新型毛细管电泳仪的研制

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1、中山大学硕士论文新型毛细管电冰仪的研制第2章毛细管电泳技术的叙述本章介绍了毛细管电泳的历史和发展，详细叙述了毛细管电泳技术的基本原理“1，毛细管电泳电化学检测技术的概况，基于电化学的毛细管电泳仪的现状和本论文的研究目的和意义。2．1高效毛细管电泳技术及其特点电泳．即带电粒子在电场作用下的定向泳动现象，早在lOO年前就进行过研究，在上个世纪30—40年代得到较快发展，产生了区带电泳、等速电泳、等电聚焦电泳和移动界面电泳等多种分离模式。作为一门分离技术，电泳和离心法和色谱法一起成为生物大分子分离中最有效和最广泛的三大方法，对生物化

2、学的发展起了重要的推动作用。然而，传统的电泳技术受到焦耳热的限制，只能在低电场强度下进行操作，分离时间长，分离效率低。由于毛细管具有良好的散热性能，利用其进行电泳逐渐受到重视。毛细管电泳(cE)又称高效毛细管电泳(hi曲-perfonnancecapillaryelec仃。曲oresis，缩写为HPCE)，是离子或荷电粒子以电场为驱动力，在毛细管中按其淌度和分配系数不同进行高效、快速分离的一种电泳新技术。cE技术的主要特点是：(1)具有很高的分离效率(一般可达几十万理论塔板数)。这是由于“样品带”在电渗流驱动下呈扁平流型以及毛

3、细管具有良好的热耗散性能。(2)仪器简单，运行成本低，一般只需要可长期使用的毛细管和极少量的、可自己配制的缓冲液。(3)样品用量极少(仅为纳升级)，绝对检测限较低。cE最基本的仪器结构如图2一l所示。2．2毛细管电泳技术历史回顾电泳技术的发展与生物化学中对蛋白质和酶的研究有密切关系，同时也与电绝缘材料、检测器和电子学的发展分不开。在长期的电泳分离实践中，曾提出了中山大学顺士论文新型毛细管电泳仪的研制图2．1毛细管电泳基本仪器结构示意图HV．高压电源(0—30kV)；c．毛细管；E．电极槽：P￡．铂电极D．在柱检测器：S．样品；

4、DA．数据采集处理系统许多电泳模式，随着科学技术的进步，也发展了形式多样的电泳技术。从毛细管电泳(capilaryelectrophoresis，cE)的发展角度来看，最早利用窄孔径管作电泳分离的报告，可追溯到1942年Matin的工作，他用称为置换电泳的方法分离了4釉有机酸。对高效毛细管电泳最有启发性的工作首推Hjerten与1967年发表的一篇讨论仪器的论文。他最早提出用窄孔径管在高电场下进行溶液电泳，并用内壁有甲基纤维素涂层的石英玻璃管在慢速旋转下分离，用uV检测，成功的证实了他的设想，此仪器可用范围广，但操作麻烦。到7

5、0年代初，由于Uv检测器和电导检测器的发展并装备到商品仪器中，大大地推进了电泳技术的发展。十多年来的大量研究与应用实践表明：毛细管电泳具有分离效率高(理论塔板数已达106_107／m)、快速(几分钟到几十分钟完成一次电泳操作)、样品用量少(仅需纳升级，甚至能对单个细胞胞液进行分离分析)的特点。用激光诱导荧光检测达到超高灵敏度分析，得到10yTnol(1ymol=l×10“m01)或6个分子的超低质量检测限，此外，HPCE还有容易自动化、操作简便、试剂消耗少和环境污染小等优点。正因为HPCE技术具有如此诱人优点，是它在短短十几年

6、的时间中走过了HPLc上百年的发展之路，受到分离和分析科学家的极大关注，在分析化学、生物化学、分子生物学、药物化学、食品科学、环境科学、医学和法医学等诸多领域，有广阔的应用前景，和HPLc相映成为分析方法中互补的技术。4中山大学硕士论文新型毛细管电泳仪的研制2．3毛细管电泳仪器系统从图2一l中，我们可以看到一个毛细管电泳仪器系统的基本结构包括高压电源、毛细管、电极槽、电极系统、在柱检测器和数据采集处理系统等几个部分”1。可以简化为包含了一段电解质溶液导体的导电回路(见图2—2)。熔夏7[．．．．．．．一．．．一一．一．!．．一

7、一．—／图2—2毛细管电泳系统的电流回路1．金属导体；2．毛细管中的溶液导体毛细管电泳的电流回路系统，包括高压电源、电极、电极槽、导线和电解质缓冲溶液等。而在毛细管电泳仪我们最注重电源、检测器、计算机控制和采集处理部分的开发研究。2．4基于电化学检测技术的毛细管电泳仪的研究现状高效毛细管电泳这种重要的液相分离技术，具有进样量少、绝对灵敏度高、分辨率高等特点，在化学、生命科学、药物分析、环境分析等许多方面得到广泛应用。但由于使用的毛细管内径小使得这种技术的发展受到检测器的极大限制，因此检测器的开发和检测方法的研究一直是比较活跃的

8、领域。在商品化的仪器中多数采用光学检测，然而光程短又限制其检测灵敏度。虽然荧光检测器灵敏度高，选择性好，已在生物分析领域占有重要地位，尤其是激光诱导荧光检测器已达到光谱分析方法的极限——单原子和单分子检测，但分析物一般需经过衍生才可以进行荧光检测，使其通用性受到限制。对于无机