实验52高效毛细管电泳电导检测法分离检测水中阴离子
高效毛细管电泳／电导检测法测定饮用水中的阴离子
Ｄｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａｎ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ Ｔ ａ ｐ Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｂ ｙ Ｃａ ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｙ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｐ ｈ ｏ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｗｉ ｔ ｈ Ｃｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ
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高效毛细管电泳电导法分离检测水中阳离子
1引言
钾、钙、钠、镁是人体中重要的无机阳离子，其中钾和钠可以调节人体内细胞的渗透压和体液的酸碱平衡，与神经调节有密切关联[1,2]。钙是骨骼发育的基本原料，在人体内调节酶的活性，参与神经、肌肉的活动和神经递质的释放[3]。镁在人体内作为酶的激活剂，促进骨的形成以及具有调节神经肌肉的兴奋性的作用[4]。饮用水中这些离子含量的高低会对人体产生一定的影响，因此，用简单、准确的方法测定这些离子的含量具有十分实际的意义。
（4）测量：用标准加入法吸取100μL K+离子标准液于进样瓶中，按（2）和（3）的操作步骤，记录K+的电泳峰高；重复步骤（4），分别重新取样与依次加入其他离子标准溶液记录4种离子的峰高。
3结论和讨论
3.1结论
将原水样的毛细管电泳谱图与加入某种离子单一标准溶液后的毛细管电泳谱图进行对比，在4个峰中出现明显增大的峰对应的加入离子的峰。由此可判断从左到右的4个峰对应的离子分别是K+、Na+、Ca2+、Mg2+。
电渗流减少将使样品在毛细管中停留时间变长，有利于组分分离，提高分析效率。
3.2.2四乙烯五胺起何作用，本实验为何没有水峰出现
石英毛细管中电渗流方向为从正极指向负极，与阴离子的电泳方向相反，会导致阴离子迁移时间较长或者不能被检测，因此需要加入阴离子表面活性剂四乙烯五胺来抑制电渗流。
水的迁移方向与电渗流方向相同，与阴离子迁移方向相反。当出现水峰时说明电渗流已到达检测器。而在本实验中，阳离子的迁移速率比电渗流快，检测器先检测到4种离子的峰，此时，电泳停止，因此检测不到水峰。
图1中大逸仙泉水样的HPCE-C4D谱图
图2添加K+单一标准溶液后的HPCE-C4D谱图
高效毛细管电泳分析法
CGE在分子生物学和蛋白质化学上有着十分广 阔的应用。在分子生物学上实现了包括寡聚核 苷酸纯化、DNA测序和PCR产物的分析，在蛋 白质化学方面用于多肽和蛋白质分子的分子量 测定，原蛋白和结合蛋白的分离等。此外， CGE还可用于其它带电物质的分离，并可通过 加入手性试剂、离子对试剂、络合试剂等添加 剂改变分离的选择性。
离子色谱的固定相是离子交换树 脂。在固定相的表面，分布着许多适 合于分离阴离子的活性中心（如：
+ − — N(CH3 )3 OH，或适合于分离阳离子
的活性中心（如： SO− H+ ）。当被测 — 3 定的混合离子随流动相（淋洗液）流 经固定相时，由于不同离子的电荷数
或离子半径不同，使它与固定相的作 用力大小不同，造成各种离子在相对 运动的两相之间的分配系数不同，因 此，它们在柱中的迁移速度也就不同， 从而达到分离的目的。
图 毛细管分离示意图
在HPCE中电渗流的一个重要特点是具有 平面流型，电渗的驱动力沿毛细管均匀分 布，它使整个流体象一个塞子一样以均匀 的速度向前运动。而在HPLC中流体流型 则是抛物线型的层流，其中心处速度是平 均速度的2倍。
电渗流的平面流型和HPLC中高压泵驱动 所产生的抛物线型层流的速度曲线不同， 不会直接引起样品组分区带在柱内扩张， 这是HPCE获得高效分离的重要原因之一。
3．毛细管凝胶电泳（capillary gel ．毛细管凝胶电泳（ electrophoresis，CGE） ， ）
CGE是80年代后期发展起来的毛细管电泳 的主要分离模式之一，它将凝胶电泳对生 物大分子的高效分离能力和毛细管电泳的 快速、微量和定量分析相结合，成为当今 分离度极高的一种电泳分离技术。
毛细管电泳一般由一个高压电源，一 根毛细管，一个检测器及两个缓冲液 贮液槽及数据记录系统组成，其仪器 结构示意图如图
高效毛细管电泳实验
高效毛细管电泳实验一、实验目的1. 进一步理解毛细管电泳的基本原理；2. 熟悉毛细管电泳仪器的构成；3. 了解影响毛细管电泳分离的主要操作参数。
二、实验原理1．电泳淌度毛细管电泳（CE ）是以电渗流 (EOF)为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一种液相微分离技术。
离子在自由溶液中的迁移速率可以表示为：ν = μE （1）r 6q πημ= （2）式中ν是离子迁移速率，μ为电泳淌度，E 为电场强度。
η为介质粘度，r 为离子的流体动力学半径，q 为荷电量。
因此，离子的电泳淌度与其荷电量呈正比，与其半径及介质粘度呈反比。
2．电渗流和电渗淌度电渗流（EOF ）指毛细管内壁表面电荷所引起的管内液体的整体流动，来源于外加电场对管壁溶液双电层的作用。
在水溶液中多数固体表面根据材料性质的不同带有过剩的负电荷或正电荷。
就石英毛细管而言，表面的硅羟基在pH 大于3以后就发生明显的解离，使表面带有负电荷。
为了达到电荷平衡，溶液中的正离子就会聚集在表面附近，从而形成所谓双电层，如图1所示。
这样，双电层与管壁之间就会产生一个电位差，叫做Zeta 电势。
但毛细管两端施加一个电压时，组成扩散层的阳离子被吸引而向负极移动。
由于这些离子是溶剂化的，故将拖动毛细管中的体相溶液一起向负极运动，这便形成了电渗流。
电渗流的大小可用速率和淌度来表示：()E EOF ηεξν/=（3） 或者 ηεξμ/=EOF （4）式中νEOF 为电渗流速率，μEOF 为电渗淌度，ξ为Zeta 电势，ε为介电常数。
3．毛细管电泳的分离模式CE 有6种常用的分离模式，其中毛细管区带电泳（CZE ）、胶束电动毛细管色谱（MEKC ）和毛细管电色谱（CEC ）最为常用。
本实验的内容为CZE 。
4．毛细管电泳的基本参数CE 中的分析参数可以用色谱中类似的参数来描述，比如与色谱保留时间相对应的有迁移时间，定义为一种物质从进样口迁移到检测点所用的时间，迁移速率（ν）则是迁移距离（l ，即被分析物质从进样口迁移到检测点所经过的距离，又称毛细管的有效长度）与迁移时间（t ）之比：t l=ν （5）因为电场强度等于施加电压(V)与毛细管长度(L)之比：L VE = （6）就CE 的最简单的模式—毛细管区带电泳（CZE ）而言，结合式（1），可得：tV lL tE l a ==μ （7）在毛细管区带电泳(CZE ）条件下测得的淌度是电泳淌度与电渗流淌度的矢量和，我们称之为表观淌度μa ，即：EOF e a μμμ+= （8）实验中可以采用一种中性化合物，如二甲亚砜或丙酮等，来单独测定电渗流淌度，然后求得被分析物的有效淌度。
运用毛细管电泳有效分离12种阴离子
运用毛细管电泳有效分离12种阴离子
张为民;王雅芬
【期刊名称】《分析化学》
【年(卷),期】2004(32)7
【摘要】毛细管电泳是以高压电场为驱动力，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异来实现分离，分离效率高、分析速度快、样品用量少。
目前国内有应用毛细管电泳鉴别品牌饮料之真伪，也有应用毛细管电泳分离检测5至6种阴离子或阳离子的相关报道。
但一般还仅限于检测4至5种阴离子，并且局限于使用国外进口专用试剂，在一定程度上限制了仪器的进一步开发利用。
【总页数】1页(P981-981)
【作者】张为民;王雅芬
【作者单位】杭州市环境监测中心站,杭州,310007;杭州商学院食品与生物工程学院,杭州,310035
【正文语种】中文
【中图分类】O657.8
【相关文献】
1.毛细管电泳分离检测油田示踪剂中无机阴离子 [J], 刘涛;郭明;孟梁
2.茶叶中无机阴离子的毛细管电泳分离间接检测方法的研究 [J], 张效伟;张召香;杨月英
3.饮用水中几种主要阴离子的高效毛细管电泳-电导分离检测 [J], 谢玉璇;谢天尧
4.12种二肽衍生物的非水毛细管电泳分离研究 [J], 王延宝;王明清;白新伟;尤进茂
5.毛细管电泳有效分离和同时检测8种氟喹诺酮 [J], 孙汉文;赵伟;何攀
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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。
毛细管离子色谱法测定饮用水中的阴离子
毛细管离子色谱法测定饮用水中的阴离子张华;李明利【摘要】研究了毛细管离子色谱法检测饮用纯净水、矿物质水及天然矿泉水中的7种无机阴离子（F–，Cl–，Br–， NO2–，NO3–，PO43–，SO42–）含量的方法。
实验采用IonPac AS19 Capillary阴离子交换色谱柱(250 mm×0.4 mm，Thermo Fisher)，以KOH溶液为淋洗液。
测定7种阴离子的线性范围F–为10~1000μg/L，Cl–为15~1500μg/L， Br–，NO2–，NO3–为50~5000μg/L，PO43–，SO42–为75~7500μg/L，线性相关系数除PO43–为0.998外，均大于0.999，检出限为0.001~0.1μg/L，各离子加标回收率在94.53％～101.1％之间。
用该法对实际水样进行测定，测定结果的相对标准偏差小于5%(n=3)。
该方法简单实用，适用于饮用水中常见阴离子的分析测定。
%Abstrct A method for the determination of anions including fluoride, chloride, nitrite, bromide, nitrate, phosphate and sulfate in drinking water samples (pure water, mineral water, natural mineral water) by using capillary ion chromatography was established. The linear range was 10–1 000μg/L forF–, 15–1 500μg/L for Cl–, 50–5 000μg/L for Br–,NO2–,NO3– , and 75–7500μg/L for PO43–,SO42– with correlation coefficient more than 0.999 (but 0.998 for PO43–). The detection limits were 0.001–0.1μg/L. The recoveriesof seven anions ranged from 94.53% to 101.1%. The relative standard deviations of actual sample detection results were less than 5% (n=3). The method is simple and useful, it is suitable for the determination of common anions in drinking water.【期刊名称】《化学分析计量》【年(卷),期】2014(000)0z1【总页数】3页(P49-51)【关键词】毛细管离子色谱;阴离子;饮用水【作者】张华;李明利【作者单位】同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092【正文语种】中文【中图分类】O657.7含量的方法。
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实验名称：高效毛细管电泳/电导检测法 测定饮用水中阴离子
实验学时：5 实验类型：基础性实验
主讲教师：谢天尧 副教授
内容
♦ 引言 ♦ 毛细管电泳基本理论 ♦ 毛细管电泳中的电渗流 ♦ 参数与关系式 ♦ 进样方式 ♦ 检测器及数据工作站 ♦ 毛细管电泳仪结构 ♦ 应用示例 ♦ 实验目的 ♦ 实验内容 ♦ 预习要求
4. 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）。
5. 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；
各种带电离子在毛细管柱中的迁移速度为：
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； 孔隙率与孔径： 石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极； 改变电渗流方向的方法： （1）毛细管改性 表面键合阳离子基团； （2）加电渗流反转剂 内充液中加入大量的阳离子表面活性剂，将使石英毛细 管壁带正电荷，溶液表面带负电荷。电渗流流向阳极。
α 、β 、γ球蛋白；
1948年，获诺贝尔化学奖。
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。
或 m q E 6π
毛细管电泳中的电渗流 electro osmotic flow，EOF
1.HPCE中的电渗流现象
当固体与液体接触时，固体表面由于某种原因带一种电 荷，则因静电引力使其周围液体带有相反电荷，在液-固界 面形成双电层。
当充满液体的毛细管两端施 加电压时，就会发生管中液体相 对于毛细管管壁表面作整体移动 的现象，称之为电渗流（electro osmotic flow ，简称EOF）。
度E。即 ν 电渗流 = μ E
电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即 μ = ε 0ε ξ
ε 0—真空介电常数；ε —介电常数；ξ —毛细管壁的Zeta电势。
ν 电渗流 = ε 0ε ξ E
实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算
ν 电渗流 = Lef/teo Lef —毛细管有效长度； teo—电渗流标记物（中性物质）的迁移时间。
2. 电渗流形成的原因
石英毛细管柱，内充液pH>3时，表面电离成-SiO-,管内 壁带负电荷，与溶液离子间形成双电层。
在高压电场的作用下，带正电荷的溶液表面及扩散层向 阴极移动，由于这些阳离子实际上是溶剂化的，故将引起柱 中的溶液整体向负极移动，速度ν 电渗流。
3. 电渗流的大小与方向
电渗流的大小用电渗流速度ν 电渗流表示，取决于电渗淌度μ和电场强
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50微米（mm)内径的毛细管,；
二是采用了高达万伏的分离电压。 • 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。 • 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小， 柱长增加， • 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。
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； )
所以，迁移速度：
qE q E f 6π
物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。 淌度μ ：单位电场强度下的平均电泳速度。
引言
在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作 用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现 象，称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不同，迁 移速率不同，可实现分离。
1937年，蒂塞利乌斯（ 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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高效毛细管电泳分析的特点
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；分离柱效：105～107/m理论塔板数； 3.操作方便、消耗少
进样量极少，水介质中进行； 4.应用范围极广
有机物、无机物、生物、中性分子；生物大分子等； 分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等；
ν + =ν 电渗流 + ν +ef 阳离子运动方向与电渗流一致；
ν - =ν 电渗流 - ν -ef 阴离子运动方向与电渗流相反；
ν 0 =ν 电渗流
中性粒子运动方向与电渗流一致；
（1）可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离；
（2）改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性，如同改变LC中的 流速；
（3）电渗流的微小变化影响结果的重现性；
在HPCE中，控制电渗流非常重要。
6. 影响电渗流的因素
（1）电场强度的影响 电渗流速度和电场强度成正比，当毛细管长度一定时，
电渗流速度正比于工作电压。
高效毛细管电泳(HPCE)基本理论 basic principles of HPCE
电泳是指带电离子在电场中的定向移动，不同离子具有 不同的迁移速度，迁移速度与哪些因素有关？
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