毛细管电泳技术
毛细管等速电泳
将毛细管等速电泳应用于食品安全检测，如食品添加剂、农药残 留和毒素检测等的分离机制，以提高毛细管等速电泳的分离效果和效 率。
联用技术
将毛细管等速电泳与其他分析技术联用，如质谱、光谱等，以提高 检测灵敏度和准确性。
微型化与便携化
研究开发微型化和便携化的毛细管等速电泳设备，以满足现场快速检 测的需求。
毛细管等速电泳
目录 CONTENT
• 毛细管等速电泳简介 • 毛细管等速电泳实验技术 • 毛细管等速电泳在生物医学中的
应用 • 毛细管等速电泳的优缺点 • 毛细管等速电泳的未来发展
01
毛细管等速电泳简介
定义与原理
定义
毛细管等速电泳是一种利用电场 对带电粒子进行分离的电泳技术 。
原理
在毛细管中施加直流电场，带电 粒子在电场的作用下以不同的速 度进行迁移，通过不同时间到达 检测器，从而实现分离。
标准品
用于校准和验证实验结果。
实验步骤
准备毛细管和电解质溶液。
01
打开电泳仪电源，设置实验参数，如电压 、电流和温度等。
03
02
将毛细管连接到电泳仪上，并确保密封良好 。
04
注入电解质溶液和标准品，开始电泳分离 。
通过检测器检测带电分子，记录数据。
05
06
分析数据，得出结论。
03
毛细管等速电泳在生物医 学中的应用
高效进样技术
优化进样技术，减少样品在毛细管内的扩散和稀 释，提高检测灵敏度和准确性。
自动化与智能化
实现毛细管等速电泳的自动化和智能化，提高分 析速度和降低人工操作误差。
应用拓展
环境监测
将毛细管等速电泳应用于环境监测领域，如水质分析、土壤重金 属检测等。
毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis, CE
毛细管电泳是带电粒子在 电场力的驱动下，在毛细 管中按其淌度或和分配系 数不同进行高效、快速分 离的电泳新技术，也称为 高效毛细管电泳。
20世纪30－40年代 蒂塞利乌斯 (A.W.K.Tiselius） 建立了移动界面电泳，将电泳发 展成分离技术 获得1948年诺贝尔化学奖
实验中，只发生电泳时有效淌度
μef =υef ﹒ (L /V) =( l / tm )﹒(L /V)
毛细管有效长度
迁移时间 毛毛细管细电泳管法 总长度
电压
2 电泳和电渗
电渗
与固液界面的双电层有着密切的关系
在毛细管壁双电层的扩散层中的阳离子，相对于毛 细管壁的负电荷表面，形成一个圆筒形的阳离子鞘， 在电场作用下，溶剂化了的阳离子，沿滑动面与紧 密层作相对运动，携带着溶剂一起向阴极迁移，便 形成了电渗流（electroosmotic flow , EOF）。
1981年 J.W.Jorgenson,K.D.Lukacs实验上和理论 上为毛细管电泳的发展奠定了基础。 上一世纪后二十多年分析化学领域中发展最迅速的分离 分析方法。
主要内容
毛细管电泳的原理 分离模式 进样与检测 毛细管电泳的应用
一 毛细管电泳的原理
1 装置
电极 缓冲液
毛细管
数据处理
毛细管电泳法
2 电泳和电渗
µeo正比于Zeta电势和介质的 介电常数
改变电渗流的方法
反比于介质的黏度
Zeta电势正比于双电层厚度 和界面有效电荷密度
1. 改变外加径向电场
反比于介质的介电常数
2. 改变缓冲液成分和浓度
Zeta电势
3. 改变缓冲液pH 4. 加入添加剂
毛细管电泳法
在毛细管中施加电场，带电粒子在电场的作用下产生迁移，由于迁移速度与粒 子所带电荷、半径、质量等因素有关，因此不同粒子在电场中产生不同的迁移 速度，从而实现分离。
发展历程
01
02
03
1980年代初期
毛细管电泳法由 Jorgenson和Lukacs首次 提出并实验验证。
1980年代中期
该技术逐渐成熟，被广泛 应用于生物、医药、环境 等领域。
饮用水安全
毛细管电泳法能够检测饮用水中 的消毒副产物、有机污染物等， 保障饮用水安全。
在食品检测领域的应用
食品添加剂分析
毛细管电泳法能够分离和检测食品中 的添加剂，如色素、防腐剂等，有助 于食品安全监管。
营养成分分析
毛细管电泳法能够快速分析食品中的 营养成分，如氨基酸、维生素等，有 助于食品质量控制和营养评价。
核酸分析
毛细管电泳法能够分离和检测核酸片段，用于基 因诊断、基因表达研究和法医学鉴定。
3
临床检验
毛细管电泳法可用于检测体液中的小分子代谢物， 如氨基酸、糖类等，辅助临床诊断。
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳法能够分离和检测水 体、土壤中的有害物质，如重金 属、农药残留等，有助于环境监 测和污染治理。
在化学分析领域的应用
有机物分析
毛细管电泳法能够分离和检测有机化合物，如药物、染料等 ，在药物研发、化工生产等领域有广泛应用。
金属离子分析
毛细管电泳法能够高灵敏度地检测金属离子，如铅、汞、镉 等，可用于地质、冶金和环境等领域的研究。
谢谢
THANKS
加样
将处理好的样品加入毛 细管中，注意控制加样
量。
施加电压
启动电源，施加适当的 电压，使带电粒子在电
毛细管电泳技术
2.毛细管材料的影响 不同材料毛细管的表面电荷特性 不同，产生的电渗流大小不同
3. 电解质溶液性质的影响
（1）溶液pH的影响
对于石英毛细管，溶液pH增高时，表面电离多，电荷密度增加，管 壁zeta电势增大，电渗流增大，pH=7，将近达到最大； pH<3，完全被氢 离子中和，表面电中性，电渗流为零。
（4）毛细管等电聚焦（Capillary Isoelectric Focusing, CIEF） 是一种根据等电点的差别分离生物大分子的电泳技术。两性物质以电中性 状态存在时的pH值称为等电点，用pI表示。将被分离的物质和两性电解质混合 物装入毛细管，在电场作用下，不同等电点的两性载体电解质沿毛细管自动形成 pH梯度，被分离的两性物质各自迁移至其等电点，形成很窄的区带，分辨率很 高。
毛细管电泳仪主要构造
（1）高压电源
能输出0～30kV稳定、连续可调、极性可转换的直流电源，具有恒压、
恒流和恒功率输出，有些仪器还有电场强度程序控制。 （2）毛细管 内径20~100 μm、外径350~400 μm、长20~100 cm的弹性石英毛细管。
（3）缓冲液池 内装缓冲液，为电泳提供工作介质，要求体积小、清洗方便、对缓冲液呈化 学惰性。 （4）检测器
实际操作时，保持毛细管两端缓冲溶液平面高度相同。
毛细管电泳的几种分离模式
（1）毛细管区带电泳（Capillary Zone Electrophoresis, CZE） 是指溶质在毛细管内均一的背景电解质缓冲溶液中以不同速率迁移而 形成彼此分离的溶质带的电泳模式，分离的基础是淌度的差别。CZE只能分 析带有电荷的离子而不能分离中性物质。
1967年，Hjerten使用内径为3mm的石英玻璃管进行了自由溶液电泳。 1979年，Everaerts使用内径为200m的聚四氟乙烯管成功分离了16种有机酸。
药物分析中的毛细管电泳技术
药物分析中的毛细管电泳技术毛细管电泳技术（Capillary Electrophoresis，简称CE）是一种基于电动力的分离技术，被广泛应用于药物分析领域。
本文将介绍毛细管电泳技术在药物分析中的原理、应用和发展前景。
一、原理毛细管电泳技术的基本原理是利用电场作用下的离子迁移和分离。
这种技术借助于毛细管的高表面积和对电荷敏感性，通过调节电压和电流，使样品中的离子在毛细管中迁移，并在离子迁移速度不同的情况下实现分离。
二、应用1. 药物纯度检测毛细管电泳技术在药物纯度检测中具有很大优势。
通过测量样品中成分的峰高和面积，可以确定药物的含量和纯度。
毛细管电泳技术还可以检测含有多个成分的混合物，提高药物的纯度和质量。
2. 药物代谢研究毛细管电泳技术在药物代谢研究中也有广泛应用。
毛细管电泳技术可以快速分离和定量药物代谢产物，并提供与其他分析方法相比更高的分辨率和灵敏度。
这对于研究药物的代谢途径、代谢产物的生成和药物代谢动力学具有重要意义。
3. 药物配伍研究在多种药物联合使用时，毛细管电泳技术可以用于药物之间的相互作用研究。
通过测量药物在毛细管中迁移的速度和峰形，可以揭示药物之间的相互作用机制，为药物配伍的合理应用提供科学依据。
三、发展前景毛细管电泳技术在药物分析领域的应用前景广阔。
随着仪器设备的改进和方法的发展，毛细管电泳技术的分离效率和灵敏度得到提高，对药物分析的应用范围也越来越广泛。
未来，毛细管电泳技术有望在药物分析中发挥更重要的作用，如提高新药的研发效率、分析药物的药动学特性等。
总结：毛细管电泳技术作为一种快速、高效的药物分析方法，已经在药物纯度检测、药物代谢研究和药物配伍研究等方面取得了显著的应用效果。
在未来，随着技术的进一步发展和改进，毛细管电泳技术将在药物分析领域发挥更重要的作用，为药物研发和质量控制提供强有力的支持。
毛细管电泳技术及应用
毛细管电泳技术能够高效分离蛋白质 ，包括白蛋白、球蛋白、酶等，为生 物制药、蛋白质组学等领域提供有力 支持。
DNA和RNA分析
毛细管电泳可用于分析DNA和RNA片 段，在基因诊断、基因工程和生物信 息学等领域有广泛应用。
药物分析
药物成分分离
毛细管电泳能够分离和检测药物中的有效成分和杂质，有助于药物质量控制和研发。
仪器设备与操作
仪器设备
包括高压电源、进样系统、毛细管、检测器和数据采集系统等部分。
操作步骤
首先将样品注入毛细管一端，然后施加电压使带电粒子在电场中移动，同时通 过检测器对分离出的粒子进行检测，最后通过数据采集系统记录数据并进行分 析。
02
毛细管电泳的分离模式
区带电泳
总结词
区带电泳是毛细管电泳中最简单的一种形式，其原理是将样 品加在毛细管的一端，然后施加电压，使样品在电场的作用 下进行分离。
详细描述
在区带电泳中，样品在毛细管中形成一色带，由于不同组分 在电场中的迁移率不同，因此会以不同的速度向另一端移动 ，从而实现分离。这种分离模式适用于简单样品，如氨基酸 、肽和蛋白质等。
胶束电动色谱
总结词
胶束电动色谱是在毛细管电泳中加入一种称为表面活性剂的物质，使溶液的离子 强度和粘度发生变化，从而影响离子的迁移率。
要点二
血液中成分分析
通过毛细管电泳技术，可以分析血液中的离子、小分子和 蛋白质等成分，为临床诊断和治疗提供依据。
04
毛细管电泳技术的优缺点
优点
高分离效率
毛细管电泳技术利用电场对带电粒子的作用力，使其在毛 细管中分离，具有极高的分离效率，特别适合于复杂样品 的分离。
高灵敏度
毛细管电泳技术结合了多种检测手段，如紫外-可见光谱 、荧光光谱等，可以实现高灵敏度的检测，有利于痕量物 质的检测。
毛细管电泳和毛细管电色谱
其他领域
毛细管电泳还应用于食品分析 、冶金、地质等领域，可用于 金属离子、矿物成分等的分离
和检测。
02 毛细管电泳技术
CHAPTER
进样技术
压力进样
通过施加压力使样品进 入毛细管，适用于大体
积样品。
电动进样
利用电场力驱动样品进 入毛细管，适用于低粘
电解质浓度
影响电场强度和离子迁移率。
温度
影响分子热运动和扩散系数。
毛细管材料和内壁处理
影响样品在毛细管内的吸附和分离效 果。
03 毛细管电泳实验
CHAPTER
实验流程
安装毛细管
选择合适的毛细管，将其插入 仪器，确保密封良好。
运行实验
设定合适的实验参数，如电压、 温度、检测波长等，开始实验。
准备毛细管电泳仪
进系统
用于将样品注入到毛细管中。
实验材料
毛细管
具有微米级内径的玻璃或石英管，是电泳的分离通道。
电解质溶液
用于提供电泳所需的离子环境。
样品
待测物质，需进行适当预处理。
清洗液
用于清洗毛细管和仪器，保持实验的准确性。
04 毛细管电色谱简介
CHAPTER
定义与原理
定义
毛细管电色谱（CEC）是一种将高效电泳分离与高效液相色谱的固定相相结合 的分离技术。
亲和电泳
利用特异性亲和作用进行分离 ，如抗体-抗原、酶-抑制剂等
。
检测方法
紫外可见光谱
利用紫外可见光谱检测分离出的组分。
电化学检测
利用电化学方法对分离出的组分进行检测。
荧光检测
利用荧光物质标记待测组分，通过荧光信号 进行检测。
毛细管电泳法
此外，还有一类基于芯片的二维分离系统主要应用于蛋白质酶解物的分离分析。
除上述分离模式外，芯片自由流电泳也是芯片电泳分离蛋白质的重要方法。芯片自由流电泳是指在芯片中通 过外加电场使样品随缓冲液连续流动的同时沿电场方向进行电迁移，从而按照电泳淌度不同实现分离的电泳分离 模式。Raymond等采用芯片自由流电泳模式分离了人血清蛋白、缓激肽和核糖核酸酶A，其分离长度为3.1 cm，流 出时间为62 S。Kobayashi等采用自由流电泳的分离模式在一个体积为56.5 mm×35 mm×30 mm的微分离室 (60uL)中实现了持续的蛋白质分离，并用羟丙基甲基纤维素涂覆来抑制蛋白质吸附，在25 min内有效分离了细胞 色素C和肌红蛋白。最近，Kohl．heyer等H 3。制作了一种自由流等电聚焦分离蛋白质的玻璃芯片，成功地将人 血清白蛋白(pI=4.4)与等电聚焦标记物(pH 3和9)分离。
仪器要求
所用的仪器为毛细管电泳仪。正文中凡采用毛细管电泳法测定的品种，其所规定的测定参数，除分析模式、 检测方法(如紫外光吸收或荧光检测器的波长、电化学检测器的外加电位等)应按照该品种项下的规定外，其他参 数如毛细管内径、长度、缓冲液的pH值、浓度、改性剂添加量、运行电压或电流的大小、运行的时间长短、毛细 管的温度等，均可参考该品种项下规定的数据，根据所用仪器的条件和预试验的结果，进行必要的调整。
检测方法
毛细管电泳通常用到的检测方法有吸收光谱，荧光光谱，热镜，拉曼光谱，质谱和电化学方法。
毛细管电泳
•
CE开始主要用于蛋白质，多肽的分析,以 后逐渐被广泛应用于生物，化学，医药， 环保等领域。它具有分离效率高，分析速 度快，样品及试剂用量少,洁净无污染等特 点,和HPLC(高效液相色谱法)成为分析化学 中互补的技术。随着生命科学的发展，毛 细管电泳技术也有了广阔的发展空间.目前， 不同分离模式的毛细管电泳技术正成为最 重要的生物样品分离分析手段。
二.毛细管电泳基本原理
1.基本概念
有效长度 (Ld, cm)
迁移时间 (tm min)
毛细管的入口端到检测器窗口的距离；
带电粒子在电场作用下做定向移动的时间；
电泳速度（Ue cm/s） 在单位时间内，带电粒子在毛细管中定向 移动的距离； 电场强度(E V/cm) 在给定长度毛细管的两端施加一个电场后 所形成的电效应的强度；
tm = Lt2/UV
其中， U = Ue/Ueo
可见，在毛细管长度一定，某时刻电压 相同的条件下，迁移时间决定于电泳速 度Ue和电渗流速度Ueo,而两者均随组分 的不同荷质比而异;所以，基于荷质比 的差异就可以实现组分的分离。
Lt---有效长度 V---施加电压 U---溶质总流速 Ue---电泳速度 Ueo---电渗流速度
电泳仪工作示意图
三.毛细管电泳的分离模式
毛细管电泳有多种分离模式，给样品分离提供了不同的 选择机会.根据分离原理可分为:
毛细管区带电泳
毛细管凝胶电泳 CE 胶束电动力学毛细管色谱 毛细管等电聚焦电泳
毛细管区带电泳
毛细管区带电泳(CZE)也 称为自由溶液毛细管电泳, 是毛细管电泳中最简单， 应用最广泛的一种形式。 其分离机理在于：不同离子 按照各自表面电荷密度的差 异也即淌度的差异,以不同的 速度在电解质中移动,而实现 分离。当然，中性物质的淌 度差为零,所以不能以这种形 式分离。
毛细管电泳分析检测氨基酸
灵敏度高
毛细管电泳结合紫外或荧光检 测器，可实现高灵敏度的氨基 酸检测。
操作简便
毛细管电泳设备简单，操作方 便，适合于实验室和现场分析
。
未来研究方向与展望
新型分离模式开发
研究开发新型的毛细管电泳分离模式， 以提高氨基酸的分离效果和检测灵敏 度。
联用技术
将毛细管电泳与其他检测技术联用， 如质谱、核磁共振等，实现氨基酸的 高精度和高灵敏度分析。
毛细管电泳能够区分氨基酸的异构体，如D型和L型氨基酸。
未知物筛查
通过与标准品比对和数据库比对，可筛查未知氨基酸及其相关化 合物。
04 毛细管电泳技术的前景与挑战
CHAPTER
技术发展与改进
高效分离
微型化与便携化
通过优化毛细管电泳的条件，如电解 质浓度、pH值和分离电压等，提高氨 基酸的分离效率，缩短分析时间。
电化学检测器
开发新型电化学检测器，如安培检测器和电导检测器等，利 用电化学反应将氨基酸转化为可测信号，实现直接、快速的 氨基酸检测。
提高检测灵敏度的方法
优化进样技术
通过改进进样方式和优化进样参数，减少进样误差和背景干扰， 提高检测灵敏度。
信号放大技术
利用化学或生物放大技术，如酶放大、抗体放大等，将氨基酸信号 放大，提高检测灵敏度。
预富集技术
利用毛细管电泳的预富集技术，对氨基酸进行富集和浓缩，提高其 浓度水平，进而提高检测灵敏度。
05 结论
CHAPTER
毛细管电泳在氨基酸分析中的优势
高分离效率
毛细管电泳采用微米级别的分 离通道，能够实现高效率的分
离，缩短分析时间。
样品需求量少
毛细管电泳技术需要的样品量 较少，适用于珍贵样品的分析 。
毛细管电泳法
毛细管电泳法简介毛细管电泳法是一种常用于分离和检测化学物质的分析技术。
它基于样品在电场作用下在毛细管中的迁移速度的差异，利用电泳现象进行分离。
该方法具有分离效果好、分析速度快、样品消耗少等优点，被广泛应用于生物、环境、食品等领域的分析研究。
原理毛细管电泳法的基本原理是利用电场作用下带电粒子在毛细管中的迁移速度差异分离物质。
当样品通过直径较小的毛细管时，由于电场的作用，带电物质会在毛细管中产生电泳迁移。
迁移速度快的物质会较早到达检测器位置，而迁移速度慢的物质则会滞留在毛细管中，从而实现了物质的分离。
毛细管电泳法主要利用了物质在电场、毛细管中的迁移速度与其电荷、粒径、溶剂性质等因素之间的关系。
其中，电荷是最重要的因素之一。
毛细管电泳法可分为两种类型：正交电泳和非正交电泳。
正交电泳主要用于带电物质的分离，而非正交电泳则用于非带电物质的分离。
操作步骤1. 准备工作在进行毛细管电泳实验之前，需要准备好以下实验器材和试剂：•毛细管电泳仪•毛细管•电解质缓冲液•样品溶液2. 设置电泳条件根据实验需要，设置好合适的电场强度、电解液pH值和缓冲液浓度等参数。
这些参数的选择对于实验结果的准确性和分离效果的好坏至关重要。
3. 毛细管填充将毛细管浸入缓冲液中，通过电力作用使缓冲液进入毛细管，直至毛细管完全填充。
4. 样品进样通过微量注射器将样品溶液缓慢注入毛细管，注意避免气泡的产生。
5. 开始电泳将毛细管两端插入正、负电极中，开启电源，开始电泳过程。
6. 结果分析根据实验需要，可以选择不同的检测方法进行结果分析，如紫外检测、荧光检测等。
应用领域毛细管电泳法广泛应用于生物、环境、食品等领域的分析研究。
具体的应用包括：1.蛋白质分析：毛细管电泳法可用于蛋白质的分离和定量分析，对于药物研发、生物学研究等具有重要意义。
2.DNA分析：毛细管电泳法可以用于DNA序列分析、基因突变检测、DNA测序等领域，对于遗传学研究、法医学等具有重要意义。
优质实用课件精选毛细管电泳法
i —样品分子的第 i 级电离度 i —活度系数或其它平衡离解度
总之，粒子的迁移速度除与电场强度和介质的特性有关外， 还与粒子的离解度、电荷数及其大小和形状有关。 不同的带电粒子电泳速度不同，可以实现分离
二、电渗和电渗率
•电渗（electroosmotic） ：在电场作用下，液体相 对带电的固体支持介质移动的现象，又称电渗 （流）EOF。
－管壁的 Zeta 电势，即双 电层到管壁很近的地方之间的 电位差。
总之，Zeta 电势越大，介电常数越大，粘度越小， 电渗流越大。 在电场作用下，电泳和电渗同时存在，电渗流速度 是电泳的 57 倍。
双电层模型 硅醇基阴离子
双
表面电势0
电
层 Stern电势d
电
势 电动电势
石英毛细管柱内壁的双电层结构图
小，焦耳热的影响越小。通常毛细管电泳采用尽 可能小的柱内径。
• 缓冲溶液的浓度：浓度增加，焦耳热增加。
Knox方程：Edc1/3＜1500
E—电场强度，d—管内径，c—介质浓度
满足上式方程，自热影响较小。
当E=50kV/m, c=0.01mol/L时，d＜140 m
即能满足上述方程 。
• 目前常采用内径为 25～75 m 的毛细管柱
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。
毛细管凝胶电泳
02 毛细管凝胶电泳的基本原理
CHAPTER
电泳
电泳是指带电粒子在电场中的迁移行为，其迁移 速度与粒子的大小、电荷量以及电场强度有关。
电泳技术利用了带电粒子在电场中的迁移行为差 异来实现混合物中组分的分离。
在毛细管凝胶电泳中，电泳是实现组分分离的重 要手段之一。
凝胶电泳
凝胶电泳是一种利用凝胶网络 对带电粒子进行分离的技术。
凝胶网络可以减少粒子的扩散， 提高分辨率，并使不同大小的 粒子在电场中以不同的速度迁 移。
凝胶电泳常用于蛋白质、DNA 等生物大分子的分离。
毛细管凝胶电泳的分离原理
毛细管凝胶电泳是将凝胶电泳技 术应用于毛细管中，利用毛细管 的高效分离特性实现混合物中组
在核酸分离中的应用
DNA测序
毛细管凝胶电泳结合荧光标记技术，可以对DNA进行高通量测序，广泛应用于基因组学和生物信息学 研究。
RNA表达分析
通过毛细管凝胶电泳可以分离和检测不同表达水平的RNA分子，用于研究基因表达调控和疾病发生机 制。
在临床诊断中的应用
病原体检测
毛细管凝胶电泳可以用于检测病原体如病毒、细菌等的基因组，有助于快速诊断和鉴别 感染性疾病。
分的分离。
在毛细管凝胶电泳中，组分的分 离主要依赖于其在电场中的迁移 行为和与凝胶网络的相互作用。
通过调整毛细管凝胶电泳的条件， 如电场强度、凝胶类型和配方等，
可以实现不同组分的分离。
03 毛细管凝胶电泳的实验技术与操作
CHAPTER
实验准备
仪器设备
准备毛细管电泳仪、高压电源、 进样装置、检测器等必要设备， 确保仪器正常工作并按照操作规
加样与电泳
毛细管电泳分析技术的使用方法
毛细管电泳分析技术的使用方法毛细管电泳（Capillary Electrophoresis，CE）是一种基于电场作用在毛细管中对溶液中带电分子进行分析和分离的方法。
这种分析技术广泛应用于药学、食品安全、环境检测等领域。
本文将介绍毛细管电泳分析技术的使用方法，包括样品准备、背景电解质的选择、操作步骤、结果解读等方面。
一、样品准备在进行毛细管电泳分析之前，需要对样品进行准备。
首先，要保证样品的纯度和浓度。
若样品存在杂质，可能影响电泳分析的准确性。
其次，要选择合适的溶剂来溶解样品，避免样品组分的析出或溶解度的不足。
最后，需要对样品进行过滤处理，去除悬浮颗粒和固体杂质，以避免堵塞毛细管。
二、背景电解质的选择背景电解质（Buffer）在毛细管电泳中起到平衡电荷、调节pH值和提供可控电导率的作用。
选择一个适当的背景电解质对于保持稳定的电泳性能非常重要。
常用的背景电解质有磷酸盐缓冲液、甘氨酸缓冲液等。
选择时应考虑样品的特性，如酸碱性、离子强度等。
三、操作步骤1. 准备毛细管：首先要选择合适的毛细管，通常为多孔硅毛细管或厌氧硅毛细管，其内径一般在25-100 μm之间。
将毛细管切割至适当长度，并使用电泳缓冲液填充。
2. 运行条件设定：设置电压，通常为10-30 kV，电压过高或过低都可能影响分离效果。
调节温度，电泳分析通常在20-30℃进行，可根据具体分析物的特性进行调整。
3. 样品注射：将样品通过毛细管的一端注入，在电场的作用下，样品被迫进入毛细管。
4. 运行分析：开启电源，启动电泳分析。
分析过程中要注意检测信号的稳定性和峰形，判断分离情况。
四、结果解读在毛细管电泳分析完成后，需要对结果进行解读。
主要通过对峰面积、峰高度、电泳时间等参数进行分析，以获得所需的定性或定量信息。
同时，可以通过与标准物质进行比较来确认分析物的存在、纯度和浓度。
在解读结果时，需要注意以下几个方面：1. 峰的形状：正常情况下，峰应呈现尖峰形状，表示分离良好。
毛细管电泳的原理
毛细管电泳的原理
毛细管电泳是一种高效液相色谱技术，利用电场的作用将样品中的化合物沿着内径较小的毛细管进行分离和分析。
在毛细管电泳中，有两种常用的电泳模式：毛细管区带电泳和开列电泳。
毛细管区带电泳中，毛细管两端分别注入带有不同荧光标记的样品，再施加直流电场，荧光标记的样品由于在电场作用下带电移动，在毛细管中形成不同带电物质的区带；而在开列电泳中，毛细管中注入样品后，在施加电场的同时使用在线探测器进行实时监测，通过测量峰面积或峰高来判断样品的含量。
毛细管电泳的分离机理主要包括电泳迁移和色谱效应两个因素。
电泳迁移是指样品分子在电场作用下由于带电而移动，其移动速度与电场强度和分子带电量有关；色谱效应是指毛细管内壁与样品分子的相互作用，在毛细管中形成不同的分离机制，如离子交换、氢键作用、静电作用等。
毛细管电泳的原理还与毛细管内径、电场强度、缓冲液pH值
等因素有关。
毛细管内径越小，分离效率越高；电场强度越大，迁移速度越快，但也会增加毛细管的热效应；缓冲液pH值的
选择要根据样品的性质来确定。
在实际应用中，毛细管电泳具有分离效率高、分析速度快、耗样量小、操作简便等优点。
它广泛应用于生物医药、环境监测、食品安全等领域。
同时，还可以与其他技术如质谱联用，进一步提高分析的灵敏度和准确性。
毛细管电泳技术的原理与应用
毛细管电泳技术的原理与应用自从19世纪末期发现电泳现象以来，电泳技术一直被广泛应用于各种字段。
毛细管电泳技术是一种通过毛细管，将带电离子分子分离开来的技术，这种技术广泛应用于生物医学、环境和化学等领域。
本文将介绍毛细管电泳技术的原理和应用。
一、毛细管电泳技术的原理毛细管电泳技术是一种基于电动力学和流体动力学原理的分离技术。
这种技术通过将分子沿着带电毛细管中电场的方向移动来分离不同的化合物。
毛细管电泳的原理与传统的凝胶电泳类似，但是毛细管电泳有许多其他优点，如分离速度更快，分辨率更高。
毛细管电泳最关键的元素是电场。
在毛细管内部存在一个电场，它可以使带电的分子运动，因为带电离子分子在电场中会受到电荷作用力的作用，所以它们会沿着电场方向移动。
带电分子的运动取决于其电荷大小、形状和大小，以及所处电场的强度和形状。
毛细管电泳的分离原理是：当电场被施加到带电连接物的混合物上时，该混合物中不同成分间的运动速度不同，这种运动速度的不同会导致各种化合物在毛细管中的位置发生变化，并最终实现分离。
通常，电场的方向和毛细管的长度方向平行，并且几乎与毛细管壁平行。
毛细管电泳分为两种类型：胶片毛细管电泳技术和自由毛细管电泳技术。
自由毛细管电泳没有使用聚丙烯酰胺凝胶或其他凝胶材料，而是直接将样品悬浮在缓冲液中在电场中进行。
胶片毛细管电泳技术通常用于利用凝胶介质进行DNA分离，而自由毛细管电泳技术则常用于分离更小的分子。
二、毛细管电泳技术的应用毛细管电泳技术已经被广泛应用于许多领域，包括生物化学、药学、生物医学、环境和食品安全等。
在这些领域中，毛细管电泳技术通常被用于分离、鉴定和定量不同的化合物或生物分子。
1.生物分子分离和定量毛细管电泳技术可以用于分离和定量蛋白质、核酸、糖类和细胞色素等生物分子。
例如，毛细管电泳可以用于嗜酸性粒细胞蛋白质的分离和测量，以便诊断哮喘和其他与粘膜的过敏性疾病有关的疾病。
此外，毛细管电泳还可用于分离和定量多肽、蛋白质和核酸序列，以及测定不同物种DNA之间的差异性。
毛细管电泳
种现象称为电渗流，用EOF表示。
一般情况下，电渗流的运动方向与电泳运动方向相反，
电渗流迁移速度与电泳速度一样，受电场强度、溶液粘度， Zeta电势等因素有关联。电渗速度(Veo)的表达式为： 电渗流迁移速度Veo = ── E 4 : 电解常数 : 毛细管壁与表面平切面的Zeta电势 ：缓冲液黏度
(5)电势(Zeta Potential) 参与形成双电层被毛细管表面吸附的一层离子与溶液中的 游离阳离子之间会产生一个电势，称为毛细管壁Zeta电势 。毛细管壁为高电位区，中心点为低电位区，毛细管的半 径越大电位差越大，形成的电势越大。
(6)电渗流(Electroosmetic Flow) 用EOF表示 在高电压下毛细管电泳溶液中的正电荷与毛细管内壁表面 上的负电荷之间相互作用，导致流体朝负极方向运动，这
核磁共振检测器，灵敏度可达到10-21g
3.4制冷系统
(1)空气制冷：在毛细管分析室内输入制冷空气使毛细管迅
速冷却，达到制冷的目的。
(2)液体制冷：在毛细管的夹层中输入制冷液体达到制冷的
目的。
3.5电极槽 主要与存放电极缓冲液和进样，由于毛细管电泳是超微量 分析，电极液用量很少，使用的电泳槽很小。
(1)毛细管性质
不同材质制成的毛细管性能有所不同，
聚四氟乙烯毛细管：电渗小，但性能不太稳定。
普通玻璃毛细管：价格便宜，但电渗大，吸附作用大。 石英玻璃毛细管：性能稳定，电渗较大，但也有一定的 吸附。 (2)型号 细管（内经2－5m） 中粗管（内径 25－75m）
粗管（内径100－250m）
(3)毛细管的改性：
今后发展新型的毛细管电泳分离模式提供了依据。
1987年H.Jerten把等电聚焦电泳、凝胶电泳引入到毛细管 电泳中。 1989年改用10-25m的毛细管电泳,并获得满意的分离效果 1994 年又推出了 2 － 5m 的毛细管柱，使得毛细管电泳在 分析领域有了很大的发展。
毛细管电泳的基本原理及应用
毛细管电泳的基本原理及应用毛细管电泳的基本原理是基于电荷迁移。
在毛细管电泳中使用的耦合电场包括静电势差和电导度差导致的静电势差。
当在电解质溶液中施加电场时，离子在电场力的作用下向相反电极迁移。
带电分子在毛细管中施加电压时也会受到电场力的作用。
有两种类型的电流在毛细管中流动：电场导电电流和电渗流（溶液流动时由于带电分子迁移而形成的电流）。
通过控制电压差和溶液流动，可以实现化合物的分离和测量。
1.离子交换毛细管电泳（IEC）：通过溶液中带电离子与毛细管壁或固定相之间的电荷相互作用来实现分离。
2.凝胶毛细管电泳（GCE）：使用凝胶作为分离介质以实现不同化合物的分离。
凝胶中的通道大小可调整以适应不同大小的分子。
3.毛细管等电点聚焦电泳（CIEF）：根据化合物的等电点来实现分离。
通过调整溶液的pH值，可以控制每种化合物的等电点。
4.毛细管毛细管电泳（CZE）：根据化合物在毛细管中的迁移速率差异来实现分离。
该方法广泛用于分析药品、蛋白质和核酸等生物分子。
1.快速分离：毛细管电泳在分析过程中常常可以几分钟内完成。
这种快速性使得该技术在高通量分析中非常有用。
2.高效分离：由于毛细管内直径小，特别是凝胶电泳中，化合物可以在短时间内得到高效的分离。
这使得毛细管电泳对于研究复杂样品或混合物的分析非常有用。
3.低样品消耗：毛细管电泳只需极少量的样品，通常在微升到纳升级别。
这使得它成为高灵敏度分析的理想选择。
4.高选择性：通过适当选择电解质的类型和浓度，可以调节样品在毛细管中的迁移速度，从而实现高度选择性的分析。
毛细管电泳在生物医学、环境监测、食品安全和制药等领域有广泛的应用。
例如，它可用于分析血液中的蛋白质和核酸，以帮助诊断疾病；还可用于分析水中的有毒化合物和污染物；另外，它还能帮助制药行业监测药品的质量和纯度。
总而言之，毛细管电泳通过其分离速度快、分辨率高和样品消耗少等优点，在化学和生物学分析中发挥着重要作用。
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1.毛细管电泳概述 2.毛细管电泳理论基础
电泳
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。 1808年，俄国物理学家Reuss首次发现电泳现象。 1937年，Tiselius（瑞典）用于人血清蛋白质混合液的分离 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。
电渗现象中整体移动着的液体。
CE中电渗流的大小与方向
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
μ = ε0εξ
ε0—真空介电常数；ε—介电常数；ξ—毛细管壁的Zeta电势。 ν电渗流 = ε0εξ E
毛细管电泳基础理论
1.CE基本原理
2.电渗现象与电渗流
3.影响电渗流的因素
CE基本原理
电泳是指带电离子在电场中的定向移动，不同离子具有不同的迁移 速度，迁移速度与哪些因素有关？ 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
改变电渗流方向的方法： （1）毛细管改性 表面键合阳离子基团； （2）加电渗流反转剂 内充液中加入大量的阳离子表面活性剂，将使石英毛细管壁带正电荷， 溶液表面带负电荷。电渗流流向正极。
CE中电渗流的流形
电荷均匀分布，整体移动，电渗流的流动为平流，塞式流动（谱带展宽 很小）；
液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁处流速为零，管中 心处的速度为平均速度的2倍（引起谱带展宽较大）。
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 =6πηγ；γ —离子的表观液态动 力学半径；η —介质的粘度； )
所以，迁移速度：
qE q E f 6π
物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。 淌度μ ：单位电场强度下的平均电泳速度。
3. 电解质溶液性质的影响
（1）溶液pH的影响
对于石英毛细管，溶液pH增高时，表面电离多，电荷密度增加， 管壁zeta电势增大，电渗流增大，pH=7，达到最大； pH<3，完 全被氢离子中和，表面电中性，电渗流为零。分析时，采用缓冲溶 液来保持pH稳定。 （2）阴离子的影响 在其他条件相同，浓度相同而阴离子不同时，毛细管中的电流有 较大差别，产生的焦耳热不同。 缓冲溶液离子强度，影响双电层的厚度、溶液黏度和工作电流， 明显影响电渗流大小。缓冲溶液离子强度增加，电渗流下降。
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。
CE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，电渗流流向负极；
内表面带正负电荷，溶液带负电荷，电渗流流向正极； 石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极；
q E 6π
q—离子所带的有效电荷； E —电场强度； γ —离子的表观液态动力学半径；η —介质的粘度；
电渗现象与电渗流
电渗现象
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。
电渗流（electroosmotic flow ，简称EOF）
Thank you
温度的影响
毛细管内温度的升高，使溶液的黏度下降，电渗流增大。温度变 化来自于“焦耳热”；
焦耳热：毛细管溶液中有电流通过时，产生的热量；
CE中的焦耳热与背景电解质的摩尔电导、浓度及电场强度成正比。 温度每变化1，将引起背景电解质溶液黏度变化2%～3%；
溶剂的影响
（1）加入浓度较大的中性盐，如K2SO4，溶液 离子强度增大，使溶液的黏度增大，电渗流减 小。 （2）加入有机溶剂如甲醇、乙腈，使电渗流增 大。 （3）加入表面活性剂，可改变电渗流的大小和 方向； 加入阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠 （SDS），可以使壁表面负电荷增加，zeta电势增 大，电渗流增大； 加入不同阳离子表面活性剂来控制电渗流。
经典电泳
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。
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； 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。 1981年，Jorgenson和Luckas，用75μ m内径石英毛细管进行电泳分析， 柱效高达40万/m，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——毛细管电泳。
（2）改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性，如同 改变LC中的流速；
（3）电渗流的微小变化影响结果的重现性； 在CE中，控制电渗流非常重要。
CE中影响电渗流的因素
1.电场强度的影响 电渗流速度和电场强度成正比，当毛细管长度一 定时，电渗流速度正比于工作电压。 2.毛细管材料的影响
不同材料毛细管的表面电荷特 性不同，产生的电渗流大小不同；
毛细管电泳（Capillary Electrophoresis, CE）
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进：
1.采用了25-100μ m内径的毛细管；
2.采用了高达数千伏的电压。 •毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大减小了温度效应，
使电场电压可以很高。
•电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小，柱长增加， •毛细管电泳的柱效远高于HPLC，理论塔板数高达几十万块/米，特 殊柱子可以达到数百万。
CE中电渗流的作用
电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5～7倍；
各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为：
ν+ =ν电渗流 + ν+ef 阳离子运动方向与电渗流一致； ν- =ν电渗流 - ν-ef 阴离子运动方向与电渗流相反； ν0 =ν电渗流
中性粒子运动方向与电渗流一致； （1）可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离；
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；
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；