毛细管电泳

1 毛细管区带电泳(CZE) 2 毛细管凝胶电泳(CZE) 3 胶束电动毛细管色谱（MEKC）
4
毛细管等电聚焦(CIEF)
5 毛细管等速电泳（CITF）
6
毛细管电色谱（CEC）
毛细管区带电泳（CZE）
• CZE 是使用裸毛细管和真溶液性质的电解质缓冲溶液进 行的毛细管电泳技术，是毛细管电泳中应用最广泛、最 基本的一种分离模式。
二、经典电泳分析
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。
• 按形状分类：U型管电泳、柱状电泳、板电泳； • 按载体分类：滤纸电泳、琼脂电泳、聚丙烯酰胺
电泳、自由电泳；
• 传统电泳分析：操作烦琐，分离效率低，定量困 难，无法与其他分析相比。
三、高效毛细管电泳分析
③离子分析
阳离子分析：
• 迁移方向和电渗流方向一致； • 4.5min内分离了24种金属离子 • 阳极进样，阴极检测； • 具有很高的灵敏度；
阴离子分析： • 阴离子电泳方向和电渗流方向相反、速度接近； • 分析时间长、效率低； • 阴极进样，阳极检测；
但是质量小、电荷密度大的离子如SO4-2、F-等，电泳速 率大于电渗流，阳极端流出，在阴极端无法检测；
4、毛细管电 泳的应用
① 药物分析
② 手性化合物分析
③ 离子分析
④ 核酸分析及DNA测序 ⑤毛细管电泳—电化学 发光 分离检测技术 ⑥ 毛细管电泳离子色
谱检测离子
①药物分析
CE 对药物及其制剂的成分分析， 主要用于新药研究和开发、药品 生产过程中的质量控制、药物制 剂分析等。
采用毛细管区带电泳方式，在 11min内分离17种药物；
第四组： 周毅 龙城 陈欣
一、概述
二、经典电泳分析
三、毛细管电泳分析法
Contents
• 毛细管电泳，又叫高效毛细管电泳（HPCE），是八十 年代问世的一种高效的液相分离方法，是经典电泳技 术和现代微柱分离相结合的产物。
• 毛细管电泳有六种不同的分离形式可供选择，具有分 析时间短，分离效率高等特点。广泛用于分离多种化 合物，如氨基酸、糖类、维生素、神经递质、DNA片 段等。毛细管电泳在食品分析、药物分析和生命科学 等领域得到了广泛应用。
可加入电渗流改性剂，十六烷基三甲基溴化胺等，使电 泳方向和电渗流方向一致，可在3.1min内分离36种阴离子。
④核酸分析及DNA测序
• CZE和MECC通常用来分离碱基、核苷、核苷酸、简单 的寡核苷酸等。CGE则可用于寡核苷酸(> 10mers)、 ssDNA和dsDNA等的分离。
• 人类基因组计划所需解决的关键问题之一就是提高测 序的速度。如用短寡核苷酸引物库测DNA序列、高速 DNA序列、毛细管阵列、毛细板阵列等。
1、毛细管电泳基本原理
• 毛细管电泳中，带电粒子的运动受到两种作用： 电泳和电渗。
• 电泳是指溶液中带电粒子(离子、胶团)在电场中 定向移动的现象，是驱动毛细管中电解质运动的 一种作用力。
• 电渗是在电场的作用下，毛细管中的溶液表层聚 集的正电荷向负极运动的现象。
（1）分离过程
• 电场作用下，毛细管柱中出现：电泳现象和电渗流现象。 • 带电粒子的迁移速度=电泳+电渗流；两种速度的矢量和。 • 正离子：两种效应的运动方向一致，在负极最先流出； • 中性粒子无电泳现象，受电渗流影响，在阳离子后流出； • 阴离子：两种效应的运动方向相反。ν电渗流>ν电泳时,阴离
• 电渗流的大小用电渗流速度V电渗 流表示，取决于电渗淌度μ和电场 强度E。
• V电渗流= μE • 电渗流的方向取决于毛细管内表面
电荷的性质：内表面带负电荷，溶 液带正电荷，电渗流流向阴极；内 表面带正电荷，溶液带负电荷，电 渗流流向阳极
• Eg：石英毛细管；带负电荷，电渗 流流向阴极；
2、高效毛细管 电泳分离模式
5、毛细管电泳的前景展望
4、微全分析(μ-TAS) 使得集成毛细管电泳技术(ICEC)延伸了毛细管电泳的潜
力和可行性。 5、CE分析微生物 通过改变微生物的生存环境来改变细菌的表面特征, 借
助 CE 方法测定其特征及其这种改变。
5、毛细管电泳的前景展望
1、微型化 毛细管电泳可以实现微型化，整体化学分析系统（
TAS）及TAS微型化。 2、联用仪器
将毛细管电泳-质谱技术（CE-MS）结合起来。 3、阵列毛细管凝胶电泳
一个新的进展方向，目前最有效的DNA序列分析仪， 若用100支毛细管阵列电泳，速度可达到280碱基对/小 时/支。
• 对DNA分析是CE的应用重点之一，CE-MS联用也已用于 DNA分析。
⑤毛细管电泳—电化学发光分离检测技术
• Ru(bpy)32+ ECL 技术已经成功应用于CE，简称CE-ECL。 • 主要用来检测胺类化合物 • 操作简单、灵敏度高、分离效率高、分析速度快以及试剂
消耗少等。 CE-ECL主要有四种模式： • 毛细管区带电泳-ECL(CZE-ECL)， • 胶束电动色谱-ECL(MEKC-ECL)， • 毛细管电色谱-ECL(CEC-ECL) • 非水毛细管电泳-ECL(NACE-ECL)。
子在负极最后流出。
（2）迁移速度
当带电离子以速度ν在电场中移动时，受到大小相等、 方向相反的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。 电场力：FE = qE 阻力：F = fν 故：qE= fν
q—离子所带的有效电荷； E —电场强度； ν—离子在电场中的迁移速度； f —平动摩擦系数( 对于球形离子： f =6πηγ；γ—离子的表观液态动力学半 径；η—介质的粘度；)
• 分离机理是基于各被分离组分的荷质比之间的差异。 • 通常把CZE 看成其他各种毛细管电泳分离模式的母体。
• 应用范围包括氨基酸、多肽、蛋白质、离子、对映体拆 分和很多其他本身能带电或在一定条件下能带上电荷物 质的分离。
毛细管凝胶电泳（CGE）
• CGE 是以凝胶或高浓度线性高分子溶液为介质填充在毛细 管内而进行的电泳。被分析组分因电泳而迁移，在迁移过 程中依据分子的大小在起“分子筛”作用的凝胶中得以分 离。
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 1、采用了内径在25~100 μm，外径300~400 μm的毛细管 2、采用了高达数千伏的电压
（1）毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大 减小了温度效应，使电场电压可以很高 （2）电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变 小，柱长增加 （3）高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理 论塔板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万
• 特点：抗对流性好，散热性好，分离度极高。 • 因为蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关，CZE
模式很难分离，采用CGE能获得良好分离，所以是DAN排序 的重要手段。
胶束电动毛细管色谱（MEKC）
• MEKC 采用临界胶束浓度以上的表面活性剂在运行缓冲液 内形成疏水内核、外部带负电的动态胶束假固相，利用溶 质的疏水性差异，在溶液和胶束假固相间分配的差异进行 分离。
eg：采用MEKC模式，鉴定违禁药 物；效果优于HPLG法。
②手性化合物分析
• 合成获得单一手性化合物相当困难，检测分析更是相 当困难；
• HPCE分离分析手性化合物的方法：加入手性选择剂； • 常用手性选择剂：环糊精及其衍生物；手性冠醚；手
性表面活性剂（氨基酸衍生物、低聚糖等天然手性表 面活性剂）
• 不仅能分性质选 择合适的电
泳模式。
3、高效毛细管电泳的特点
1. 仪器简单、易自动化 • 电源、毛细管、检测器、溶液瓶 2. 分析速度快、分离效率高 • 在3.1min内分离36种无机及有机阴离子，4.1min内分
离了24种阳离子；柱效常常可达105-106理论塔极数/ 米； 3. 操作方便、消耗少 • 进样量极少，每次进样的体积仅为1mL10nL 4. 应用范围极广 • 分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等
（3）电渗流现象
• 液体两端施加电压时，会发生液体相对于固体表面的 移动，这种液体相对于固体表面的移动的现象叫电渗 现象。
• 电渗是CE中推动流体前进的驱动力，它使整个流体像 一个塞子一样以均匀的速度向前运动，使整个流型呈 近似扁平型的“塞式流”。它使溶质区带在毛细管内 原则上不会扩张。
• 电渗现象中整体移动着的液体叫电 渗流。
⑥毛细管电泳离子色谱检测离子
传统的毛细管电泳法主要用于检测有机大分子和蛋白质的分 离，难以检测没有紫外吸收的无机离子。
①分离能力强。传统离子色谱柱内径4-5mm，而毛细管电泳 离子色谱柱的内径为5-500μm，其理论踏板数为每米几十万 到上百万，远高于传统离子色谱。 ②分离速度快。通常在几分钟内即可分离完全，而常规离子 色谱分析一般需要几十分钟。 ③操作简便、费用低。毛细管的价格远远低于离子色谱柱的 价格。 ④进样量小。一般小于100 nL， 而传统离子色谱则需10-15uL