高效毛细管电泳技术

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1、高效毛细管电泳技术环境科学一、高效毛细管电泳技术概述二、高效毛细管电泳仪器流程和主要部件三、高效毛细管电泳理论基础四、高效毛细管电泳分离模式五、高效毛细管电泳应用1.1电泳及电泳技术在电解质溶液中，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。由于不同离子所带电荷及性质的不同，迁移速率不同，可实现分离。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。1.2高效毛细管电泳（HighPerformanceCapillaryElectrophoresis，HPCE）简称毛细管电泳（Capi

2、llaryElectrophoresis，CE），指以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和（或）分配行为上的差异而实现分离的一种液相分配技术。在形态分析中，对不同形态的同一元素，只要有结构或电荷上的差别，即可用CE进行分离和检测。CE是经典电泳技术和现代微柱分离技术相结合的产物。2.1毛细管电泳的工作流程图CE设备的基本装置包括一个高压直流电源、一根毛细管、一个检测器及两个供毛细管两端插入而又可和电源相连的缓冲液贮瓶。图1高效毛细管电泳流程图2.2主要部件1.高压电源（1）0～30kV稳定、连续可调的直流电源；（2）具有恒压、恒流、恒功

3、率输出；（3）电场强度程序控制系统；（4）电压稳定性；（5）电源极性易转换；图2高效毛细管电泳基本装置2.毛细管柱（1）材料：石英：各项性能好；玻璃：光学、机械性能差；（2）规格：内径20～75μm，外径350～400μm；长度<=1m3.缓冲液池化学惰性，机械稳定性好4.检测器要求：具有极高灵敏度，可柱端检测；3.1电泳现象在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移。迁移速度为：试中：Vep为离子电泳迁移速度，μep为电泳淌度，E为电场强度,q为离子电荷量，η为介质粘度，r为离子半径。Vep=μep·E=q6πηr·E3.2电渗现

4、象与电渗流CE所用的石英毛细管柱，在pH>3时，石英毛细管壁上的硅醇基(—SiOH）在水溶液中发生电离，产生的SiOˉ负离子使毛细管壁内表面带负电，和溶液接触时相应的缓冲液带正电，形成了双电层。图3毛细管电泳中形成双电层现象在高电压作用下，双电层中的水合阳离子引起流体整体朝负极方向移动，该现象称为电渗现象，并形成电渗流（electro-osmoticflow,EOF）电渗流速度可表示为：其中Veo为电渗流速度，μeo为电渗淌度，ξ为双电层的Zeta电位，ε为分离介质的介电常数Veo=μeo·Eεξη·E=图4毛细管电泳的电渗现象和电渗流3.3电渗流的方向电渗流的方

5、向取决于毛细管内表面电荷的性质：（1）内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极；（2）内表面带正负电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极；（3）石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极。3.4HPCE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）。图5毛细管电泳电渗流流形和液相色谱流形的比较。3.5分离原理粒子在电解质溶液中的迁移速度等于电泳和电渗流两种速度的矢量和,即V=Vep+Veo=(μep+μeo)·E1、正离子的运动

6、方向和电渗流一致，故最先流出；2、中性粒子的电泳速度为0，故其迁移速度相当于电渗流速度；3、负离子的运动方向和电渗流方向相反，但因电渗流速度一般都大于电泳流速度，故它将在中性粒子之后流出。这样，各种粒子因迁移速度不同而实现了分离。图6各种离子的分离四、分离模式毛细管电泳毛细管区带电泳（CZE）毛细管胶束电动色谱（MECC）毛细管凝胶电泳（CGE）毛细管等电聚焦（CIEF）根据试样的性质不同，可采用不同的分离模式。4.1毛细管区带电泳（CZE）CZE又称毛细管自由电泳，是毛细管电泳中最基本、应用最普遍的一种模式。它在毛细管中仅填充缓冲液，基于溶质组分在电场中的迁移速

7、度不同而分离。前述的基本原理即是CZE的基本原理。图7区带毛细管电泳示意图4.2毛细管胶束电动色谱（MECC）MECC是在缓冲液中加入表面活性剂，当其浓度高于临界浓度时形成胶束。在电场力的作用下，毛细管水相可看作流动相，胶束相可看作“准固定相”，溶质由其在胶束相和水相中的分配系数不同而在不同时间流出。可以用来分离中性物质，扩展了高效毛细管的应用范围，同时也能和色谱技术联合起来。图8毛细管胶束电动色谱分离模式示意图4.3毛细管凝胶电泳（CGE）将聚丙烯酰胺等在毛细管柱内交联生成凝胶。其具有多孔性，类似分子筛的作用，试样分子按大小分离。能够有效减小组分扩散，分离效率高

8、。蛋白质、