電化學分離方法2024/10/20電泳分離法在電場作用下，電解質溶液中帶電粒子向兩極作定向移動的一種電遷移現象。電泳分離的依據是不同帶電粒子遷移率的差別。與電遷移所不同的是，電泳通常需要一種多孔材料作電解質的支持體，以消除電解質的非定向運動所引起的電泳帶變寬，便于取樣測定，或獲得分離后的組分。影響電泳的主要因素：帶電粒子遷移率、電解質溶液的組成、外加電位梯度、電泳時間等。

2024/10/20一、高效毛細管電泳基本原理

在電解質溶液中，位于電場中的帶電離子在電場力的作用下，以不同的速度向其所帶電荷相反的電極方向遷移的現象，稱之為電泳。由于不同離子所帶電荷及性質的不同，遷移速率不同可實現分離。1.經典電泳分離法的不足所用分離柱的柱徑大，柱較短，分離效率不高（遠低于HPLC），溫度影響大。高效毛細管電泳在技術上采取了兩項重要改進。2024/10/202.高效毛細管電泳技術上的重要突破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,；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，理論塔板數高達幾十萬塊/米，特殊柱子可以達到數百萬。2024/10/203.電泳現象與電滲流現象

電泳現象：帶電離子在電場作用下的遷移，速度ν電泳2024/10/20電滲流現象

當固體與液體接觸時，固體表面由于某種原因帶一種電荷，則因靜電引力使其周圍液體帶有相反電荷，在液-固界面形成雙電層，二者之間存在電位差。

當液體兩端施加電壓時，就會發生液體相對于固體表面的移動，這種液體相對于固體表面的移動的現象叫電滲現象。

電滲現象中整體移動著的液體叫電滲流（electroosmoticflow，簡稱EOF）。

2024/10/202.HPCE中的電滲現象與電滲流

石英毛細管柱，內充液pH>3時，表面電離成-SiO-,管內壁帶負電荷，形成雙電層。

在高電場的作用下，帶正電荷的溶液表面及擴散層向陰極移動，由于這些陽離子實際上是溶劑化的，故將引起柱中的溶液整體向負極移動，速度ν電滲流。2024/10/20HPCE中電滲流的方向

電滲流的方向取決于毛細管內表面電荷的性質：內表面帶負電荷，溶液帶正電荷，電滲流流向陰極；內表面帶正負電荷，溶液帶負電荷，電滲流流向陽極；石英毛細管；帶負電荷，電滲流流向陰極；改變電滲流方向的方法：

（1）毛細管改性表面鍵合陽離子基團；

（2）加電滲流反轉劑內充液中加入大量的陽離子表面活性劑，將使石英毛細管壁帶正電荷，溶液表面帶負電荷。電滲流流向陽極。2024/10/204.分離過程

電場作用下，柱中出現：電泳現象和電滲流現象。帶電粒子的遷移速度=電泳和電滲流兩種速度的矢量和。正離子：兩種效應的運動方向一致，在負極最先流出；中性粒子無電泳現象，受電滲流影響，在陽離子后流出；陰離子：兩種效應的運動方向相反，ν電滲流>ν電泳時,陰離子在負極最后流出,在這種情況下,不但可以按類分離,除中性粒子外,同種類離子由于受到的電場力大小不一樣也同時被相互分離。2024/10/205.分離類型(1)

毛細管區帶電泳（CZE）

最普遍、最基本的一種分離模式。(2)毛細管凝膠電泳（CGE）

將聚丙烯酰胺在毛細管柱內交聯生成凝膠。其具有多孔性，類似分子篩的作用，試樣分子按大小分離。能夠有效減小組分擴散，所得峰型尖銳，分離效率高。可分離測定蛋白質、DNA等。2024/10/20(3)毛細管膠束電動色譜（MECC）

在緩沖溶液中加入離子型表面活性劑，形成一疏水內核、外部帶負電的膠束。在電場力的作用下，膠束在柱中移動。由于電泳流和電滲流的方向相反，且ν電滲流>ν電泳，則帶負電的膠束以較慢的速度向負極方向移動，中性試樣分子在膠束相和溶液（水相）兩相間分配，疏水性強的組分與膠束結合的較牢，流出時間長?？捎脕矸蛛x中性物質，擴展了高效毛細管電泳的應用范圍。2024/10/20二、儀器流程與主要部件

processandmainassembly

電壓：0～30kV；

分離柱不涂敷任何固定液；紫外或激光誘導熒光檢測器；（可檢測到：10-19～10-21

mol/L）2024/10/201.高壓電源（1）0～30

kV穩定、連續可調的直流電源；（2）具有恒壓、恒流、恒功率輸出；（3）電場強度程序控制系統；（4）電壓穩定性：0.1%；（5）電源極性易轉換；2.毛細管柱

（1）材料：石英：各項性能好；玻璃：光學、機械性能差；（2）規格：內徑20～75μm，外徑350～400μm；長度<=1m2024/10/203.緩沖液池

化學惰性，機械穩定性好；4.檢測器

要求：具有極高靈敏度，可柱端檢測；檢測器、數據采集與計算機數據處理一體化；

類型檢測限/mol特點紫外-可見10-13～10-15加二極管陣列，光譜信息熒光10-15～10-17靈敏度高，樣品需衍生激光誘導熒光10-18～10-20靈敏度極高，樣品需衍生電導10-18～10-19離子靈敏，需專用的裝置；2024/10/20高效毛細管電泳儀器（1）2024/10/20高效毛細管電泳儀器（2）2024/10/20高效毛細管電泳儀器（3）2024/10/20三、影響柱效的因素及改進方法熱效應：焦耳熱仍是影響柱效的主要因素。采用外部冷卻的方法散熱，擇合適的電壓和電解質也是提高柱效的有效途徑。選擇合適的電解質降低電阻，電流低于200微安，一般幾十微安。電滲流控制：電滲流的大小和方向依賴于毛細管壁與溶液間電勢的極性和大小。使用添加劑可以改變電滲流的大小和方向，如添加NaCl和甲醇可降低電滲流；加入乙腈則可以增大電滲流。加入反轉劑。則可以改變電滲流的方向。2024/10/20四、主要特點和應用高分辨率：理論塔板數高達數百萬塊，甚至數千萬塊。高靈敏度：可檢測出低至10-21

mol/L濃度的物質。高分析速度：可在3分鐘內分離30種陰離子；1.7分鐘分離19種陽離子;4分鐘可分離10種蛋白質.試樣用量少：僅需幾nL（10-9L）的試樣儀器簡單，操作成本低：分析一個試樣僅需幾毫升流動液。不足之處：進樣不夠方便。應用范圍相對較窄。分析陰離子時，由陰極進樣，在陽極檢測。但電滲流方向與陰離子受電場力作用移動方向相反，出峰時間較長。2024/10/20電滲析分離法滲析過程：以濃度差使溶質透過膜而分離的過程。速率低，適用于引用外力有困難或自身有足夠濃度的物質的分離，也適用少量物料處理，典型用途是血液透析。電滲析（electrodialysis）分離：離子在電場作用下遷移和離子交換技術結合的一種分離方法。

（電遷移＋離子交換）2024/10/20電滲析分離裝置示意圖

分離過程：當陰陽電極上加上電壓時，料液池中陽離子通過陽離子交換膜遷移到陰極池中；陰離子通過陰離子交換膜遷移到陽極池中；料液中的沉淀顆粒、膠體、非離子性物質不能通過（陰或陽）離子交換膜，留在料液中。I：陽極池；II：料液池；III：陰極池。A：陰離子交換膜，常壓下不透水，只允許陰離子通過；C：陽離子交換膜，只允許陽離子通過。2024/10/20++++++陽極－－－－－－Cl-Na＋陽膜陽極室Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Na＋Cl-Cl-Na＋Na＋濃縮室淡化室濃縮室陰極室陽膜電滲析過程原理圖陰膜陰膜陰極2024/10/20

離子交換膜的選擇透過性源于膜上孔隙和膜上離子基團。膜上孔隙的作用：離子通過膜的大門和通道。膜上離子基團的作用：在水溶液中，膜上的離子交換基因會解離，在膜上就留下帶正或負電荷的固定基團。這些存在于膜微孔中的荷電基團，好比在一條狹長的通道中設立的一個個關卡或“警衛”，以鑒別和選擇通過的離子。離子交換膜的選擇透過性因此，這里的離子交換膜的作用不是離子交換，而是離子選擇性通過。2024/10/20離子交換膜功能示意圖2024/10/20電滲析法的應用電滲析是膜分離過程中較為成熟的一項