第五章 高效毛细管电泳和电动色谱
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毛细管电泳和毛细管电色谱
用于水体、土壤、空气等环境 样品中污染物和农药残留的检 测，有助于环境保护和治理。
其他领域
毛细管电泳还应用于食品分析 、冶金、地质等领域，可用于 金属离子、矿物成分等的分离
和检测。
02 毛细管电泳技术
CHAPTER
进样技术
压力进样
通过施加压力使样品进 入毛细管，适用于大体
积样品。
电动进样
利用电场力驱动样品进 入毛细管，适用于低粘
电解质浓度
影响电场强度和离子迁移率。
温度
影响分子热运动和扩散系数。
毛细管材料和内壁处理
影响样品在毛细管内的吸附和分离效 果。
03 毛细管电泳实验
CHAPTER
实验流程
安装毛细管
选择合适的毛细管，将其插入 仪器，确保密封良好。
运行实验
设定合适的实验参数，如电压、 温度、检测波长等，开始实验。
准备毛细管电泳仪
进系统
用于将样品注入到毛细管中。
实验材料
毛细管
具有微米级内径的玻璃或石英管，是电泳的分离通道。
电解质溶液
用于提供电泳所需的离子环境。
样品
待测物质，需进行适当预处理。
清洗液
用于清洗毛细管和仪器，保持实验的准确性。
04 毛细管电色谱简介
CHAPTER
定义与原理
定义
毛细管电色谱（CEC）是一种将高效电泳分离与高效液相色谱的固定相相结合 的分离技术。
亲和电泳
利用特异性亲和作用进行分离 ，如抗体-抗原、酶-抑制剂等
。
检测方法
紫外可见光谱
利用紫外可见光谱检测分离出的组分。
电化学检测
利用电化学方法对分离出的组分进行检测。
荧光检测
利用荧光物质标记待测组分，通过荧光信号 进行检测。
其他领域
毛细管电泳还应用于食品分析 、冶金、地质等领域，可用于 金属离子、矿物成分等的分离
和检测。
02 毛细管电泳技术
CHAPTER
进样技术
压力进样
通过施加压力使样品进 入毛细管，适用于大体
积样品。
电动进样
利用电场力驱动样品进 入毛细管，适用于低粘
电解质浓度
影响电场强度和离子迁移率。
温度
影响分子热运动和扩散系数。
毛细管材料和内壁处理
影响样品在毛细管内的吸附和分离效 果。
03 毛细管电泳实验
CHAPTER
实验流程
安装毛细管
选择合适的毛细管，将其插入 仪器，确保密封良好。
运行实验
设定合适的实验参数，如电压、 温度、检测波长等，开始实验。
准备毛细管电泳仪
进系统
用于将样品注入到毛细管中。
实验材料
毛细管
具有微米级内径的玻璃或石英管，是电泳的分离通道。
电解质溶液
用于提供电泳所需的离子环境。
样品
待测物质，需进行适当预处理。
清洗液
用于清洗毛细管和仪器，保持实验的准确性。
04 毛细管电色谱简介
CHAPTER
定义与原理
定义
毛细管电色谱（CEC）是一种将高效电泳分离与高效液相色谱的固定相相结合 的分离技术。
亲和电泳
利用特异性亲和作用进行分离 ，如抗体-抗原、酶-抑制剂等
。
检测方法
紫外可见光谱
利用紫外可见光谱检测分离出的组分。
电化学检测
利用电化学方法对分离出的组分进行检测。
荧光检测
利用荧光物质标记待测组分，通过荧光信号 进行检测。
高效毛细管电泳色谱仪电泳基本概念
高效毛细管电泳色谱仪电泳基本概念一、简介高效毛细管电泳色谱仪（Capillary Electrophoresis, CE）是一种利用电场对带电化合物进行分离的技术。
它可以用来分离带正电荷、负电荷或无电荷的化合物，且在分离过程中不需要添加外部成分，如胶体或分离介质，因此不会改变样品的组成。
CE具有分离速度快、样品消耗少、自动化程度高和分离精度高等特点，在生物、医药和环境等领域得到了广泛应用。
二、电泳原理在CE中，带电荷的样品离子在电场中移动，移动速度与带电离子的电荷数和电场力大小成正比。
由于样品分子的大小、形状和电荷都不相同，它们在电场中的移动速度也各不相同，因此分离出不同成分的样品提供了可能。
CE通过在一根毛细管内施加高电场，使带电离子向着管底方向移动，借此实现所有样品分子的分离。
三、电泳参数CE基本的电泳参数包括电场强度、毛细管内液体pH值、毛细管壁面涂层、电容耦合、温度等。
1.电场强度：CE中的电场强度通常在10-100 kV/m之间，由于呈现出非线性的行为，这个参数对电泳速度和分离能力有着重要的影响。
2.pH值：毛细管内液体pH值的选择和调整是CE中的一个重要环节。
通常选择分析物理化性质相似的缓冲液，以使质氢或氢氧离子浓度在毛细管内始终保持一定水平。
3.微粒衬底：在一些情况下，添加微粒衬底可以增加分离能力和电泳效率，但是同样也会使分辨率降低。
4.温度：温度对分离速度、分离度和电泳峰形都有影响，通常情况下，温度越高，电泳速度会越快。
四、毛细管电泳色谱仪毛细管电泳色谱仪（Capillary Electrophoresis Instrument, CEI）包括注射器、毛细管、高压电源、检测器和控制软件等部件。
其中，注射器和毛细管是CE中最关键的部件。
毛细管通常是由非活性材料制成的，如硅胶或石英玻璃。
常用的检测器包括荧光检测器、紫外-可见光检测器、电化学检测器和质谱检测器等。
五、应用CE在分析各种样品中有着广泛的应用，包括各种生物分子、有机和无机化合物、药物、食品、环境和化妆品样品。
5.3 高效毛细管电泳分离模式
5.2 高效毛细管电泳仪
5.3 毛细管电泳的分离模式
5.4 影响分辨率的因素及操作条件选择
5.5 高效毛细管电泳的应用
结束
2018/12/13
3. 氨基酸、蛋白质、多肽等的所带电荷与溶液pH有关，
在酸性溶液中带正电荷，反之带负电荷。在其等电点时， 呈电中性，淌度为零。
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4. 聚焦：具有不同等电点的生物试样在电场力的作用 下迁移，分别到达满足其等电点pH的位置时，呈电中 性，停止移动，形成窄溶质带而相互分离。
5. 阳极端装稀磷酸溶液，阴极端装稀NaOH溶液。
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2. 电泳流和电渗流的方向相反，且v电渗流 > v电泳 ， 负电胶束以较慢的速率向负极移动。 3.中性分子在胶束相和溶液（水相）间分配，疏水 性强的组分与胶束结合的较牢，流出时间长。 4.可用来分离中性物 质，扩展了高效毛细管电 泳的应用范围。
5.色谱与电泳分离模
式的结合。
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5.4.6 毛细管电渗色谱
Capillary electroosmostic chromatography ，CEC
在毛细管壁上键合或涂渍高效液相色谱的固定
液，以电渗流为流动相，试样组分在两相间的分配
为分离机理的电动色谱过程；
2018/12/13
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5.1 毛细管电泳的基本原理
第五章 毛细管电泳
Capillary electrophoresis, CE
5.4.1 毛细管区带电泳
5.4.2 毛细管凝胶电泳
5.4.3 胶束电动毛细管 色谱 5.4.4 毛细管等电聚焦 5.4.5 毛细管等速电泳
第四节 毛细管电泳分离 模式
第五章毛细管电泳
对于熔硅或聚四氟乙烯材质的毛细管，管 壁上的zeta电势是毛细管电泳中的一个重要 参数，对控制电渗流、优化毛细管分离有重 要意义。
毛细管电泳中的zeta电势
第二种：荷电粒子表面上的zeta电势
在电介质中，任何带电粒子都可以被看成 是一个偶电层系统的一部分。在这个系统中， 粒子自身的电荷被异号的带电离子中和，这些 异号离子中有一些被不可逆地吸附到粒子上， 而另一些则游离在附近，并扩散到电介质中进 行离子交换。“固定”离子有一个切平面，它 和离得最近的游离离子间的电势称为粒子的 zeta电势。
各种电泳的主要应用方向
小型离子: CZE CITP 小分子: MECC CZE CITP 肽类 : CZE MECC CIEF CITP CGE 蛋白质: CZE CGE CIEF CITP 低聚核苷酸 : CGE MEKC DNA :CGE
毛 细 管 电 泳 仪
毛细管电泳仪的基本结构
毛细管电泳系统包括：进样、填灌/清洗、电流回 路、毛细管/温度控制、检测/记录/数据处理等部分
毛细管电泳是在散热效率极高的毛细管内进行， 它可以加上 0 ～ 30 KV 的高电压进行分离，达 到快速、高效
毛细管电泳的特点
毛细管的特点 容积小，以100㎝长、75μ m内径的毛细管计， 容积仅为4.4 μ l 侧面/截面积比大，使毛细管散热快，能承受 100 ～ 1000V/cm的高电场 能使用自由溶液、凝胶等作为支持介质 在溶液介质下能产生平面形状的电渗流
分析与微量制备
手性/异构体拆分
方法简单化 改善分辨率 快速 成本降低 方法开发过程简单
碱性药物分析—19种混合碱性药物的质量 控制分析
在其它药物分析中的应用
主成分的定量测定 痕量杂质检测 中药材成分分析/指纹图谱 中药复方制剂中化学成分测定 药物计量离子配比测定 药物代谢产物测定 药物与蛋白质的相互作用研究 滥用药物测定 药厂质控
毛细管电泳中的zeta电势
第二种：荷电粒子表面上的zeta电势
在电介质中，任何带电粒子都可以被看成 是一个偶电层系统的一部分。在这个系统中， 粒子自身的电荷被异号的带电离子中和，这些 异号离子中有一些被不可逆地吸附到粒子上， 而另一些则游离在附近，并扩散到电介质中进 行离子交换。“固定”离子有一个切平面，它 和离得最近的游离离子间的电势称为粒子的 zeta电势。
各种电泳的主要应用方向
小型离子: CZE CITP 小分子: MECC CZE CITP 肽类 : CZE MECC CIEF CITP CGE 蛋白质: CZE CGE CIEF CITP 低聚核苷酸 : CGE MEKC DNA :CGE
毛 细 管 电 泳 仪
毛细管电泳仪的基本结构
毛细管电泳系统包括：进样、填灌/清洗、电流回 路、毛细管/温度控制、检测/记录/数据处理等部分
毛细管电泳是在散热效率极高的毛细管内进行， 它可以加上 0 ～ 30 KV 的高电压进行分离，达 到快速、高效
毛细管电泳的特点
毛细管的特点 容积小，以100㎝长、75μ m内径的毛细管计， 容积仅为4.4 μ l 侧面/截面积比大，使毛细管散热快，能承受 100 ～ 1000V/cm的高电场 能使用自由溶液、凝胶等作为支持介质 在溶液介质下能产生平面形状的电渗流
分析与微量制备
手性/异构体拆分
方法简单化 改善分辨率 快速 成本降低 方法开发过程简单
碱性药物分析—19种混合碱性药物的质量 控制分析
在其它药物分析中的应用
主成分的定量测定 痕量杂质检测 中药材成分分析/指纹图谱 中药复方制剂中化学成分测定 药物计量离子配比测定 药物代谢产物测定 药物与蛋白质的相互作用研究 滥用药物测定 药厂质控
五毛细管电泳
2018/10/22 7
V E L
uep 电 泳 速 度
ep 淌 度
uep ep E
l ep tE
E 电场强度 l 进样点到检测点长度 t 溶质移动时间 q -电荷
ep
q 6 r
溶液黏度
r 离子半径
ueo eo E
eo E
2018/10/22
2
CE开始主要用于蛋白质，多肽的分析,以 后逐渐被广泛应用于生物，化学，医药， 环保等领域。它具有分离效率高，分析速 度快，样品及试剂用量少,洁净无污染等特 点,和HPLC(高效液相色谱法)成为分析化学 中互补的技术。随着生命科学的发展，毛 细管电泳技术也有了广阔的发展空间.目前， 不同分离模式的毛细管电泳技术正成为最 重要的生物样品分离分析手段。
一.概述
电泳是电解质中带电粒子在电场力作用下，以不同 的速度向电荷相反方向迁移的现象.利用这种现象对 化学和生物化学组分进行分离的技术称之为电泳技 术。丛20世纪30~40年代起 ,相继发展了多种基于 抗对流介质的电泳技术(如纸电泳，凝胶电泳等).传 统的电泳技术由于受到焦耳热的限制，只能在低电 场强度下进行电泳操作，分离时间长，效率低.80年 代初,细径毛细管被用于电泳，由此产生了一种新型 的分析技术——毛细管电泳。
analysis of amino acids
5、核酸分析及DNA测序
analysis of nucleic acids and sequence of DNA
6、新进展及热点问题
advances and special topics
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22
1、离子分析
analysis of ion
V E L
uep 电 泳 速 度
ep 淌 度
uep ep E
l ep tE
E 电场强度 l 进样点到检测点长度 t 溶质移动时间 q -电荷
ep
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溶液黏度
r 离子半径
ueo eo E
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CE开始主要用于蛋白质，多肽的分析,以 后逐渐被广泛应用于生物，化学，医药， 环保等领域。它具有分离效率高，分析速 度快，样品及试剂用量少,洁净无污染等特 点,和HPLC(高效液相色谱法)成为分析化学 中互补的技术。随着生命科学的发展，毛 细管电泳技术也有了广阔的发展空间.目前， 不同分离模式的毛细管电泳技术正成为最 重要的生物样品分离分析手段。
一.概述
电泳是电解质中带电粒子在电场力作用下，以不同 的速度向电荷相反方向迁移的现象.利用这种现象对 化学和生物化学组分进行分离的技术称之为电泳技 术。丛20世纪30~40年代起 ,相继发展了多种基于 抗对流介质的电泳技术(如纸电泳，凝胶电泳等).传 统的电泳技术由于受到焦耳热的限制，只能在低电 场强度下进行电泳操作，分离时间长，效率低.80年 代初,细径毛细管被用于电泳，由此产生了一种新型 的分析技术——毛细管电泳。
analysis of amino acids
5、核酸分析及DNA测序
analysis of nucleic acids and sequence of DNA
6、新进展及热点问题
advances and special topics
2018/10/22
22
1、离子分析
analysis of ion
《高效毛细管电泳法》课件
毛细管电泳运行
演示毛细管电泳的运行过程，通过动 态实验图展示离子的迁移和分离情况。
应用
高效毛细管电泳法 在生物医学研究中 的应用
介绍高效毛细管电泳法在基 因分型、蛋白质分析等生物 医学领域的应用案例和优势。
高效毛细管电泳法 在化学分析中的应 用
探讨高效毛细管电泳法在有 机合成反应、药物分析等化 学领域的应用前景和发展方 向。
实验流程
1
毛细管电泳仪器的准备
2
详细介绍毛细管电泳仪器的使用方法
和重要操作步骤。
3
样品注入
4
演示样品的注入方法，以及避免样品
交叉污染的技巧。
5
数据分析
6
引导分析和解释实验结果，包括峰形、 峰面积等关键参数。
样品准备
指导如何进行样品的制备和处理，确 保样品的纯度和适用性。
毛细管电泳条件的设置
讲解如何调整电泳条件以获得最佳的 分离效果，包括电压、温度等因素。
高效毛细管电泳法的优势是什么？
详细探讨高效毛细管电泳法相比传统电泳法的优越性，包括分离效率、分析速度、样品消耗 等方面。
原理
毛细管电泳法的基本原理
解释毛细管电泳法中离子迁移的基本原理，涉 及电流、电场、电泳缓冲液等关键概念。
高效毛细管电泳法的原理
详细说明高效毛细管电泳法相比传统电泳法的 原理，包括电泳缓冲液、毛细管柱等关键因素。
《高效毛细管电泳法》 PPT课件
高效毛细管电泳法为你揭开了一个全新的电泳世界。通过本课件，您将了解 到什么是毛细管电泳法、为什么需要高效毛细管电泳法以及其卓越的优势。
简介
什么是毛细管电泳法？
介绍毛细管电泳法的基本原理和技术特点，以及其在科学研究和实际应用中的重要性。
演示毛细管电泳的运行过程，通过动 态实验图展示离子的迁移和分离情况。
应用
高效毛细管电泳法 在生物医学研究中 的应用
介绍高效毛细管电泳法在基 因分型、蛋白质分析等生物 医学领域的应用案例和优势。
高效毛细管电泳法 在化学分析中的应 用
探讨高效毛细管电泳法在有 机合成反应、药物分析等化 学领域的应用前景和发展方 向。
实验流程
1
毛细管电泳仪器的准备
2
详细介绍毛细管电泳仪器的使用方法
和重要操作步骤。
3
样品注入
4
演示样品的注入方法，以及避免样品
交叉污染的技巧。
5
数据分析
6
引导分析和解释实验结果，包括峰形、 峰面积等关键参数。
样品准备
指导如何进行样品的制备和处理，确 保样品的纯度和适用性。
毛细管电泳条件的设置
讲解如何调整电泳条件以获得最佳的 分离效果，包括电压、温度等因素。
高效毛细管电泳法的优势是什么？
详细探讨高效毛细管电泳法相比传统电泳法的优越性，包括分离效率、分析速度、样品消耗 等方面。
原理
毛细管电泳法的基本原理
解释毛细管电泳法中离子迁移的基本原理，涉 及电流、电场、电泳缓冲液等关键概念。
高效毛细管电泳法的原理
详细说明高效毛细管电泳法相比传统电泳法的 原理，包括电泳缓冲液、毛细管柱等关键因素。
《高效毛细管电泳法》 PPT课件
高效毛细管电泳法为你揭开了一个全新的电泳世界。通过本课件，您将了解 到什么是毛细管电泳法、为什么需要高效毛细管电泳法以及其卓越的优势。
简介
什么是毛细管电泳法？
介绍毛细管电泳法的基本原理和技术特点，以及其在科学研究和实际应用中的重要性。
《色谱分析》教学课件—05毛细管电泳法
子的离解度、电荷数、粒子的形状大小有关。
5.1.2 电泳参数
3.电渗和电渗淌度
电渗或电渗流 (electroosmotic flow, EOF) ： 毛细管内溶液在电场作用 下，整体朝一个方向迁移的现象，电渗流迁移的速率成为电渗速率 (uos)。
uos E （5-4）
电渗速率uos与双电层的Zeta 电位ξ，介质的介电常数ε和粘 度η有关，和电场强度E成正比。
5.4 毛细管电泳仪的操作 Operation of CE
5.5 毛细管电泳法的应用 Application of CE
5.6 本章内容概图 Overview Chart of the Chapter
5.1 基本原理
5.1.1 概述
一、基本概念
1.毛细管电泳法（capillary electrophoresis；CE）又称为高效毛细管电泳 （high performance capillary electrophoresis；HPEC）是以毛细管为分离通道， 高压直流电场为驱动力的新型液相分离分析技术，即在毛细管中进行的电泳法。
（5-12）
由式（5-12）看出：理论塔板数和溶质的扩散系数成反比，而溶质分子越大， 则扩散系数越小，理论塔板数越大，柱效越高，因此毛细管电泳适合分离蛋白质 、DNA等生物大分子；毛细管的有效长度越长，总长度越短，则柱效越高；外加 电压越大，柱效越高。
（2）分离度
分离度指淌度相接近的组分分开的能力。同样，在实际毛细管电泳
为电泳速度uep。下标ep表示电泳(electrophoresis)。
uep ep E
（5-1）
式中E为电场强度， µep为电泳淌度（electrophoresis mobility）或电泳迁移率
5.1.2 电泳参数
3.电渗和电渗淌度
电渗或电渗流 (electroosmotic flow, EOF) ： 毛细管内溶液在电场作用 下，整体朝一个方向迁移的现象，电渗流迁移的速率成为电渗速率 (uos)。
uos E （5-4）
电渗速率uos与双电层的Zeta 电位ξ，介质的介电常数ε和粘 度η有关，和电场强度E成正比。
5.4 毛细管电泳仪的操作 Operation of CE
5.5 毛细管电泳法的应用 Application of CE
5.6 本章内容概图 Overview Chart of the Chapter
5.1 基本原理
5.1.1 概述
一、基本概念
1.毛细管电泳法（capillary electrophoresis；CE）又称为高效毛细管电泳 （high performance capillary electrophoresis；HPEC）是以毛细管为分离通道， 高压直流电场为驱动力的新型液相分离分析技术，即在毛细管中进行的电泳法。
（5-12）
由式（5-12）看出：理论塔板数和溶质的扩散系数成反比，而溶质分子越大， 则扩散系数越小，理论塔板数越大，柱效越高，因此毛细管电泳适合分离蛋白质 、DNA等生物大分子；毛细管的有效长度越长，总长度越短，则柱效越高；外加 电压越大，柱效越高。
（2）分离度
分离度指淌度相接近的组分分开的能力。同样，在实际毛细管电泳
为电泳速度uep。下标ep表示电泳(electrophoresis)。
uep ep E
（5-1）
式中E为电场强度， µep为电泳淌度（electrophoresis mobility）或电泳迁移率
高效毛细管电泳
HPCE统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分配行为上的差异而实现分离的一项液相分离技术。
是以电泳强有力的分离机理与色谱的仪器及自动化相结合的产物，可看作是电泳的一种仪器化方式。
是一种迅速发展中的新的分离分析技。
HPCE 特点:1.电泳是在细径弹性石英毛细管中进行；2.高电压（10～30KV ）加在毛细管两端以产生高电场强度；3.毛细管的高电阻限制了电流的产生和管内发热，从而抑制了热扩散的不利影响；4.柱效率高,分析时间短;5.检测在毛细管上进行（没有外部检测池），不存在检测池内的谱带展宽问题;6.所需样品体积小（为１～５0 nl)；7.多种分离模式能改变选择性，拓宽了电泳的应用范围；8.分离在水相介质中进行；9.方法开发简便；10.仪器自动化程度高，克服了板状凝胶电泳分析时间长、效率低以及检测自动化比较困难等缺点。
电泳的基本原理：离子的迁移速度可用下式表示:淌度（Mobility ）是指在单位时间间隔内和单位电场强度下溶质移动的距离。
电渗流(Electroosmotic Flow, EOF)是指毛细管内壁表面电荷所引起的管内液体的整体流动，大小可用速度或淌度来表示：EOF 的特点：1.毛细管内的电渗流具有平面流型，呈近似扁平型的“塞式流”，使溶质区带在毛细管内原则上不会扩张。
2.一般情况下（pH>4），毛细管内壁表面带负电荷，EOF 的方向是由正极到负极。
3.EOF 的淌度比离子淌度大一个数量级，它可以使几乎所有物种，不论其电荷性质如何，向同一方向运动。
因此EOF 是HPCE 中推动流体前进的驱动力，粒子在毛细管内电解质中的迁移速度等于电泳和电渗流两种速度的矢量和。
正离子的泳动方向和电渗流一致，迁移速度最快；中性粒子的迁移速度与电渗流速度相等；负离子的泳动方向和电渗流相反，但电渗流速度>电泳流速度，故其迁移方向与EOF 一致，迁移速度最慢。
HPCE 与LC 中流体的不同流型:EOF 的平面流型引起流动的推动力沿毛细管均匀分布,不会在毛细管内形成压力差,所以流速到处接近相同,对谱带展宽没有贡献。
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3Leabharlann 101三、毛细管凝胶电泳
毛细管凝胶电泳 CGE）：按照试样中各个组 分相对分子质量的大小进行分离的方法。 用途：常用于蛋白质、寡聚核苷酸、核糖核 酸、DNA片段的分离和测序及聚合酶链反应产 物的分析。CGE能达到CE中最高的柱效。
• 毛细管等电聚焦是基于不同蛋白质或多肽之 间等电点的差异进行分离的电泳技术。 • 毛细管等电聚焦最具特色的应用是测定蛋白 质的等电点。在异构酶鉴定、单克隆抗体、 多克隆抗体、血红蛋白亚基等研究中，经常 用毛细管等电聚焦。
五、亲和毛细管电泳
亲和毛细管电泳是利用配体与受体之间存在特异性 相互作用，可以形成具有不同荷-质比的配合物而达 到分离目的。
梯度升压方式对毛细管电泳分离的影响 A. 2kV至25kV，0min，一步升压；B.2kV至25kV，5min，线性梯度 升压. 样品：β-乳球蛋白A，溶菌酶，细胞色素C，肌红蛋白，微白蛋白
二、毛细管及其温度控制
毛细管电泳柱作为分离分析的载体，其材料、 形状、内径、柱长、温度对分离度和重现性都 有影响。
缓冲液中加入添加剂，并让缓冲液与毛 细管充分平衡.如加入阳离子表面活性剂 十四烷基三甲基溴化铵(tetradecyl trimethyl ammonium bromide ,TTAB)， 能在内壁形成物理吸附层，使EOF反向. 添加剂还有聚乙烯亚胺、甲基纤维素 (MC)、十六烷基溴化铵(CTAB)等。
一、电泳电压
电泳电压是控制柱效、分离度和分析时间的重要因素。
电泳分离体系的最佳工作电压，与缓冲液浓度、毛细 管内径及长度有关。 除选择工作电压外，还应选择电压施加方式.通常有恒 压、恒流、恒功率、梯度升压、梯度降压等工作模式。
A
B
14.50
17.25
20.00 t/min
22.75
25.50
第五章 高效毛细管电泳和毛细管电 动色谱分析法
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概述 毛细管电泳的基本原理 毛细管电泳装置
毛细管电动色谱
实验技术 应用
第一节 概述
• 电泳：带电粒子在电场作用下于一定介质 中发生定向运动的现象。
• 高效毛细管电泳：以毛细管为分离通道， 以高压直流电场为驱动力进行高效、快速 分离的一种电泳技术。
与电泳类似，常用电渗淌度表示电渗流大小， 如下式所示：
eo E
式中，ν为电渗淌度；μeo为电渗速度.
在电渗流存在的情况下，组分的迁移速度是它的 电泳速度和电渗流速度的总和，可以用下式表 示：
e eo E
二、毛细管区带电泳 特征：是整个系统都用同一种电泳缓冲液充满. 缓冲液由缓冲试剂、pH调节剂、溶剂和添加剂组 成。
1、毛细管的选择
目前多用圆管形弹性熔融石英毛细管，俗称融硅毛 细管。 同样电压下，毛细管孔径越小，电流越小，产生的 焦耳热越少。
毛细管内壁的表面特性对CE的行为有显著影响。
2、 毛细管温度控制
电泳温度的选择应考虑热效应控制、重现 性控制、分离效率控制和分离介质对温度 的限制等因素。 可以用空气循环或水循环的方式降温。
填充柱毛细管电动色谱(PCCEC） 分类 胶束电动毛细管色谱（MECC）
阳极
阴极
溶质
表面活性剂
电泳
电渗流
第五节 实验技术
一、毛细管涂层技术
7种蛋白质在五氟代芳基涂层A和未涂层B毛细 管中的CZE图谱。
A 1 6 8 4 3 2 5 7
16 B
20
24
28
32
36
27
31
35 t/min
39
43
分离原理：当电流通过时，缓冲液中的阳 离子、阴离子分别以恒定的速度向阳极和 阴极移动，由于试样中各个组分间荷质比 的差异，以不同的速度在分立的区带内进 行迁移.如果试样中各个组分的迁移率差别 较大，就能将各个组分分离。
特点：速度快、分辨率高、消耗低等。 水中无机阴离子及有机酸根的分离图谱。
36种阴离子的CZE分离图谱 1.S2O32-；2. Br-；3.Cl-； 4.SO42-；5. NO2-；6. NO3-；7. 钼酸根；8. 叠氮（化物）；9. WO42-；10.一氟磷酸根； 11.ClO3-；12.柠檬酸根；13. F-； 14.甲酸根；15. PO43-；16. 亚磷 酸根；17. 次氯酸根；18. 戊二酸 根；19. 邻苯二甲酸根；20. 半乳 糖二酸根；21. 碳酸根；22. 乙酸 根；23. 氯乙酸根；24. 乙基磺酸 根；25. 丙酸根；26. 丙基磺酸根； 27. 天冬酸根；28. 巴豆酸根；29. 丁酸根；30. 丁基磺酸根；31. 戊 酸根；32. 苯甲酸根；33. L-谷氨 酸根；34. 戊基磺酸根；35. d-葡 萄糖酸根；36. d-半乳糖醛酸根.
2. 压力进样
管中溶液流动，将试样带入。
3. 扩散进样
利用浓度差扩散原理将样品分子引入毛细管
四、检测器
紫外检测器
激光诱导荧光检测器
质谱检测器
电化学检测器
第四节 毛细管电动色谱
毛细管电动色谱：以电渗流为驱动力的一种色谱技 术，并且将CE的高效和HPLC的高选择性相结合，除 可以分离离子化合物外，可以分离不带电荷的中性 化合物。
当电场强度一定时离子的电泳淌度不同，在 电场中的移动速率不一样，利用这个原理 可以将不同的离子彼此分离。
2、电渗流 电渗流是指毛细管中的溶剂在轴向直 流电场作用下而发生的定向流动现象。
界面
N
管 壁
N N N N
扩散层
N
吸附层 紧密层
毛细管内壁的双电层模型 电渗流与高效液相色谱的流型对比 -.荷负电粒子； +.荷正电粒子； N.电中性粒子
一、发展历史
1930年，瑞典化学家Tiselius（1948年荣获诺贝尔化学奖）
1981年，Jorgenson和Lukacs成功地对丹酰化氨基酸样品 进行了快速、高效分离。
目前：分析化学领域中发展最快的分离技术
二、优缺点
样品量少、操作简便、分离效率高、分 析成本低、应用面广。 但CE制备能力差，在进样的准确性和检 测灵敏度等方面比高效液相色谱法略逊。
第六节 应用
• • • • • 离子分析 DNA分析 肽和蛋白质分析 手性分离 药物分析和临床检测
还有一种固体恒温方式，采用热传导系数 高的合金材料制成电热控制器，可以快速 散发焦耳热。
电 流 （μ/A） 50
1
40
2
30
3
0
5
10 t/min
15
20
毛细管电流随时间变化曲线 1.空气自然对流；2.空气强制对流；3.固态 电热冷却。
三、进样
1. 电动进样 试样因离子迁移和电渗作用进入管内。
三、分类
毛细管区带电泳（CZE） 毛细管等速电泳（CITP） 毛细管等电聚焦（CIEF） 毛细管电动色谱（CEC） 亲和毛细管电泳（ACE）
第二节 毛细管电泳的基本原理
一、电泳分离基础 1、电泳淌度
i e e e E E d
式中，ue为电泳淌度；E为电场强度；为组分的分 离度；为组分的电动电位；ε为介质的介电常 数；η为介质的粘度；d为与离子大小有关的常 数
2
1
1 3
2 4 t/min 6 8 2
2
3
4 t/min 6
8
缓冲液加Ca2+ 缓冲液加EDTA 微白蛋白的亲和毛细管电泳分离图谱 1. 电渗峰；2. 蛋白峰；3. 未知组分
第三节 毛细管电泳装置
2
高 压 电 源
3
6 7 4
1 5
毛细管电泳装置示意图 1. 高压电极槽；2. 毛细管；3. 检测器；4. 铂丝电极； 5. 低压电极槽；6. 恒温系统；7. 记录/数据处理.
二、凝胶毛细管制备
聚丙烯酰胺凝胶毛细管制备技术 分为凝胶管结构设计及单体溶液的配 制、毛细管预处理、单体溶液的灌制与控 制、聚合及其速度与方向控制、后续处理 等五个过程。
凝胶管结构设计： 主要包括凝胶浓度、梯度、性质等。 结合分离对象，考虑是否需要使用尿素、 SDS或环糊精等添加剂，是否需要涂层毛细 管内壁，并考虑毛细管的尺寸等。毛细管 结构确定后，即可配制单体溶液。
47
蛋白质在APF涂层 和未涂层毛细管中 的CZE图谱 1. 溶菌酶；2. EOF指示剂；3. 核 糖核酸酶；4. 胰 蛋白酶原； 5. 鲸肌红蛋白；6. 马肌红蛋白；7. 人碳酸酐酶B；8. 牛碳酸酐酶B.
毛细管涂层技术通常采用动态修饰和表面 涂层两类方法。 动态修饰方法 表面涂层方法
包括物理涂布、化学键合、溶胶-凝胶法等.最常用的是Si-O-Si-R 键合 方式，采用双官能团的偶联剂，如聚甲基丙烯基硅二醇、3-氨丙基三 甲氧基硅烷等，亲水官能团与管壁表面的硅羟基进行共价结合，使其 牢固地附着于管壁上，再用疏水官能团与涂渍物发生反应形成均匀稳 定的涂层.常用的涂层剂是聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、五氟芳基、聚乙二 醇(polyethylene glycol,PEG )等。
线形聚丙烯酰胺溶液分离混合DNA的电泳图谱。
5 6 4 3 2 1 10 15 t/min 20 7
DNA在线形聚丙烯酰胺溶液中的电泳图谱 1. 564bp；2. 2.0kbp；3. 2.3kbp；4. 4.4kbp； 5. 6.6kbp；6. 9.4kbp；7. 23.1kbp.
1.40 1.60 1.80 2.00 t/min 2.20 2.40 2.60 2.80
36
35
34 32 33
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
20
21
19
18 17 16
15
14
9
13 10
11
12
786
5 2
3Leabharlann 101三、毛细管凝胶电泳
毛细管凝胶电泳 CGE）：按照试样中各个组 分相对分子质量的大小进行分离的方法。 用途：常用于蛋白质、寡聚核苷酸、核糖核 酸、DNA片段的分离和测序及聚合酶链反应产 物的分析。CGE能达到CE中最高的柱效。
• 毛细管等电聚焦是基于不同蛋白质或多肽之 间等电点的差异进行分离的电泳技术。 • 毛细管等电聚焦最具特色的应用是测定蛋白 质的等电点。在异构酶鉴定、单克隆抗体、 多克隆抗体、血红蛋白亚基等研究中，经常 用毛细管等电聚焦。
五、亲和毛细管电泳
亲和毛细管电泳是利用配体与受体之间存在特异性 相互作用，可以形成具有不同荷-质比的配合物而达 到分离目的。
梯度升压方式对毛细管电泳分离的影响 A. 2kV至25kV，0min，一步升压；B.2kV至25kV，5min，线性梯度 升压. 样品：β-乳球蛋白A，溶菌酶，细胞色素C，肌红蛋白，微白蛋白
二、毛细管及其温度控制
毛细管电泳柱作为分离分析的载体，其材料、 形状、内径、柱长、温度对分离度和重现性都 有影响。
缓冲液中加入添加剂，并让缓冲液与毛 细管充分平衡.如加入阳离子表面活性剂 十四烷基三甲基溴化铵(tetradecyl trimethyl ammonium bromide ,TTAB)， 能在内壁形成物理吸附层，使EOF反向. 添加剂还有聚乙烯亚胺、甲基纤维素 (MC)、十六烷基溴化铵(CTAB)等。
一、电泳电压
电泳电压是控制柱效、分离度和分析时间的重要因素。
电泳分离体系的最佳工作电压，与缓冲液浓度、毛细 管内径及长度有关。 除选择工作电压外，还应选择电压施加方式.通常有恒 压、恒流、恒功率、梯度升压、梯度降压等工作模式。
A
B
14.50
17.25
20.00 t/min
22.75
25.50
第五章 高效毛细管电泳和毛细管电 动色谱分析法
1 2 3 4 5 6
概述 毛细管电泳的基本原理 毛细管电泳装置
毛细管电动色谱
实验技术 应用
第一节 概述
• 电泳：带电粒子在电场作用下于一定介质 中发生定向运动的现象。
• 高效毛细管电泳：以毛细管为分离通道， 以高压直流电场为驱动力进行高效、快速 分离的一种电泳技术。
与电泳类似，常用电渗淌度表示电渗流大小， 如下式所示：
eo E
式中，ν为电渗淌度；μeo为电渗速度.
在电渗流存在的情况下，组分的迁移速度是它的 电泳速度和电渗流速度的总和，可以用下式表 示：
e eo E
二、毛细管区带电泳 特征：是整个系统都用同一种电泳缓冲液充满. 缓冲液由缓冲试剂、pH调节剂、溶剂和添加剂组 成。
1、毛细管的选择
目前多用圆管形弹性熔融石英毛细管，俗称融硅毛 细管。 同样电压下，毛细管孔径越小，电流越小，产生的 焦耳热越少。
毛细管内壁的表面特性对CE的行为有显著影响。
2、 毛细管温度控制
电泳温度的选择应考虑热效应控制、重现 性控制、分离效率控制和分离介质对温度 的限制等因素。 可以用空气循环或水循环的方式降温。
填充柱毛细管电动色谱(PCCEC） 分类 胶束电动毛细管色谱（MECC）
阳极
阴极
溶质
表面活性剂
电泳
电渗流
第五节 实验技术
一、毛细管涂层技术
7种蛋白质在五氟代芳基涂层A和未涂层B毛细 管中的CZE图谱。
A 1 6 8 4 3 2 5 7
16 B
20
24
28
32
36
27
31
35 t/min
39
43
分离原理：当电流通过时，缓冲液中的阳 离子、阴离子分别以恒定的速度向阳极和 阴极移动，由于试样中各个组分间荷质比 的差异，以不同的速度在分立的区带内进 行迁移.如果试样中各个组分的迁移率差别 较大，就能将各个组分分离。
特点：速度快、分辨率高、消耗低等。 水中无机阴离子及有机酸根的分离图谱。
36种阴离子的CZE分离图谱 1.S2O32-；2. Br-；3.Cl-； 4.SO42-；5. NO2-；6. NO3-；7. 钼酸根；8. 叠氮（化物）；9. WO42-；10.一氟磷酸根； 11.ClO3-；12.柠檬酸根；13. F-； 14.甲酸根；15. PO43-；16. 亚磷 酸根；17. 次氯酸根；18. 戊二酸 根；19. 邻苯二甲酸根；20. 半乳 糖二酸根；21. 碳酸根；22. 乙酸 根；23. 氯乙酸根；24. 乙基磺酸 根；25. 丙酸根；26. 丙基磺酸根； 27. 天冬酸根；28. 巴豆酸根；29. 丁酸根；30. 丁基磺酸根；31. 戊 酸根；32. 苯甲酸根；33. L-谷氨 酸根；34. 戊基磺酸根；35. d-葡 萄糖酸根；36. d-半乳糖醛酸根.
2. 压力进样
管中溶液流动，将试样带入。
3. 扩散进样
利用浓度差扩散原理将样品分子引入毛细管
四、检测器
紫外检测器
激光诱导荧光检测器
质谱检测器
电化学检测器
第四节 毛细管电动色谱
毛细管电动色谱：以电渗流为驱动力的一种色谱技 术，并且将CE的高效和HPLC的高选择性相结合，除 可以分离离子化合物外，可以分离不带电荷的中性 化合物。
当电场强度一定时离子的电泳淌度不同，在 电场中的移动速率不一样，利用这个原理 可以将不同的离子彼此分离。
2、电渗流 电渗流是指毛细管中的溶剂在轴向直 流电场作用下而发生的定向流动现象。
界面
N
管 壁
N N N N
扩散层
N
吸附层 紧密层
毛细管内壁的双电层模型 电渗流与高效液相色谱的流型对比 -.荷负电粒子； +.荷正电粒子； N.电中性粒子
一、发展历史
1930年，瑞典化学家Tiselius（1948年荣获诺贝尔化学奖）
1981年，Jorgenson和Lukacs成功地对丹酰化氨基酸样品 进行了快速、高效分离。
目前：分析化学领域中发展最快的分离技术
二、优缺点
样品量少、操作简便、分离效率高、分 析成本低、应用面广。 但CE制备能力差，在进样的准确性和检 测灵敏度等方面比高效液相色谱法略逊。
第六节 应用
• • • • • 离子分析 DNA分析 肽和蛋白质分析 手性分离 药物分析和临床检测
还有一种固体恒温方式，采用热传导系数 高的合金材料制成电热控制器，可以快速 散发焦耳热。
电 流 （μ/A） 50
1
40
2
30
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5
10 t/min
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毛细管电流随时间变化曲线 1.空气自然对流；2.空气强制对流；3.固态 电热冷却。
三、进样
1. 电动进样 试样因离子迁移和电渗作用进入管内。
三、分类
毛细管区带电泳（CZE） 毛细管等速电泳（CITP） 毛细管等电聚焦（CIEF） 毛细管电动色谱（CEC） 亲和毛细管电泳（ACE）
第二节 毛细管电泳的基本原理
一、电泳分离基础 1、电泳淌度
i e e e E E d
式中，ue为电泳淌度；E为电场强度；为组分的分 离度；为组分的电动电位；ε为介质的介电常 数；η为介质的粘度；d为与离子大小有关的常 数
2
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4 t/min 6
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缓冲液加Ca2+ 缓冲液加EDTA 微白蛋白的亲和毛细管电泳分离图谱 1. 电渗峰；2. 蛋白峰；3. 未知组分
第三节 毛细管电泳装置
2
高 压 电 源
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1 5
毛细管电泳装置示意图 1. 高压电极槽；2. 毛细管；3. 检测器；4. 铂丝电极； 5. 低压电极槽；6. 恒温系统；7. 记录/数据处理.
二、凝胶毛细管制备
聚丙烯酰胺凝胶毛细管制备技术 分为凝胶管结构设计及单体溶液的配 制、毛细管预处理、单体溶液的灌制与控 制、聚合及其速度与方向控制、后续处理 等五个过程。
凝胶管结构设计： 主要包括凝胶浓度、梯度、性质等。 结合分离对象，考虑是否需要使用尿素、 SDS或环糊精等添加剂，是否需要涂层毛细 管内壁，并考虑毛细管的尺寸等。毛细管 结构确定后，即可配制单体溶液。
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蛋白质在APF涂层 和未涂层毛细管中 的CZE图谱 1. 溶菌酶；2. EOF指示剂；3. 核 糖核酸酶；4. 胰 蛋白酶原； 5. 鲸肌红蛋白；6. 马肌红蛋白；7. 人碳酸酐酶B；8. 牛碳酸酐酶B.
毛细管涂层技术通常采用动态修饰和表面 涂层两类方法。 动态修饰方法 表面涂层方法
包括物理涂布、化学键合、溶胶-凝胶法等.最常用的是Si-O-Si-R 键合 方式，采用双官能团的偶联剂，如聚甲基丙烯基硅二醇、3-氨丙基三 甲氧基硅烷等，亲水官能团与管壁表面的硅羟基进行共价结合，使其 牢固地附着于管壁上，再用疏水官能团与涂渍物发生反应形成均匀稳 定的涂层.常用的涂层剂是聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、五氟芳基、聚乙二 醇(polyethylene glycol,PEG )等。
线形聚丙烯酰胺溶液分离混合DNA的电泳图谱。
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DNA在线形聚丙烯酰胺溶液中的电泳图谱 1. 564bp；2. 2.0kbp；3. 2.3kbp；4. 4.4kbp； 5. 6.6kbp；6. 9.4kbp；7. 23.1kbp.