1、毛細管電泳的原理、特點及應用匯報人： 邵云龍 S201405002 主要內容影響分離效率的因素毛細管電泳特點及應用毛細管電泳歷史發展致謝毛細管電泳基礎理論 1930年，Tiselins(瑞典)將蛋白質混合液放在兩段緩沖溶液之間，兩端施以電壓進行自由溶液電泳，第一次將人血清提取的蛋白質混合液分離出白蛋白和、球蛋白；發現樣品的遷移速度和方向由其電荷和淌度決定； 1948年，獲諾貝爾化學獎；毛細管電泳歷史發展經典電泳分析traditional electrophoresis 利用電泳現象對某些化學或生物物質進行分離分析的方法和技術叫電泳法或電泳技術。 按形狀分類：U型管電泳、柱狀電泳、板電泳； 按載

2、體分類：濾紙電泳、瓊脂電泳、聚丙烯酰胺電泳、自由電泳； 傳統電泳分析：操作煩瑣，分離效率低，定量困難，無法與其他分析相比。 1981年，Jorgenson和Luckas，用75m內徑石英毛細管進行電泳分析，柱效高達40萬/m，促進電泳技術發生了根本變革，后經不斷發展完善，迅速成為可與GC、HPLC相媲美的嶄新的分離分析技術（高效）毛細管電泳（HPCE）。高效毛細管電泳 high performance capillary electrophoresis高效毛細管電泳在技術上采取了兩項重要改進： 一是采用了0.05mm內徑的毛細管柱； 二是采用了高達數千伏的電壓。 毛細管的采用使產生的熱量能夠較

3、快散發，大大減小了溫度效應，使電場電壓可以很高。 電壓升高，電場推動力大，又可進一步使柱徑變小，柱長增加， 高效毛細管電泳的柱效遠高于高效液相色譜（一般HPLC柱的N在1000以上），理論塔板數高達幾十萬塊/米，特殊柱子可以達到數百萬。高效毛細管電泳的特點1.儀器簡單、易自動化 電源、毛細管、檢測器、溶液瓶2.分析速度快、分離效率高 在3.1min內分離36種無機及有機陰離子，4.1min內分離了24種陽離子；分離柱效：105107/m理論塔板數；3.操作方便、消耗少 進樣量極少，進樣量 110 nL 樣品量 5ul5 mL，水介質中進行；4.應用范圍極廣 有機物、無機物、生物、中性分子；生物

4、大分子等； 分子生物學、醫學、藥學、化學、環境保護、材料等； 高效毛細管電泳的應用手性化合物1堿性藥物分子2法醫毒物/臨床毒理3蛋白質/多肽/氨基酸4糖類/糖蛋白5核酸/核苷酸6無機及有機離子/有機酸7水溶液中分子間的相互作用8單細胞分析9藥物與細胞的相互作用10毛細管 接觸 解離 定域電荷 吸附離子 雙電層雙電層 Zeta電勢備注： pH3Si-O-H Si-O-電泳與電滲備注：V電滲是V電泳的5-7倍 （1）可一次完成陽離子、陰離子、中性粒子的分離；（2）改變電滲流的大小和方向可改變分離效率和選擇性，如同改變LC中的流速；（3）電滲流的微小變化影響結果的重現性； 在HPCE中，控制電滲流非

5、常重要電滲流的大小電滲流的大小用電滲流速度uos表示，取決于電滲淌度os和電場強度E。即 uos = os E電滲淌度取決于電泳介質及雙電層的Zeta電勢，即os = 00真空介電常數；介電常數；毛細管壁的Zeta電勢。HPCE中影響電滲流的因素1.電場強度的影響 uos = os E (E = U / d) uos U2.毛細管材料的影響 不同材料毛細管的表面電荷特性不同，產生的電滲流大小不同；4. 溫度的影響 毛細管內溫度的升高，使溶液的黏度下降，電滲流增大。溫度變化來自于“焦耳熱”； 焦耳熱：毛細管溶液中有電流通過時，產生的熱量； HPCE中的焦耳熱與背景電解質的摩爾電導、濃度及電場強度

6、成正比。 溫度每變化1攝氏度，將引起背景電解質溶液黏度變化2%3%；HPCE中影響電滲流的因素5 添加劑的影響（1）加入濃度較大的中性鹽（K2SO4） 溶液離子強度增大溶液的黏度增大，電滲流減小（2）加入表面活性劑，可改變電滲流的大小和方向 加入陽離子表面活性劑減小電滲流。 加入陰離子表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉（SDS） 壁表面負電荷增加 zeta電勢增大電滲流增大；（3）加入有機溶劑如甲醇、乙腈，使電滲流增大。HPCE中影響電滲流的因素因素結果說明電場強度正比于電滲.電場強度分離效率和分辨率.電場強度，焦耳熱緩沖溶液pH值pH降低，電滲降低pH降低，電滲增加.改變電滲最方便有用的方法.可能

7、引起溶質組分電荷和結構的改變離子強度或緩沖溶液濃度離子強度Zeta電位 ，電滲.離子強度 ，電流和焦耳熱.低離子強度可能存在樣品吸附問題.導電性與樣品不同或引起峰形畸變.離子強度低，樣品裝載量小溫度溫度改變1，黏度變化約2%-3%.溫度由儀器自動控制，常用方法有機改性劑改變Zeta電位黏度（降低電滲）.變化復雜，其影響宜通過實驗測定.可能改變選擇性HPCE中影響電滲流的因素1.絕對淌度(absolute mobility)ab 無限稀釋溶液中帶電離子在單位電場強度下的平均遷移速度，簡稱淌度。可在手冊中查閱。2.有效淌度(effective mobility)eff 實際溶液中的淌度(實驗中測定

8、的)。 eff=aii ai 溶質i 的解離度；i 溶質i 在解離狀態下的絕對淌度3.表觀淌度 uap 離子在實際分離過程中的遷移速度（表觀遷移速度）： uap=ap E ap= eff+ os (電滲淌度)毛細管電泳分離的相關參數分離效率1.遷移時間t（保留時間） HPCE兼具有電化學的特性和色譜分析的特性。有關色譜理論也適用。V外加電壓；L毛細管總長度；表觀淌度 uap2.分離效率（塔板數） 在HPCE中，僅存在縱向擴散，2=2Dt 擴散系數小的溶質比擴散系數大的分離效率高，分離生物大分子的依據。毛細管電泳分離的相關參數3.分離度 影響分離度的主要因素；工作電壓V；毛細管有效長度Ld與總長

9、度L的比；有效淌度差。分離度可按譜圖直接由下式計算：毛細管電泳分離的相關參數2.縱向擴散的影響 在HPCE中，縱向擴散引起的峰展寬：2=2Dt 由擴散系數和遷移時間決定。大分子的擴散系數小，可獲得更高的分離效率，大分子生物試樣分離的依據。3.進樣的影響 當進樣塞長度太大時，引起的峰展寬大于縱向擴散。分離效率明顯下降；實際操作時進樣塞長度小于或等于毛細管總長度的1%2%。影響分離效率的因素區帶展寬3.焦耳熱與溫度梯度的影響 電泳過程中會產生的大量焦耳熱。在散熱過程中，在毛細管內形成溫度梯度（中心溫度高），破壞了塞流，導致區帶展寬。 改善方法： （1）減小毛細管內徑； （2）控制散熱。影響分離效率的因素區帶展寬5 、其他影響因素（1）電分散作用對譜帶展寬的影響 當溶質區帶與緩沖溶液區帶的電導不同時，也造成譜帶展寬；盡量