毛细管电泳

E：电场强度
根据毛细管壁引起的电渗流原理。可以推断在溶液pH > 3 的情况下，毛细管电泳中电渗流总是由正极向负极移动。 电渗流的大小受到 Zeta电势，偶电层厚度和缓冲液粘度等 因素的影响。 一般情况，电渗流随着电解质浓度的增加而增加，随着 pH 值的上升（向碱性方向增加）而加大。如图所示。在 高 pH 值溶液中，毛细管壁的负电荷多，吸附溶液中的正 离子多，产生的电渗流大。在低 pH 值溶液中，毛细管壁 的负电荷少，吸附溶液中的正离子少，产生的电渗流小。
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。
(7)毛细管柱塞流：(Capillary Flow Profiled)
由于毛细管电泳是属于电力驱动分离系统，在毛细管中流 体的流型呈扁平的柱塞形状一样向前流动，这种现象称为
柱塞流。这种流型有利于防止扩散，提高分离效率，而在
压力驱动系统中(如 HPLC)的流型呈抛物线形状向前流动
，称弧线流型。这种流型容易造成扩散。
缺点：上样两不容易控制。
5.2流体力学进样
(1)虹吸进样：
进样时将阳极槽抬高形成槽的落差，利用液体重力差将样品吸入阳 极端的毛细管内。 进样：量与落差、样品浓度、进样时间成正比，与样液粘度成反比 优点：操作简便，重复性好。 缺点：比较适于自由电泳，而不是与凝胶电泳。
(2)加压进样：
进样时将阳极端密闭，施加一定的液压把样品吸入毛细管内。
细管电泳仪的基本结构相差不大，主要由高压电泳仪、毛细管柱、 检测器、电极槽及显示器几部分组成。
3.1高压电泳仪
毛细管电泳使用的电源是一种超高压电器装置，一般最高
电压可达到30－50KV，最大电流为200—300mA。超高压
电泳仪应具备的条件：
有良好的绝缘性能
稳定的输出功率
可以改变正、负极方向。
3.2毛细管柱
的毛细管进行自由溶液的区带电泳。
1974年Virtan采用内径为200－500m的毛细管进行电泳， 使毛细管的内径缩小了6－15倍。 1981年Jorgenson和Lukass使用内径为75m的毛细管进行
电泳，使毛细管的内径缩小了3－6倍。
1984年Terabe等把胶束电泳技术引入到毛细管电泳中，为
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
将毛细管的阳极直接与样品接触，短时间内施加电压，使样品通过 电迁移的方式进入毛细管的阳极端。 进样量：与溶质浓度，加电压的强度E，电迁移时间t，电迁移速度 Vep，电渗速度Veo等因素有关。
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优点：进样准确，容易控制重复性好。
缺点：对浓度低的组分有歧视效应。
(2)电击进样: 在毛细管的阳极端通过电击方法将样液送入毛细管内。 进样量：与溶质浓度C，电击所使用的功率，电击次数等因素有关 优点：应用广泛，
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。
1.2 HPCE的优点： (1)毛细管内径小，电泳时使用的电流小 (2)毛细管中心与外界的距离很短，电泳产生的焦耳热很 快被散去，有效防止电泳条带的扩散。 (3)既具有电泳高分辨率的功能，有具备高效液相层析的 优点 (4)电极液用量少，不破坏生物样品，检测灵敏度高，用 激光诱导荧光检测器灵敏度可达10-19g
3.6 显示器：通过计算机计算、处理和显示电泳结果。
4 缓冲液
缓冲液不但要有良好的导电作用，还要对样品具有很好的
稳定作用。
4.1缓冲剂：有Tris、borate、histidine、CAPS等。
这些缓冲剂配成的缓冲溶液，可以在高浓度下进行电泳，
不会产生很大的电流。
pH 值：在蛋白质的 pI 非常接近时，适当的调节缓冲液的
2.3
毛细管电泳的应用范围：
应用范 围 电 泳 方 式 离子 CZE CITP CIEF CGE 小分子 MECC CZE CITP CIEF 肽类 CIEF MECC CIEF 蛋白质 类 CZE CGE 核苷酸 类 CGE MECC 核酸类 CGE
3毛细管电泳仪的结构：
目前毛细管电泳仪的生产厂家有十几家，产品的型号很多。但是毛
在电泳分离过程中的主要受到三方面的作用力。
(1) 电场的作用力：
在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下以不同的速度向
其所带电荷相反的方向泳动。泳动的速度因分子结构、形
状和电荷数量不同而异，利用带电粒子泳动的差异进行分
离。
(2)支持介质的摩擦力：
支持介质相对于带电粒子是静止的，不运动的。当带电粒
子经过支持介质时就会受阻，具有阻止带电粒子前进的作
进样量：与液压强度、样品浓度、进样时间成正比，与样液粘度成 反比。
(3)真空进样
利用两端的气压差将样品送入毛细管内。
(3)电泳淌度(Electric Field Mobility，简称ep ) 带电粒子在毛细管中，作定向运动的电泳速度与所在电 场强度之比。电泳淌度的单位用cm2/V.sec表示。 Ld/tm ep = Vep /E = ─── V/Lt Vep:电泳速度 E：电场强度
Ld: 毛细管入口端至检测器长度
高效毛细管电泳
内容摘要
1概述
2基本理论
3毛细管电泳仪
4 电极液
5 进样方式
6毛细管电泳的分离模式
1概述
1.1高效毛细管电泳提出
高效毛细管电泳(High Performance Capillary Electrophoresis
，简称HPCE)，广义的说，是泛指在极细的管内实现具有
高效、快速、灵敏度高的一大类电泳分析技术，称之为高 效毛细管电泳。 高效毛细管电的发展过程大致分为以下几个阶段 1967年Hjerten首先提出在高电场强度下，采用管径为3mm
毛细管胶束电泳 :(Micellar Electrokinetic Chromatography
Capillary, MECC)
毛细管聚焦电泳:(Capillary Isoelectric Focusing, CIEF)
毛细管等速电泳:(Capillary Isotachophoresis, CITP)
用，带电粒子必须克服介质的阻力前进，产生相应的摩擦
力。不同分子结构、形状的带电粒子受阻的程度不同，利 用带电粒子受阻的差异进行分离。
(3)电渗的反作用力：
在电场的作用下，双电层中的水合阳离子引起流体整体地
朝负极方向移动。粒子在毛细管内电解质中的泳动速度等 于电泳和电渗这两种速度的矢量和。 带电粒子在毛细管内实际运动的速度（V）有公式(1)表示 V = Vep + Veo 在常规电泳中，在电渗流影响较小的情况下或只测定电泳 的相对速度，电渗的速度可以忽略不计。 V = Vep
(5)结构简单，操作方便，自动化程度高。
1.3常用术语：
(1) 电泳速度(Electrophoretic Velocity，简称Vep)
在单位时间内，带电粒子在毛细管内，作定向运动的
距离。电泳速度的单位用cm/sec表示。
Vep = Ld/tm
Ld：毛细管入口端至检测器长度
tm：电泳时间
(2)电场强度(Electric Field Strength，简称E ) 在确定的毛细管长度（Lt）内两端施加电压所形成的电 效应。电场强度的单位是 V/cm 。电场强度与电压和毛细 管长度的关系用公式表示为： E = V/Lt V: 电压 Lt: 毛细管两端的总长度
图表面活性对分离的影响示意图
A: 未加表面活性的分离效果, B:加入表面活性的分离效果
5 进样方式
由于毛细管的内径非常细，其进样方式与常规电泳和层析
的进样方式有所不同。毛细管电泳的进样方式主要有两类
，一类是电迁移进样，另一类是流体力学进样。
5.1 电动式进样
(1)电迁移进样(Electrokinetic)：
响，电渗速度的反作用，其运动速度是带电粒子的电泳速 度与电渗加速之差。利用电渗在电泳过程中产生的反作用 力分离不同的带电粒子。
2.2毛细管电泳的分类：
毛细管电泳操作模式有很多，大致分为五类。
毛细管区带电泳:(Capillary Zone Electrophoresis, CZE)
毛细管凝胶电泳:(Capillary Gel Electrophoresis, CGE)
通常在毛细管内壁涂一层亲水性非离子型聚合物 ( 如：聚
丙烯酰胺、甲基纤维素等 ) ，这些涂层提高了对生物大分 子分离的效率。涂层的方法有两种。 物理涂层：将涂料经适当处理在毛细管内侧形成一层薄膜 化学涂层：是将涂料通过化学键偶联在毛细管的内侧。
3.3检测器： 毛细管电泳配置的检测器与高效液相层析使用的检测器大 致相同，都属于超微量分析，对检测器的灵敏度要求比较 高，常用的检测器 . 紫外检测器 灵敏度可达到10-17g 激光诱发荧光检测器，灵敏度可达到10-19g 质谱检测器，灵敏度可达到10-21g
(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
(4) 电渗与速度 不同性质的离子在同样的电泳条件下的速度 阳离子：运动方向和电渗方向一致，不受电渗反作用力影
响，反而受电渗加速度的作用，运动速度最快。其运动速
度是带电粒子的电泳速度与电渗加速之和
中性离子：电泳流速度为零，迁移的速度相当于电渗流的
速度。其运动速度是带电粒子的电泳速度与电渗加速相等
阴离子：运动方向与电渗流方向相反，受电渗反作用力影
(4)偶电层(Electric Double Layer，简称EDL)
也称之为双电层。在固体物质与溶液交界的表面的某些基团含有排
列成一个正负电荷层，在溶液中固体表面某些基团受溶液pH直直的 影响，解离带有正电荷或负电荷，有选择性吸收溶液中的某种离子 （正离子或负离子）而带电，使溶液中形成一层与固体表面电荷符 号相反的离子层，称之为偶电层。
(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：
(8)热效应 (Joule Heating) 在高电场下毛细管中的电解质和电流发生剧烈的摩擦， 产生大量的热，这种自热现象，称之为热效应。
2 基本理论： 2.1电泳分离的受力： 高效毛细管电泳是利用带电性不同的粒子在电场中迁移， 在泳动过程中物质的各组分被分离。被分离物质的迁移率 取决于分子的结构、形状和电荷数量等因素，同时受溶液 pH值、离子强度、粘度和两性电解质因素的影响。
pH值对分离是特别有效的。
4.2缓冲溶液的添加剂：
常用的添加剂是离子型、非离子型或兼性离子型表面活性
剂，如三甲基氨基丙磺酸(CH3)-N+-(CH2)3-SO3- 等。
表面活性剂作用：
配对作用：疏水性溶质的增溶剂或者形成离子对， 改性剂：作为毛细管内壁涂层，改良毛细管的性能。 隔离作用：表面活性剂的烷基链与溶质分子的疏水端相互 作用，阻止了溶质分子与毛细管壁吸附层的作用，形成了 一个隔离层，提高了毛细管电泳的选择性。