-ECD的独特优点：
仪器简单，价格低廉，易于普及；易于微型化；
安培检测：原理 电活性物质
氧化还原反应
而带负电荷，负电荷表面和溶液接触形成双电层。在电场作用下， 双电层中的水合阳离子层引起溶液在毛细管内整体向负极流动，形 成电渗流。
迁移速度等于电泳和电渗流两种速度的矢量和。
CZE的基本分离原理 : 各种粒子在毛细管内的迁移速度不同而实现分离
迁移时间做——定性 ，峰高或峰面积——定量。
毛细管电泳的特点
2、CE的操作模式
毛细管区带电泳(CZE)，胶束电动毛细管色谱 (MEKC)，毛细管等电聚焦(CIEF)，毛细管 等速电泳(CITP)，毛细管凝胶电泳(CGE)， 非水毛细管电泳(NACE)，芯片毛细管电泳 (CCE)等多种模式。
3、CE的检测技术
常见的检测方法：紫外可见吸收检测、激光诱导荧光检测、 化学发光检测
在二十世纪六十年代，电泳从经典传统电泳进入了毛细 管电泳时代 。
最大优点: 电泳过程在散热效率极高的毛细管内进行， 从而可以确保引入高的电场强度，全面改善分离质量。
1967年Hjerten率先提出在高电场强度、窄孔径毛细管 中进行自由溶液区带电泳——历史起点。
真正轰动分析技术界的是1981年Jorgenson 和Lukacs的 开创性研究成果。在75 μm的毛细管内实现了丹酰化氨 基酸样品的快速、高效的分离，并阐明了CE的有关理论， 成为CE发展史上划时代的里程碑。
实验内容
1.实验目的 2. 实验原理 3.仪器与试剂 4.实验步骤 5.结果分析 6.问题讨论
1.实验目的
了解毛细管电泳仪的基本原理和操作 了解分离电压对组分迁移时间的影响 了解不同缓冲液对组分分离的影响
2. 实验原理
V=（μep + μeo）E
V: 组分迁移速度, m/s；E：外加电场强度, V/m
优势
响应不依赖光程（可用窄毛细管） 检测灵敏度高 选择性好
左图：安装后的微型电化学检测池
1. 分离毛细管，2. 工作电极， 3, 4, 6. 参比电极，辅助电极， 接地电极， 5. 缓冲液池
电导检测：原理 优势
分类
背景电解质
荷电物质
电导率差
通用性好，线性范围宽，光学检测无能为力时更 有用，仪器结构比光学检测的简单(不需光学元 件)，仅需简单的电极和响应电路，造价低廉， 易于微型化
mV 7
(1) 3.520' 吡啶 (2) 4.781' 苯酚
(3) 15.726' 苯甲酸钠
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3 2
4
6
8
10
12
14
16
min
D:\HPCE\CE－test\08-4-24\254nm -20kV－20mmol/LNaH2PO4 -NaOH调pH＝5.6－混标100ug-ml-2s 000001(00001,15;44;17).hw
(1) 高效：效率在105-106片/m间，CGE效率可达107片/m以上 (2) 快速：几十秒至十几分钟完成分离； (3) 微量：进样所需的体积小到1L，消耗体积在1-50nL； (4) 多模式：可根据需要选用不同分离模式且仅需一台仪器 (5) 样品对象广：从无机离子到整个细胞，具有“万能”分
析 功能或潜力； (6) 经济：实验消耗不过几毫升缓冲溶液，维持费可用分 人 民币计算； (7) 自动：CE是目前自动化程度最高的分离方法之一； (8) 洁净：通常使用水溶液，对人对环境无害。
μep：待测组分淌度，m2/s/V μeo: 电渗流淌度， m2/s/V
一定条件下，待测组分有效淌度不同，给定电场强度条件 下，迁移速度不同，从而得到分离。
3.仪器与试剂
北京彩陆高效毛细管电泳仪
缓冲液：20mmol/L磷酸二氢钠溶液 用0.1mol/L氢氧化钠调节pH＝5.8；
Samples: 吡啶、苯酚、苯甲酸钠浓度 均为1％，实验前用水稀释至50倍进样
2、 CE的基本原理
基本结构示意图如下：
1-高压电源，2-缓冲池，3-毛细管， 4-检测器，5-数据采集处理系统
电泳: 带电离子在电场作用下的迁移，速度ν电泳
在pH>2.5的碱性或弱酸性的溶液中，毛细管内表面因Si-OH基电离
接触式电导检测
电感耦合
非接触式电导检测 电容耦合
CE与HPLC的比较
1. 空心柱，柱子不易污染，即使污染液也易于全面 清洗，价格便宜，不必担心报废；
2. 样品前处理要求简单 3. 分析时间相对较短 4. 柱效高，适合多组分分析 5. 进样体积小，所用化学试剂量小，成本低 6. 仪器结构简单，自动化程度高 7. 多种分离模式 8. 环境友好、洁净、水溶液
毛细管电泳及其应用
内容组成 一、毛细管电泳简介 二、毛细管电泳和高效液相色谱的比较 三、实验内容
一、毛细管电泳简介
Capillary Electrophoresis, High Performance Capillary Electrophoresis,简称CE或HPCE
毛细管—分离通道，高压电场—驱动力，依靠分配行为不同— 得到分离
4.实验步骤
1)开机，进入软件系统，设参数如下： 分离电压20 kV(正极进样，负极检测) 进样时间:3S，检测器：254nm
2)毛细管清洗 3)分别单组分进样，确定迁移时间 4)进混合样品 5)改变电压，考察电压对分离的影响
5. 结果分析
不同电压下三组分的迁移时间及分离度
不同buffer条件下，大黄中五种组分的迁 移时间和分离度
包括电泳、色谱以及相关交叉内容，是分析科学中继高效液相 色谱技术之后又一重大进展，它使得分析科学得以从微升水平 进入纳升水平
1. CE的历史
早在一百多年以前就发现了电泳现象。
电泳: 带电粒子 外电场 电介质溶液中 以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象。
传统电泳的局限性: 难以克服由两端高压所带来的 焦耳热，难以加快分析速度和分离质量。
电化学检测方法：电位检测、安培检测、电导检测
其它方法：质谱检测、激光发热检测、折射指数检测、间接 检测
CE-电化学检测(CE-ECD)自八十年代问世以 来，已迅速发 展成为一种重要的分离分析方法 。
CE-ECD的独特优点：
仪器简单，价格低廉，易于普及；易于微型化；
安培检测：原理 电活性物质
氧化还原反应
而带负电荷，负电荷表面和溶液接触形成双电层。在电场作用下， 双电层中的水合阳离子层引起溶液在毛细管内整体向负极流动，形 成电渗流。
迁移速度等于电泳和电渗流两种速度的矢量和。
CZE的基本分离原理 : 各种粒子在毛细管内的迁移速度不同而实现分离
迁移时间做——定性 ，峰高或峰面积——定量。
毛细管电泳的特点
2、CE的操作模式
毛细管区带电泳(CZE)，胶束电动毛细管色谱 (MEKC)，毛细管等电聚焦(CIEF)，毛细管 等速电泳(CITP)，毛细管凝胶电泳(CGE)， 非水毛细管电泳(NACE)，芯片毛细管电泳 (CCE)等多种模式。
3、CE的检测技术
常见的检测方法：紫外可见吸收检测、激光诱导荧光检测、 化学发光检测
在二十世纪六十年代，电泳从经典传统电泳进入了毛细 管电泳时代 。
最大优点: 电泳过程在散热效率极高的毛细管内进行， 从而可以确保引入高的电场强度，全面改善分离质量。
1967年Hjerten率先提出在高电场强度、窄孔径毛细管 中进行自由溶液区带电泳——历史起点。
真正轰动分析技术界的是1981年Jorgenson 和Lukacs的 开创性研究成果。在75 μm的毛细管内实现了丹酰化氨 基酸样品的快速、高效的分离，并阐明了CE的有关理论， 成为CE发展史上划时代的里程碑。
实验内容
1.实验目的 2. 实验原理 3.仪器与试剂 4.实验步骤 5.结果分析 6.问题讨论
1.实验目的
了解毛细管电泳仪的基本原理和操作 了解分离电压对组分迁移时间的影响 了解不同缓冲液对组分分离的影响
2. 实验原理
V=（μep + μeo）E
V: 组分迁移速度, m/s；E：外加电场强度, V/m
优势
响应不依赖光程（可用窄毛细管） 检测灵敏度高 选择性好
左图：安装后的微型电化学检测池
1. 分离毛细管，2. 工作电极， 3, 4, 6. 参比电极，辅助电极， 接地电极， 5. 缓冲液池
电导检测：原理 优势
分类
背景电解质
荷电物质
电导率差
通用性好，线性范围宽，光学检测无能为力时更 有用，仪器结构比光学检测的简单(不需光学元 件)，仅需简单的电极和响应电路，造价低廉， 易于微型化
mV 7
(1) 3.520' 吡啶 (2) 4.781' 苯酚
(3) 15.726' 苯甲酸钠
6
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0
-1
-2
-3 2
4
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16
min
D:\HPCE\CE－test\08-4-24\254nm -20kV－20mmol/LNaH2PO4 -NaOH调pH＝5.6－混标100ug-ml-2s 000001(00001,15;44;17).hw
(1) 高效：效率在105-106片/m间，CGE效率可达107片/m以上 (2) 快速：几十秒至十几分钟完成分离； (3) 微量：进样所需的体积小到1L，消耗体积在1-50nL； (4) 多模式：可根据需要选用不同分离模式且仅需一台仪器 (5) 样品对象广：从无机离子到整个细胞，具有“万能”分
析 功能或潜力； (6) 经济：实验消耗不过几毫升缓冲溶液，维持费可用分 人 民币计算； (7) 自动：CE是目前自动化程度最高的分离方法之一； (8) 洁净：通常使用水溶液，对人对环境无害。
μep：待测组分淌度，m2/s/V μeo: 电渗流淌度， m2/s/V
一定条件下，待测组分有效淌度不同，给定电场强度条件 下，迁移速度不同，从而得到分离。
3.仪器与试剂
北京彩陆高效毛细管电泳仪
缓冲液：20mmol/L磷酸二氢钠溶液 用0.1mol/L氢氧化钠调节pH＝5.8；
Samples: 吡啶、苯酚、苯甲酸钠浓度 均为1％，实验前用水稀释至50倍进样