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。
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
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
(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。
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。
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)
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
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。
(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
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
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
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
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
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
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)：
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。
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)
(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。
(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
Hale Waihona Puke 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
(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
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。
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，
(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。
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。