简述毛细管电泳分离原理及分离模式
毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis, CE
毛细管电泳是带电粒子在 电场力的驱动下，在毛细 管中按其淌度或和分配系 数不同进行高效、快速分 离的电泳新技术，也称为 高效毛细管电泳。
20世纪30－40年代 蒂塞利乌斯 (A.W.K.Tiselius） 建立了移动界面电泳，将电泳发 展成分离技术 获得1948年诺贝尔化学奖
实验中，只发生电泳时有效淌度
μef =υef ﹒ (L /V) =( l / tm )﹒(L /V)
毛细管有效长度
迁移时间 毛毛细管细电泳管法 总长度
电压
2 电泳和电渗
电渗
与固液界面的双电层有着密切的关系
在毛细管壁双电层的扩散层中的阳离子，相对于毛 细管壁的负电荷表面，形成一个圆筒形的阳离子鞘， 在电场作用下，溶剂化了的阳离子，沿滑动面与紧 密层作相对运动，携带着溶剂一起向阴极迁移，便 形成了电渗流（electroosmotic flow , EOF）。
1981年 J.W.Jorgenson,K.D.Lukacs实验上和理论 上为毛细管电泳的发展奠定了基础。 上一世纪后二十多年分析化学领域中发展最迅速的分离 分析方法。
主要内容
毛细管电泳的原理 分离模式 进样与检测 毛细管电泳的应用
一 毛细管电泳的原理
1 装置
电极 缓冲液
毛细管
数据处理
毛细管电泳法
2 电泳和电渗
µeo正比于Zeta电势和介质的 介电常数
改变电渗流的方法
反比于介质的黏度
Zeta电势正比于双电层厚度 和界面有效电荷密度
1. 改变外加径向电场
反比于介质的介电常数
2. 改变缓冲液成分和浓度
Zeta电势
3. 改变缓冲液pH 4. 加入添加剂
毛细管电泳分离技术
根据比耳定律，光度测量值A与吸收光呈成正比。
一般检测中，检测最大光程是用毛细管内径，而毛
细管内径增大受焦耳热影响的制约，因此采用细内
径毛细管柱时，测量灵敏度受到限制。
三、毛细管电泳的分离模式
毛细管区带电泳(CZE) 胶束电动毛细管电泳(MECC) 毛细管凝胶电泳(CGE)
毛细管等电聚焦(CIEF)
毛细管电泳装置
直流高压电源、毛细管、进样装置、检测
器和记录仪等
高压电源可对毛细管施加5~50 kV电压，操作电 压一般控制在5~30 kV范围。
CE通常使用内径10~100 μm、长12~120 cm (内 涂聚酰亚胺) 弹性融凝石英毛细管，毛细管的两 端分别浸泡在含有缓冲溶液的贮液槽中，毛细管 内也充满同样的缓冲溶液。
毛细管电泳分离技术
姓名：饶海英 学号：20114209033
毛细管电泳分离技术
概述
毛细管电泳基本原理 毛细管电泳的分离模式 影响毛细管电泳分离效率的因素 毛细管电泳技术的应用 21世纪毛细管电泳发展趋势
一、概
述
毛细管电泳（capillaryelectrophoresis， CE），又称高效毛细管电泳（HPCE）是 近年来发展最快的分析化学研究领域之一。 是基于两种或多种带电粒子或微粒，它们所 在的介质受到外加直流电场的作用下，其迁 移速率不同而得到分离的一类方法。
二、毛细管电泳基本原理
CE是以高压电场为驱动力。以毛细管为分离通 道，依据样品中各组成之间淌度和分配行为上的差 异，而实现分离的一类液相分离技术。 仪器装置包括高压电源、毛细管、柱上检测器 和供毛细管两端插入又和电源相连的两个缓冲液贮 瓶，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的现象称电 泳。
毛细管电泳分离技术
3、毛细管凝胶电泳 capillary gel electrophoresis ，CGE 将聚丙烯酰胺等在毛细管柱内交联生成凝胶。 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， 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，所得峰型尖锐，分离效率高。 能够有效减小组分扩散，所得峰型尖锐，分离效率高。 蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关，CZE模 蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关，CZE模 等的电荷 式很难分离，采用CGE能获得良好分离，DNA排序的重要手段。 式很难分离，采用CGE能获得良好分离，DNA排序的重要手段。 CGE能获得良好分离 排序的重要手段 特点：抗对流性好，散热性好，分离度极高。 特点：抗对流性好，散热性好，分离度极高。
1、毛细管区带电泳 capillary zone electrophoresis ，CZE
样品在电解液中泳动,根据物质的荷/质比差异来进行分离,比值愈大, 样品在电解液中泳动,根据物质的荷/质比差异来进行分离,比值愈大, 跑得愈快. 跑得愈快. 带电粒子的迁移速度=电泳和电渗流速度的矢量和。 带电粒子的迁移速度=电泳和电渗流速度的矢量和。
2、 胶束电动毛细管色谱（MECC ，MEKC） micellar electrokinetic capillary chromatography，MEKC 1.缓冲溶液中加入离子型表面活性剂， 1.缓冲溶液中加入离子型表面活性剂，其浓度达到临界 缓冲溶液中加入离子型表面活性剂 浓度，形成一疏水内核、外部带负电的胶束。 浓度，形成一疏水内核、外部带负电的胶束。 在电场力的作 用下， 用下，胶束在柱中 移动。 移动。
2.药物分析 2.药物分析
检测体液或细胞中某 些代谢产物的分析； 些代谢产物的分析； 尿液中的氨基酸含量 作为临床诊断糖尿病的辅 助手段； 助手段； 采用毛细管区带电泳 方式， 11min内分离17 min内分离17种 方式，在11min内分离17种 药物； 药物；
毛细管电泳的分离原理
毛细管电泳的分离原理
毛细管电泳（CE）是一种基于电动力和色谱分离原理的分析技术。
它利用毛细管中载带电荷的离子在电场作用下的迁移速率的差异来实现分离。
在毛细管电泳中，首先将样品注入到一条非常细的毛细管内，然后通过使毛细管两端施加电场来产生电动力。
当电场施加到毛细管上时，带电的分析物会受到电场力的作用而在毛细管内迁移。
不同的物质由于自身的特性，比如大小、电荷等，会以不同的速率迁移。
具体来说，有两种常用的毛细管电泳模式：
1. 毛细管凝胶电泳（CGE）：在该模式下，毛细管内填充了哑离子聚合物凝胶，通过凝胶的孔道来实现分离。
样品中的离子在电场作用下，根据尺寸的不同，在凝胶中迁移速度也不同，从而实现分离。
2. 毛细管毛细管区带电泳（CZE）：在该模式下，毛细管内不填充任何分离介质。
样品中的离子自行在毛细管中迁移，根据大小和电荷的不同，迁移速度也不同，从而实现分离。
总的来说，毛细管电泳的分离原理是利用样品中离子在电场作用下的迁移速率差异，根据大小和电荷特性，在毛细管中实现分离。
毛细管电泳法
毛细管电泳法概述毛细管电泳法是一种分离和测定化合物的方法，主要通过在毛细管中施加电场，利用化合物在电场作用下的电荷性质和分子大小来实现分离。
毛细管电泳法具有快速、高效、高分辨率、高灵敏度和易于自动化等特点，广泛应用于生命科学、化学分析和药物研发等领域。
原理毛细管电泳法的原理基于化合物在溶液中的电荷性质和分子大小。
在毛细管中施加电场后，带正电荷的化合物（称为阳离子）会向负极移动，带负电荷的化合物（称为阴离子）会向正极移动。
此外，较小的分子会比较大的分子更快地移动。
毛细管电泳法通常涉及两种类型：区域电泳和溶剂前移电泳。
区域电泳区域电泳是毛细管电泳法中常用的方法。
在区域电泳中，毛细管中的电场强度不均匀，其中一个区域的电场强度较弱，另一个区域的电场强度较强。
样品被注入到电场强度较弱的区域，然后通过施加电场使样品向较强的电场区域移动。
不同化合物的迁移速度取决于它们的电荷和分子大小，因此可以实现化合物的分离。
溶剂前移电泳溶剂前移电泳是另一种常用的毛细管电泳法。
在溶剂前移电泳中，毛细管中的电场强度是均匀的。
样品被注入到毛细管中，然后施加电场使样品移动。
不同化合物的迁移速度取决于它们在溶剂中的溶解度和电荷性质，因此可以实现化合物的分离。
仪器和操作步骤进行毛细管电泳法需要一些特定的仪器和材料，如毛细管电泳仪、毛细管、高电压电源、样品注射器、电解质缓冲液等。
下面是一般的操作步骤：1.准备工作：检查仪器是否正常工作，准备所需的电解质缓冲液和样品。
2.毛细管准备：将毛细管切割为适当长度，并连接到毛细管电泳仪。
3.缓冲液填充：将电解质缓冲液注入毛细管的两端，确保整个毛细管都充满缓冲液。
4.样品注射：使用样品注射器将待分离的样品缓慢而均匀地注入到毛细管中。
注射点距离电极一定距离。
5.施加电场：从高电压电源上施加适当的电场，在实验过程中保持稳定电场。
6.记录结果：观察样品的迁移情况，根据需要调整电场强度和时间，记录分离结果。
毛细管电泳
上一世纪后二十年分析化学领域中发展最迅速的分离分析方法
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高效毛细管电泳（High-Performance CE）
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 一是采用了细内径的毛细管（ 一是采用了细内径的毛细管（ 2-75 µm ）； 二是采用了高达数千伏至数万伏的电压
毛细管电泳
Capillary Electrophoresis, CE
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1937年，Tiselius(瑞典)将蛋白 质混合液放在两段缓冲溶液之间， 两端施以电压进行自由溶液电泳， 第一次将人血清提取的蛋白质混合 液分离出白蛋白和α、β、γ球蛋 白； 发现样品的迁移速度和方向由 其电荷和淌度决定； 其电荷和淌度决定； 第一次的自由溶液电泳； 第一次的自由溶液电泳；第一 的自由溶液电泳 电泳仪； 台电泳仪； 1948年，获诺贝尔化学奖； 年 获诺贝尔化学奖；
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5 HPCE中电渗流的流型 HPCE中电渗流的流型
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）。
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6 HPCE中电渗流的作用 HPCE中电渗流的作用
电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5～7倍； 电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为： 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为：
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(3)电泳淌度 电泳淌度(Electric Field Mobility，简称µep ) 电泳淌度 带电粒子在毛细管中，作定向运动的电泳速度与所在电场强度之比。电泳淌 度的单位用cm2/V.sec表示。 Ld/tm µep = Vep /E = ─── V/Lt Vep:电泳速度 E：电场强度 Ld: 毛细管入口端至检测器长度 (4) ξ电势(Zeta Potential) 电势(Zeta 参与形成双电层被毛细管表面吸附的一层离子与溶液中的游离阳离子之间会 产生一个电势，称为毛细管壁Zeta电势。毛细管壁为高电位区，中心点为低 电位区，毛细管的半径越大电位差越大，形成的ξ电势越大。
化学分离中的毛细管电泳法原理
化学分离中的毛细管电泳法原理毛细管电泳法是一种基于分子迁移速度的分离技术，它可以将混合物中的不同成分分离出来。
该技术常用于生化、制药等领域，可以对蛋白质、核酸等大分子进行分离，无需通过化学反应。
毛细管电泳法的原理是利用电场将带电分子推动至毛细管中的聚丙烯酰胺凝胶，不同分子的迁移速度不同，因而在凝胶中呈现不同位置。
毛细管电泳法所用的电场一般在数千至数万伏特/m的范围内，而分子的迁移速度则受到分子尺寸、电荷、以及运动物质中的分子浓度等因素的影响。
毛细管电泳法的优点在于它需要的样品量极少，约为微升至毫升的范围内。
同时，该技术具有高度准确性和分辨率，能够提供高质量的分析结果。
毛细管电泳法的步骤有以下几个：1.准备样品。
毛细管电泳法的样品可以是生物样品，也可以是化学样品。
无论是哪一种，都需要进行适当的前处理和稀释，以便在电泳分离过程中获得较好的结果。
2.填充毛细管。
一般情况下，毛细管需要填充一种聚合物凝胶，例如聚丙烯酰胺凝胶。
填充毛细管时需要保证凝胶均匀分布，以免影响分析结果。
3.注射样品。
将样品注入毛细管中进行分离。
注射的方式有几种，包括压力喷射、电子注射、超声波注射等。
4.电泳分离。
在加上电场之后，不同分子会因为荷电效应发生运动，运动的方向和速度取决于分子的荷电量、大小和电场强度等因素。
在电泳分离的过程中，毛细管内的缓冲液也会随之移动。
5.数据分析。
经过分离后，各个分子会聚集到毛细管中不同的位置。
为了分析样品，需要对分离结果进行数据测量和分析，以得出有关样品结构、组成和纯度方面的信息。
毛细管电泳法是一项高技术含量的分析技术。
虽然它在分离高分子大分子等方面具有很好的效果，但也存在一些局限性，例如分辨率等。
尽管如此，毛细管电泳法在生命科学、材料科学等领域广泛应用，是分子分析领域不可或缺的一项技术。
毛细管电泳原理
纳米材料
纳米材料具有独特的物理和化学性 质，在毛细管电泳中可提高检测灵 敏度和分离性能。
生物材料
利用生物活性物质如蛋白质、酶等 作为分离介质，实现生物分子间的 分离和检测。
新型分离模式的开发
多维分离
将多种分离模式结合，实现复杂样品的高效分离。
反相毛细管电泳
采用反相介质作为分离介质，实现对极性分子的分离。
亲和毛细管电泳
利用生物分子间的特异性亲和力进行分离和检测。
微型化与集成化的发展趋势
微型化
减小设备体积，提高分析速度和降低试剂消耗。
集成化
将多个分离步骤集成在一个系统中，实现全自动化分析。
微流控芯片
将毛细管电泳与微流控技术相结合，实现高效、快速和便携的分 析。
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THANKS
检测技术
紫外可见光谱检测
电化学检测
紫外可见光谱检测是毛细管电泳中最 常用的检测方法之一。该方法通过检 测样品在紫外可见光下的吸收光谱来 进行分析。
电化学检测利用电极反应来测量样品 中的离子或分子。该方法具有高选择 性、高灵敏度和低背景干扰等优点。
荧光检测
荧光检测具有高灵敏度和高选择性， 因此在毛细管电泳中也被广泛应用。 该方法通过测量样品在特定波长下的 荧光强度来进行分析。
选择合适的毛细管电泳实验条 件，如分离电压、电解质浓度 和pH值等，可以提高分析准 确性和灵敏度。
通过优化进样方式和洗脱液的 组成和浓度，可以改善实验条 件。
实验条件的标准化和规范化也 是毛细管电泳改进的重要方向 之一。
06
毛细管电泳研究前沿与展 望
新材料在毛细管电泳中的应用
高分子材料
利用高分子材料作为毛细管电泳 的分离介质，提高分离效率和分
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简述毛细管电泳分离原理及分离模式.
答：毛细管电泳的分离原理：带电粒子在电场力的驱动下，在毛细管中按其淌度或和分配系数不同进行高效、快速分离的电泳新技术，也称为高效毛细管电泳。
毛细管电泳分离模式：1、毛细管区带电泳:利用被分离离子在电场作用下移动速度不同而实现分离。
电解质的移动就是由电渗引起的。
2、胶束电动毛细管色谱:胶束存在假固定相,使得溶质不仅可以由于淌度差异而分离,同时可基于水相与胶束相之间的分配系数不同而得到分离。
3、毛细管电色谱:被测组分根据她们在流动相与固定相中的分配系数不同与自身电泳淌度差异而得以分离。