仪器分析：毛细管电泳法

基本原理
HPLC分离原理是基于分配系数的差别， 保留时间不同而分离—色谱行为
CE是在电场作用下离子的大小与电荷数 量、符号不同，电位不同，导致迁移速 度不同而分离—电泳行为。
毛细管电色谱（CEC），则具有电泳及色 谱二种分离行为。
电泳与电泳淌度
电泳速率 uep 荷电质点在电场作用下，在电解质溶液
度：
μapp=μep+μeo
正极端进样，负极端检测时：
正离子μapp=μeo+μep
负离子μapp=μeo-μep
中性分子μapp=μeo
电渗流速率是电泳速率的5～7倍
带负电荷的阴离子其电泳方向 指向阳极，与介质的电渗流的方向 相反。
中性分子，跟随介质电渗流向 阴极移动。
表观淌度(μapp )小结
毛细管区带电泳
(capillary zone electrophoresis；CZE)
最常用的电泳法。CZE的分离机制 是基于组分的电泳淌度的差别而分离。 原理已经介绍，不再重复。
胶束电动毛细管色谱 (micellar electro-kinetic capillary
chromatography; MEKC 或MEKCC)
甚至于勿需前处理。 用于医学诊断、药理研究 的血、尿样等。 三、分析运行成本低。 四、特征性强。 例：用CE分析冬虫夏草获44个峰，很易区别 蛹虫草、人工培养品、伪品、次品等。而用HPLC 法只能获得十几个色谱峰，
CE已成为药典法定方法
2000年版及2005年版中国药典 （附录），已将毛细管电泳法收 载为法定方法。
Kmw
水相
毛细管电泳法的特点
CE
HPLC
柱效
105106/m
104/m
峰容量 1520/min 进样量 10ng10-1g
< 5/min 10g
UV检测限 10-9g/mL
10-10g/mL
（光径） < 100m
1cm(104m)
驱动力 电压(电渗泵) 液压(液压泵)
预处理 一般不需（“脏样品”） 需要(“净”样品)
-
+
电渗流的迁移速度ueo和电场强度E 成正比。
电渗淌度μeo 单位场强下的电渗速率为电渗淌度。 μeo= ueo /E = /
缓冲溶液的介电常数 双电层电位 缓冲溶液的粘度
表观淌度
在CE中，离子被观测到的淌度是离子
的电泳淌度（μep）和背景电解质溶液的
电渗淌度（μeo）的矢量和，称为表观淌
毛细管电泳法
❖ 概述（概念与分类） ❖ 基本原理 ❖ 分离类型与应用实例
概述
毛细管电泳法 (CE，Capillary Electrophoresis)
高效毛细管电泳法 ( HPCE， High Performance Capillary
Electrophoresis )
电泳 带电质点(离子或胶粒)在电解质溶液 中，在电场作用下，向荷电相反的电 极迁移的现象。因带电质点的电荷数 量、电荷符号与质点的大小的差别, 迁移速度不同而分离。
分离机制 MEKC是在缓冲溶液中加入 表面活性剂，当表面活性剂的浓度超 过临界胶束浓度（CMC）时，则形成荷 电胶束。在无胶束存在时，所有中性 分子将同时随同电渗流到达检测器， 而不能分离。
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在有胶束存在时，带负电荷的胶束在 电场作用下向相反方向（阳极）泳动（但 速度一般小于电渗流的速度，因此也缓慢 跟随电渗流向阴极迁移）。中性分子在胶 束（准固定相）和水相间形成分配平衡， 靠中性分子在胶束中的保留（“溶解”） 能力的不同而分离。
因此, H =B/u
（2）流型不同 CE
HPLC
毛细管电泳与高效液相色谱的流型与峰型的比较
毛细管电泳的重复性
提高定量重复性，可采用叠加 对比法或内标法，RSD < 4%
提高迁移时间的重复性，可采 用相对保留值RSD < 3%
毛细管电泳法用于中药及生物样品分 析的优点
一、具有柱效高、进样体积小等特点。 二、抗污染能力强。分析中药样品时，前处理 简单，
中的迁移速度 电泳淌度μep
荷电质点在单位电场强度下的电泳速率
ep uep / E
电渗和电渗淌度
电渗或电渗流 （electroosmotic flow，EOF）
毛细管内溶液在电场作用下整体朝一 个方向迁移的现象
迁移的速率叫电渗速率ueo
毛细管内壁的Si-OH解离为硅氧基(Si-O-）阴 离子,吸引了溶液中的阳离子，形成双电层。在毛 细管两端加电压时,双电层中的阳离子向阴极移动, 由于离子是溶剂化的,所以带动毛细管中的整体溶 液向阴极移动
阳离子 μapp= μeo +μep 中性分子 μapp= μeo(电渗淌度) 阴离子 μapp= μeo –μep
μapp(阳) μeo μapp(阴)
分离后的出峰顺序：
正离子→中性分子→负离子
毛细管电泳的柱效和分离度
(1)理论塔板数n：
n=μappV /2D D为组分的扩散系数,
若不知扩散系数,可由迁移时间与半峰宽求得:
n=5.54(t /w1/2)2
(2) 分离度
n为平均理论塔板数； u为两组分迁移速度的差值 u为平均迁移速度
R n • u 4u
定量分析方法 叠加对比法
A
A’
AR
A
A A
m m
m
m
A
/
A / AR AR, A
/
AR
分离类型
毛细管区带电泳法（CZE） 胶束电动毛细管色谱法（MEKC） 环糊精电动毛细管色谱法（CDEKC） 凝胶毛细管电泳法（CGE） 等电聚焦毛细管电泳法（IEFCE） 毛细管电色谱法（CEC）
分析成本 低
高
CE柱效高的原因
(1)无涡流扩散项与传质阻抗项
柱效用Van Deemter方程式讨论。 H = A + B/u + Cu
在毛细管区带电泳（CZE）中，使用空心 毛细管柱，无涡流扩散项（A=0）。内壁 也不涂渍固定液，消除了组分在固定相 与流动相间的平衡所需要的时间,使传质 阻抗项（Cu）趋近于零。
电泳法 利用电泳现象进行定性、定量的 分离分析方法。
毛细管电泳法 在毛细管中进行的电泳。
毛细管电泳仪的流路
毛细管电泳仪:高压电源、毛细管、背景电解 质贮液槽、检测器及工作站
一根长约50～100cm，内径25～100μm的熔融 毛细管柱，一端由进样装置吸入样品，一端经过 检测器。毛细管两端插入电解质贮液槽中,用高压 电源外加约20kV～30kV的稳定电压。