第三章毛细管电泳分离技术
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《毛细管电泳原理》课件
过程
将样品溶液注入毛细管一端，施加电 场后，带电粒子在电场作用下开始电 泳迁移，经过一定时间后，到达毛细 管的另一端，经过检测器检测。
毛细管电泳的应用
环境监测
用于检测水体、土壤等环境样 品中的污染物，如重金属离子
、有机物等。
生物分析
用于蛋白质、DNA、RNA等生 物分子的分离和检测，可应用 于生物医学研究、临床诊断等 领域。
标准化处理
将数据转换为统一标准，便 于比较和分析。
统计分析
运用统计学方法对实验数据 进行处理，提取有意义的信 息。
结果分析与解读
趋势分析
分析实验数据的变化趋势，揭示潜在规律。
差异分析
比较不同样本或条件下的数据差异，找出关键影响因 素。
相关性分析
探究实验数据之间的关联性，揭示变量之间的相互作 用。
误差来源与控制
06
毛细管电泳的未来发展 与展望
技术创新与改进
高效分离技术的研发
01
通过改进分离介质、优化分离条件等手段，提高毛细管电泳的
分离效率。
检测技术的升级
02
研究新型检测方法，提高检测灵敏度和特异性，满足更多样品
的检测需求。
微型化与集成化
03
将毛细管电泳技术集成到微流控芯片中，实现微型化、便携式
分析。
应用领域的拓展
毛细管清洗
实验结束后，对毛细管进行必要的清洗，以 便下次使用。
数据整理与保存
将实验数据整理并保存，以便后续分析。
仪器清洁与保养
对仪器进行必要的清洁与保养，延长其使用 寿命。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
将样品溶液注入毛细管一端，施加电 场后，带电粒子在电场作用下开始电 泳迁移，经过一定时间后，到达毛细 管的另一端，经过检测器检测。
毛细管电泳的应用
环境监测
用于检测水体、土壤等环境样 品中的污染物，如重金属离子
、有机物等。
生物分析
用于蛋白质、DNA、RNA等生 物分子的分离和检测，可应用 于生物医学研究、临床诊断等 领域。
标准化处理
将数据转换为统一标准，便 于比较和分析。
统计分析
运用统计学方法对实验数据 进行处理，提取有意义的信 息。
结果分析与解读
趋势分析
分析实验数据的变化趋势，揭示潜在规律。
差异分析
比较不同样本或条件下的数据差异，找出关键影响因 素。
相关性分析
探究实验数据之间的关联性，揭示变量之间的相互作 用。
误差来源与控制
06
毛细管电泳的未来发展 与展望
技术创新与改进
高效分离技术的研发
01
通过改进分离介质、优化分离条件等手段，提高毛细管电泳的
分离效率。
检测技术的升级
02
研究新型检测方法，提高检测灵敏度和特异性，满足更多样品
的检测需求。
微型化与集成化
03
将毛细管电泳技术集成到微流控芯片中，实现微型化、便携式
分析。
应用领域的拓展
毛细管清洗
实验结束后，对毛细管进行必要的清洗，以 便下次使用。
数据整理与保存
将实验数据整理并保存，以便后续分析。
仪器清洁与保养
对仪器进行必要的清洁与保养，延长其使用 寿命。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
毛细管电泳法
原理
在毛细管中施加电场，带电粒子在电场的作用下产生迁移，由于迁移速度与粒 子所带电荷、半径、质量等因素有关，因此不同粒子在电场中产生不同的迁移 速度，从而实现分离。
发展历程
01
02
03
1980年代初期
毛细管电泳法由 Jorgenson和Lukacs首次 提出并实验验证。
1980年代中期
该技术逐渐成熟，被广泛 应用于生物、医药、环境 等领域。
饮用水安全
毛细管电泳法能够检测饮用水中 的消毒副产物、有机污染物等， 保障饮用水安全。
在食品检测领域的应用
食品添加剂分析
毛细管电泳法能够分离和检测食品中 的添加剂，如色素、防腐剂等，有助 于食品安全监管。
营养成分分析
毛细管电泳法能够快速分析食品中的 营养成分，如氨基酸、维生素等，有 助于食品质量控制和营养评价。
核酸分析
毛细管电泳法能够分离和检测核酸片段，用于基 因诊断、基因表达研究和法医学鉴定。
3
临床检验
毛细管电泳法可用于检测体液中的小分子代谢物， 如氨基酸、糖类等，辅助临床诊断。
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳法能够分离和检测水 体、土壤中的有害物质，如重金 属、农药残留等，有助于环境监 测和污染治理。
在化学分析领域的应用
有机物分析
毛细管电泳法能够分离和检测有机化合物，如药物、染料等 ，在药物研发、化工生产等领域有广泛应用。
金属离子分析
毛细管电泳法能够高灵敏度地检测金属离子，如铅、汞、镉 等，可用于地质、冶金和环境等领域的研究。
谢谢
THANKS
加样
将处理好的样品加入毛 细管中，注意控制加样
量。
施加电压
启动电源，施加适当的 电压，使带电粒子在电
在毛细管中施加电场，带电粒子在电场的作用下产生迁移，由于迁移速度与粒 子所带电荷、半径、质量等因素有关，因此不同粒子在电场中产生不同的迁移 速度，从而实现分离。
发展历程
01
02
03
1980年代初期
毛细管电泳法由 Jorgenson和Lukacs首次 提出并实验验证。
1980年代中期
该技术逐渐成熟，被广泛 应用于生物、医药、环境 等领域。
饮用水安全
毛细管电泳法能够检测饮用水中 的消毒副产物、有机污染物等， 保障饮用水安全。
在食品检测领域的应用
食品添加剂分析
毛细管电泳法能够分离和检测食品中 的添加剂，如色素、防腐剂等，有助 于食品安全监管。
营养成分分析
毛细管电泳法能够快速分析食品中的 营养成分，如氨基酸、维生素等，有 助于食品质量控制和营养评价。
核酸分析
毛细管电泳法能够分离和检测核酸片段，用于基 因诊断、基因表达研究和法医学鉴定。
3
临床检验
毛细管电泳法可用于检测体液中的小分子代谢物， 如氨基酸、糖类等，辅助临床诊断。
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳法能够分离和检测水 体、土壤中的有害物质，如重金 属、农药残留等，有助于环境监 测和污染治理。
在化学分析领域的应用
有机物分析
毛细管电泳法能够分离和检测有机化合物，如药物、染料等 ，在药物研发、化工生产等领域有广泛应用。
金属离子分析
毛细管电泳法能够高灵敏度地检测金属离子，如铅、汞、镉 等，可用于地质、冶金和环境等领域的研究。
谢谢
THANKS
加样
将处理好的样品加入毛 细管中，注意控制加样
量。
施加电压
启动电源，施加适当的 电压，使带电粒子在电
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；
毛细管电泳技术及应用
蛋白质分离
毛细管电泳技术能够高效分离蛋白质 ，包括白蛋白、球蛋白、酶等，为生 物制药、蛋白质组学等领域提供有力 支持。
DNA和RNA分析
毛细管电泳可用于分析DNA和RNA片 段，在基因诊断、基因工程和生物信 息学等领域有广泛应用。
药物分析
药物成分分离
毛细管电泳能够分离和检测药物中的有效成分和杂质，有助于药物质量控制和研发。
仪器设备与操作
仪器设备
包括高压电源、进样系统、毛细管、检测器和数据采集系统等部分。
操作步骤
首先将样品注入毛细管一端，然后施加电压使带电粒子在电场中移动，同时通 过检测器对分离出的粒子进行检测，最后通过数据采集系统记录数据并进行分 析。
02
毛细管电泳的分离模式
区带电泳
总结词
区带电泳是毛细管电泳中最简单的一种形式，其原理是将样 品加在毛细管的一端，然后施加电压，使样品在电场的作用 下进行分离。
详细描述
在区带电泳中，样品在毛细管中形成一色带，由于不同组分 在电场中的迁移率不同，因此会以不同的速度向另一端移动 ，从而实现分离。这种分离模式适用于简单样品，如氨基酸 、肽和蛋白质等。
胶束电动色谱
总结词
胶束电动色谱是在毛细管电泳中加入一种称为表面活性剂的物质，使溶液的离子 强度和粘度发生变化，从而影响离子的迁移率。
要点二
血液中成分分析
通过毛细管电泳技术，可以分析血液中的离子、小分子和 蛋白质等成分，为临床诊断和治疗提供依据。
04
毛细管电泳技术的优缺点
优点
高分离效率
毛细管电泳技术利用电场对带电粒子的作用力，使其在毛 细管中分离，具有极高的分离效率，特别适合于复杂样品 的分离。
高灵敏度
毛细管电泳技术结合了多种检测手段，如紫外-可见光谱 、荧光光谱等，可以实现高灵敏度的检测，有利于痕量物 质的检测。
毛细管电泳技术能够高效分离蛋白质 ，包括白蛋白、球蛋白、酶等，为生 物制药、蛋白质组学等领域提供有力 支持。
DNA和RNA分析
毛细管电泳可用于分析DNA和RNA片 段，在基因诊断、基因工程和生物信 息学等领域有广泛应用。
药物分析
药物成分分离
毛细管电泳能够分离和检测药物中的有效成分和杂质，有助于药物质量控制和研发。
仪器设备与操作
仪器设备
包括高压电源、进样系统、毛细管、检测器和数据采集系统等部分。
操作步骤
首先将样品注入毛细管一端，然后施加电压使带电粒子在电场中移动，同时通 过检测器对分离出的粒子进行检测，最后通过数据采集系统记录数据并进行分 析。
02
毛细管电泳的分离模式
区带电泳
总结词
区带电泳是毛细管电泳中最简单的一种形式，其原理是将样 品加在毛细管的一端，然后施加电压，使样品在电场的作用 下进行分离。
详细描述
在区带电泳中，样品在毛细管中形成一色带，由于不同组分 在电场中的迁移率不同，因此会以不同的速度向另一端移动 ，从而实现分离。这种分离模式适用于简单样品，如氨基酸 、肽和蛋白质等。
胶束电动色谱
总结词
胶束电动色谱是在毛细管电泳中加入一种称为表面活性剂的物质，使溶液的离子 强度和粘度发生变化，从而影响离子的迁移率。
要点二
血液中成分分析
通过毛细管电泳技术，可以分析血液中的离子、小分子和 蛋白质等成分，为临床诊断和治疗提供依据。
04
毛细管电泳技术的优缺点
优点
高分离效率
毛细管电泳技术利用电场对带电粒子的作用力，使其在毛 细管中分离，具有极高的分离效率，特别适合于复杂样品 的分离。
高灵敏度
毛细管电泳技术结合了多种检测手段，如紫外-可见光谱 、荧光光谱等，可以实现高灵敏度的检测，有利于痕量物 质的检测。
简述毛细管电泳分离原理及分离模式
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。
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》PPT课件
蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关， CZE方式很难分别，采用CGE能获得良好分别。
；
毛细管凝胶电泳综合了电泳技术和平板 凝胶电泳的优点 :
电泳峰锋利，柱效极高 短柱上实现极好的分别 试样容量为10－12g
主要缺陷:制备柱较困难，寿命较短 已成为分别分析生物大分子如蛋白质、 多肽、核 酸、DNA等强有力的工具。 例运用CGE分别与激光诱导荧光检测相 结合，用于DNA序列快速分析。
；
5 毛细管等电聚焦 CIEF
1、毛细管内充有两性电解质〔合成的具有不同等电点 范围的脂肪族多胺基多羧酸混合物〕，当施加直流电压 〔6～8V〕时，管内将建立一个由阳极到阴极逐渐升高 的pH梯度；
2、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；
vT=vA=vB=vC=vL 或：
TET= AEA= BEB= CEC= LEL
式中， ，有效淌度， E，电场强度
由于
T〉 A〉 B〉 C〉 L，
所以有: E T < E A < E B < E C < E L
各区带的电场强度不同。前导电解质区带的电场强度最 小。
；
假设某一区带的离子进入前一区带， 由 于电场强度变小而减速，由假设进入到 下区带，由于电场强度变大而加速， 都 退回到原区带, 结果导致各区带构成鲜 明的界面.
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分配系 数不同进展高效、快速分别的电泳新技 术，也称为高效毛细管电泳。
一、毛细管电泳的原理 二、分别方式
；
毛细管凝胶电泳综合了电泳技术和平板 凝胶电泳的优点 :
电泳峰锋利，柱效极高 短柱上实现极好的分别 试样容量为10－12g
主要缺陷:制备柱较困难，寿命较短 已成为分别分析生物大分子如蛋白质、 多肽、核 酸、DNA等强有力的工具。 例运用CGE分别与激光诱导荧光检测相 结合，用于DNA序列快速分析。
；
5 毛细管等电聚焦 CIEF
1、毛细管内充有两性电解质〔合成的具有不同等电点 范围的脂肪族多胺基多羧酸混合物〕，当施加直流电压 〔6～8V〕时，管内将建立一个由阳极到阴极逐渐升高 的pH梯度；
2、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；
vT=vA=vB=vC=vL 或：
TET= AEA= BEB= CEC= LEL
式中， ，有效淌度， E，电场强度
由于
T〉 A〉 B〉 C〉 L，
所以有: E T < E A < E B < E C < E L
各区带的电场强度不同。前导电解质区带的电场强度最 小。
；
假设某一区带的离子进入前一区带， 由 于电场强度变小而减速，由假设进入到 下区带，由于电场强度变大而加速， 都 退回到原区带, 结果导致各区带构成鲜 明的界面.
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分配系 数不同进展高效、快速分别的电泳新技 术，也称为高效毛细管电泳。
一、毛细管电泳的原理 二、分别方式
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。
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电泳迁移速度Ve : Ve= μeE = μeV/L
注：μe:电泳迁移率(电泳淌度); E:电场强度; V－毛细管柱两 端施加的电压；L－毛细管柱的长度。
μe =νe/E= Q/f
第三章毛细管电泳分离技术
ve
Q f VL
QV
6RsL
注： Q－离子所带的净电荷；f－Stokes阻力系数。η是缓冲 溶液的粘度(动力学的)，Rs是离子的有效半径(包括溶剂化层)
毛细管电泳分离柱效方程式
两端电压
N l2
aV pp l eeV o l
2 Dt2 DL 2 D L
理论塔板高
毛细管总长度
溶质扩散系数
实验上可按下式求出理论塔板数
电泳图上从起点至电泳峰 最大值之间的距离
电泳峰的半高峰宽
第三章毛细管电泳分离技术
毛细管电泳分离柱效方程式
N l2
① 消除固液界面间的ζ电位或提高溶液的粘度； ② 在毛细管的内壁涂上聚合物，如聚丙烯酰胺涂
层。 具体方法有：
第三章毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术(Fra bibliotek)分离效率和分离度
1、分离效率
电泳湍度
毛细管有效长度
电渗湍度
柱效可用理论塔板数n表示
• 20世纪70年代在HPLC的推动下，电泳分离技术 成为了一种“灰姑娘”式的技术
第三章毛细管电泳分离技术
• 1981年，Jorgenson等介绍了毛细管区带电泳技 术。
• 1984年Terabe等提出的胶束电动毛细管色谱。 • 1987年，Hjerten建立了毛细管等电聚焦。 • 1987年，由Chohen等提出了毛细管凝胶电泳。 • 1991年，Monnig等首次提出了高速毛细管电泳。 • 目前，毛细管电泳已广泛应用于氨基酸、肽、蛋
介质的介电常数
界面电动势
电渗流迁移率
溶剂流迁移速度
eo 4
介质的粘度
veo eoE4E
电渗流速度Veo与ζ电位、ε、E成正比，而 与介质的粘度η成反比。
第三章毛细管电泳分离技术
与HPLC柱不同，毛细管中的电渗流呈平面 流型，它不存在径向梯度。
第三章毛细管电泳分离技术
电渗流的意义
1. 电泳过程中伴随着电渗现象 2. 电渗流的速度比电泳速度快5-7倍 3. 利用电渗流可将正、负离子或中性分子一起
第三章毛细管电泳分离技术
固、液两相之间的相对运动发生在吸附层 与扩散层之间的滑动面上，此处的电动势 称为界面电动势，也称ζ电位。
由于处在扩散层中的正离子的溶剂化作用， 它在电场中发生迁移时，将带动整个溶液 向阴极移动，所以就形成电渗流（Electro Osmotic Flow, EOF）。
第三章毛细管电泳分离技术
白质和核酸等离子型生物大分子的分离分析，加 入表面活性剂还可以扩大到中性粒子，甚至应用 到细胞和病毒等的分离。同时，在小分子化合物 的分离分析方面也取得了重大进展。
第三章毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术
第二节 毛细管电泳基本原理
一、毛细管电泳的理论基础 毛细管电泳法：是指以弹性石英毛细管为分离通道，以高压
向同一方向，产生差速迁移，在一次电泳操 作中同时完成正、负离子的分离分析。
第三章毛细管电泳分离技术
电解质区带的移动速度(Vi)等于电解质区带的 电泳迁移速度(Ve)与溶剂流速度(Veo)之和。 Vi = Ve + Veo
第三章毛细管电泳分离技术
当把样品从阳极端注入毛细管时，假设A物质为 负离子，B物质为正离子，则带不同电荷的离子 将按下面的速度迁移到阴极，到时间t时，A、B 物质已经分离了。
➢ 正离子：νt =νeo + ν+ ➢ 中性分子：νt = νeo ➢ 负离子：νt =νeo - νˉ
注：电渗流的速度 为泳流的若5-7倍
第三章毛细管电泳分离技术
电渗流是毛细管电泳分离的重要参数，控 制电渗流的大小和方向，可提高毛细管电 泳分离的效率、重现性、分离度
➢ 抑制毛细管中电渗流的办法：
第三章 毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术
第一节 概 述
电泳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。 （electrophoresis ）
第三章毛细管电泳分离技术
发展历程
• 1807年，Ferdinand Frederic Reuss就观察到了 荷电物质在电场力作用下会发生运动的现象。
直流电场为驱动力，依据样品中各组分的淌度（单位电场 强度下的迁移速度）和/或分配行为的差异而实现分离的 一种分析方法。 在毛细管电泳中带电粒子所受的驱动力：
电泳力 电渗力
第三章毛细管电泳分离技术
（一）电泳和电渗
电泳(Electrophoresis)是指溶液中带电粒子(离 子、胶团)在电场中定向移动的现象。电泳是驱动电 解质运动的第一种动力。
• 1909年，由Michaelis对此现象的描述中提出电 泳这个术语(elektron和pbore,分别代表电和搬运 者的意思 )
• 20世纪30年代，通过Tiselius的研究，电泳技术 才得到有实际意义的发展，Tiseluis也因此获得 了1948年度的诺贝尔奖。
• 到20世纪50年代，电泳已经是一种与纸和薄层的 平面色谱技术一样的实验室常用技术。
aV pp l eeV o l
2 Dt2 DL 2 D L
提高分离电压是增加分离效率的主要途径，在相 同的操作电压下，l/L =1，分离效率最高（短的毛 细管）。此外，N与溶质的扩散系数D成反比，所 以用毛细管电泳分离大分子时，可得到高的柱效。 高的电渗流也可提高柱效。
当毛细管长度一定时，带电离子的迁移速度 与溶质离子的电荷、施加的电压、缓冲溶液 的粘度及带电离子的大小有关。
第三章毛细管电泳分离技术
电渗(Electro osmosis)是驱动电解质运动 的第二种作用力，它使毛细管中的溶剂在 直流电场作用下发生定向运动。
第三章毛细管电泳分离技术
电渗流的产生
毛细管内壁表面上的硅醇基在pH>3的水溶液中，可电离 而产生SiO-负离子，使毛细管内壁带上负电荷，因此，溶 液中的一部分正离子就靠静电作用而吸附于毛细管内壁上， 形成一个双电层(Electric double layer)。其中一层是带 负电的内壁，一层是带正电的溶液离子吸附层。但溶液中 的其余大部分正离子则是离内壁越远，越呈自由状态，于 是在吸附层之外又存在着一个扩散层 。
注：μe:电泳迁移率(电泳淌度); E:电场强度; V－毛细管柱两 端施加的电压；L－毛细管柱的长度。
μe =νe/E= Q/f
第三章毛细管电泳分离技术
ve
Q f VL
QV
6RsL
注： Q－离子所带的净电荷；f－Stokes阻力系数。η是缓冲 溶液的粘度(动力学的)，Rs是离子的有效半径(包括溶剂化层)
毛细管电泳分离柱效方程式
两端电压
N l2
aV pp l eeV o l
2 Dt2 DL 2 D L
理论塔板高
毛细管总长度
溶质扩散系数
实验上可按下式求出理论塔板数
电泳图上从起点至电泳峰 最大值之间的距离
电泳峰的半高峰宽
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毛细管电泳分离柱效方程式
N l2
① 消除固液界面间的ζ电位或提高溶液的粘度； ② 在毛细管的内壁涂上聚合物，如聚丙烯酰胺涂
层。 具体方法有：
第三章毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术(Fra bibliotek)分离效率和分离度
1、分离效率
电泳湍度
毛细管有效长度
电渗湍度
柱效可用理论塔板数n表示
• 20世纪70年代在HPLC的推动下，电泳分离技术 成为了一种“灰姑娘”式的技术
第三章毛细管电泳分离技术
• 1981年，Jorgenson等介绍了毛细管区带电泳技 术。
• 1984年Terabe等提出的胶束电动毛细管色谱。 • 1987年，Hjerten建立了毛细管等电聚焦。 • 1987年，由Chohen等提出了毛细管凝胶电泳。 • 1991年，Monnig等首次提出了高速毛细管电泳。 • 目前，毛细管电泳已广泛应用于氨基酸、肽、蛋
介质的介电常数
界面电动势
电渗流迁移率
溶剂流迁移速度
eo 4
介质的粘度
veo eoE4E
电渗流速度Veo与ζ电位、ε、E成正比，而 与介质的粘度η成反比。
第三章毛细管电泳分离技术
与HPLC柱不同，毛细管中的电渗流呈平面 流型，它不存在径向梯度。
第三章毛细管电泳分离技术
电渗流的意义
1. 电泳过程中伴随着电渗现象 2. 电渗流的速度比电泳速度快5-7倍 3. 利用电渗流可将正、负离子或中性分子一起
第三章毛细管电泳分离技术
固、液两相之间的相对运动发生在吸附层 与扩散层之间的滑动面上，此处的电动势 称为界面电动势，也称ζ电位。
由于处在扩散层中的正离子的溶剂化作用， 它在电场中发生迁移时，将带动整个溶液 向阴极移动，所以就形成电渗流（Electro Osmotic Flow, EOF）。
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白质和核酸等离子型生物大分子的分离分析，加 入表面活性剂还可以扩大到中性粒子，甚至应用 到细胞和病毒等的分离。同时，在小分子化合物 的分离分析方面也取得了重大进展。
第三章毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术
第二节 毛细管电泳基本原理
一、毛细管电泳的理论基础 毛细管电泳法：是指以弹性石英毛细管为分离通道，以高压
向同一方向，产生差速迁移，在一次电泳操 作中同时完成正、负离子的分离分析。
第三章毛细管电泳分离技术
电解质区带的移动速度(Vi)等于电解质区带的 电泳迁移速度(Ve)与溶剂流速度(Veo)之和。 Vi = Ve + Veo
第三章毛细管电泳分离技术
当把样品从阳极端注入毛细管时，假设A物质为 负离子，B物质为正离子，则带不同电荷的离子 将按下面的速度迁移到阴极，到时间t时，A、B 物质已经分离了。
➢ 正离子：νt =νeo + ν+ ➢ 中性分子：νt = νeo ➢ 负离子：νt =νeo - νˉ
注：电渗流的速度 为泳流的若5-7倍
第三章毛细管电泳分离技术
电渗流是毛细管电泳分离的重要参数，控 制电渗流的大小和方向，可提高毛细管电 泳分离的效率、重现性、分离度
➢ 抑制毛细管中电渗流的办法：
第三章 毛细管电泳分离技术
第三章毛细管电泳分离技术
第一节 概 述
电泳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。 （electrophoresis ）
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发展历程
• 1807年，Ferdinand Frederic Reuss就观察到了 荷电物质在电场力作用下会发生运动的现象。
直流电场为驱动力，依据样品中各组分的淌度（单位电场 强度下的迁移速度）和/或分配行为的差异而实现分离的 一种分析方法。 在毛细管电泳中带电粒子所受的驱动力：
电泳力 电渗力
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（一）电泳和电渗
电泳(Electrophoresis)是指溶液中带电粒子(离 子、胶团)在电场中定向移动的现象。电泳是驱动电 解质运动的第一种动力。
• 1909年，由Michaelis对此现象的描述中提出电 泳这个术语(elektron和pbore,分别代表电和搬运 者的意思 )
• 20世纪30年代，通过Tiselius的研究，电泳技术 才得到有实际意义的发展，Tiseluis也因此获得 了1948年度的诺贝尔奖。
• 到20世纪50年代，电泳已经是一种与纸和薄层的 平面色谱技术一样的实验室常用技术。
aV pp l eeV o l
2 Dt2 DL 2 D L
提高分离电压是增加分离效率的主要途径，在相 同的操作电压下，l/L =1，分离效率最高（短的毛 细管）。此外，N与溶质的扩散系数D成反比，所 以用毛细管电泳分离大分子时，可得到高的柱效。 高的电渗流也可提高柱效。
当毛细管长度一定时，带电离子的迁移速度 与溶质离子的电荷、施加的电压、缓冲溶液 的粘度及带电离子的大小有关。
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电渗(Electro osmosis)是驱动电解质运动 的第二种作用力，它使毛细管中的溶剂在 直流电场作用下发生定向运动。
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电渗流的产生
毛细管内壁表面上的硅醇基在pH>3的水溶液中，可电离 而产生SiO-负离子，使毛细管内壁带上负电荷，因此，溶 液中的一部分正离子就靠静电作用而吸附于毛细管内壁上， 形成一个双电层(Electric double layer)。其中一层是带 负电的内壁，一层是带正电的溶液离子吸附层。但溶液中 的其余大部分正离子则是离内壁越远，越呈自由状态，于 是在吸附层之外又存在着一个扩散层 。