5.3-高效毛细管电泳分离模式
高效毛细管电泳技术
2.1 电渗现象
当固体与液体接触时，固体表面带一种电荷，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，二者之间存在电位差。
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毛细管电泳
目录
一、概述-毛细管和电泳技术
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毛细管柱是毛细管电泳（CE）的核心部件，目前多为2575μm之间，材料为聚四氟乙烯、玻璃和弹性石英，以石英 居多。 电泳：在电解质溶液中，带电离子在电场力的作用下，以不 同的速度向与其所带电荷相反的电极迁移的现象。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。
3.2 DNA分析
DNA分析包括碱基、核苷、核苷酸、寡核苷酸、引物、探针、单链 DNA、双链DNA分析。用CE测DNA序列的应用很多, 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。
3.3 环境分析
01
水源是人类生存最重要的环境 资源，对水质的分析是CE 最 广泛的应用领域之一。CE 的 工作环境是水介质，这一特点 为环境分析带来极大方便。目 前，CE已经可以准确测量出 水环境中的多种多环芳烃、多 氯联苯等。
1. 邓光辉用毛细管电泳安培检测法检出了辣椒粉样品中的苏丹红 I 号。 2. 张辰凌等以 20 mmol/L 乳酸溶液为背景电解质，用毛细管电泳-电容耦合非接触
电导法检测了牛奶中的三聚氰胺的含量。 3. 管月清等采用毛细管电泳-电化学检测法同时测定了肉制品中盐酸克伦特罗与沙丁
胺醇的含量。
四、毛细管电泳的特点
毛细管电泳技术及应用
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。
高效毛细管电泳
70年代初 Ereraers 在高电压下进行等速电泳,初发表了专著《等速 电泳》，提出用毛细管进行电泳的基本原理和在线检测方法，并在 等速电泳系统上获得了区带电泳的结果 1974年Virtanen提出使用细毛细管提高分离效率 1979年Everaerts和Mikker发表了有关区带电泳理沦的文章，提出 用毛细管来抑制对流和槽强故热效果的方案，并用内径200um的 聚四氟乙烯管以毛细管获得小于10um理论塔板高。 1981年 Jorgenson和Lukacs发表了划时代的研究工作，用75pm内 径石英毛细管进行电泳，电迁移进样，以灵敏的荧光检测器进行 柱上检测，使丹酞化氨基酸高效、快速分离，峰形对称，达到 400000块／m理论塔板的高效率，并进一步研究了影呐区带加宽 的因素。 Jorgenson和Lukacs等人的开创性工作，使电泳这一 古老技术发生了根本变革，从此写人高效毛细管电泳的新时代。
第二章 高效毛细管电泳
高效毛细管电泳概况 高效毛细管电泳仪 基本概念 毛细管电泳分离模式 HPCE分离方法的选择 毛细管电泳的一些发展动向
一、高效毛细管电泳概况
发展史
Tisedius对电泳技术的发展和应用所做的巨大贡献，使他获得了1948年诺贝尔化学奖c
1967 年Hjertem使用慢速旋转的内径为3mm的石英玻璃管进行自 由溶波电泳，以UV进行检测，成功地分离了无机离子、有机离子、 蛋白质、多肽、核酸、病毒以及细菌。
二、高效毛细管电泳仪器
1．毛细管：用作分离通道和电流通路
2．直流高压电源：用于驱动分离
3.进样机构：能实现直接进样并可随时改变进样方向， 常备的方法是电动和压力(包括重力或真空)进样系统； 4．电极与电极槽：用于金属导线和毛细管的沟通； 5．检测系统：
第五章 高效毛细管电泳分离技术
第五章高效毛细管电泳分离技术第一节毛细管电泳技术发展简史及其特点电泳是指带电粒子在电场作用下向电性相反的方向迁移的现象。
据此对某些化学或生物化学组分进行分离的技术称为电泳技术。
从1930年瑞典科学家Arne Tiselius首次提出电泳法至今已有70年的历史。
电泳法的发展大致可分为三个阶段。
1950年以前属初创阶段，主要是界面移动自由电泳，一般在U型管内进行，无支持物。
50年代至80年代中期出现了各种有支持物的电泳方法，如纸电泳、醋酸纤维电泳、琼脂糖电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳等，70年代后实现了仪器的自动化。
80年代后期出现了毛细管电泳方法，实现了微型化、自动化、高效、快速分析，毛细管电泳技术已经成为同现代色谱技术相比的分析化学领域中的一个令人瞩目的分支。
毛细管电泳（Capillary Electrophoresis，CE）或高效毛细管电泳（High Performance Capillary Electrophoresis，HPCE）是指以毛细管为分离室、以高压电场为驱动力的一类新型现代电泳技术。
毛细管电泳仪的基本结构见图5-1。
HV（0-+30KV）图1 毛细管电泳仪的结构图C—毛细管；D—检测器；E—电极槽；HV—直流高压电源；Pt—铂电极；S—样品；DA—数据采集处理系统完善的毛细管电泳仪应具备（1）有多种施压模式；（2）恒温精度高，恒温范围宽；（3）精确的进样控制；（4）检测器的灵敏度高等条件。
毛细管电泳分离技术用的是内径为5-100μm，外径为370μm，长为10-100cm的弹性熔融石英毛细管，毛细管的特点是（1）体积小；（2）散热快，可承受高电场；（3）可使用自由溶液、凝胶等为支持电解质，在溶液介质下可产生平面形状的电渗流。
毛细管电泳分离技术与传统的平板电泳和现代液相色谱分离技术相比具有很多优点：（1）高效（105-107理论塔板/米）；（2）快速（几十秒至几十分钟）；（3）分离模式多，选择自由度大；（4）分析对象广，从无机离子到整个细胞；（5）高度自动化；（6）样品需量小，运行成本低，无环境污染。
高效毛细管电泳法原理
高效毛细管电泳法(简称CE)是一种应用电泳原理的分离技术,适用于分离和测定小分子有机化合物和生物大分子,如氨基酸,肽,核酸和蛋白质等,因其操作简便,分离速度快,分辨率高,样品耗费小等优点而广泛应用于分析技术领域.
其原理主要是利用电荷作用力和电流作用力共同作用于被分离物质,在快速流动的毛细管内进行分离,不同的物质根据其理化性质差异,在电场力的作用下,快速分离并达到最终的分析结果.
具体分离过程可分为三步:1.预处理:通过对样品进行一些必要的化学或物理处理,如蛋白的
脱盐,核酸的降解等,使之达到最佳测定条件.2.分离和检测:样品被注入高压,在毛细管内被电场引导向阳极(或阴极)并被快速分离,经过检测器检测,得出分析结果.3.定量分析:基于标准品,定量分析被分离物质的浓度.
在实际应用中,高效毛细管电泳法可通过改变分离毛细管的材料、加入胶体、调整电场强度等方式,进一步提高分离效率和分辨率,并能够与其他分析技术结合使用,如质谱法、光谱法等.
综上,高效毛细管电泳法是一种快速、高效、准确的分离技术,具有广泛的实际应用价值,在
企业管理和生物学等领域都有着广泛的应用前景.。
高效毛细管电泳技术
五、毛细管电泳的应用
5.1离子分析
（analysis of ion）
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；
3、负离子的运动方向和电渗流方向相反，但因电渗流 速度一般都大于电泳流速度，故它将在中性粒子之后流 出。这样，各种粒子因迁移速度不同而实现了分离。
图6 各种离子的分离
四、分离模式
根据试样的性质不同，可采用不同的分离模式。
毛细管电泳
毛细管区带电泳（CZE） 毛细管胶束电动色谱（MECC） 毛细管凝胶电泳（CGE） 毛细管等电聚焦（CIEF）
4.1毛细管区带电泳（CZE）
CZE又称毛细管自由电泳，是毛细管电泳中最基本、 应用最普遍的一种模式。它在毛细管中仅填充缓冲 液，基于溶质组分在电场中的迁移速度不同而分离。 前述的基本原理即是CZE的基本原理。
图7 区带毛细管电泳示意图
4.2毛细管胶束电动色谱（MECC）
MECC是在缓冲液中加入表面活性剂，当其浓度高于 临界浓度时形成胶束。在电场力的作用下，毛细管水 相可看作流动相，胶束相可看作“准固定相”，溶质 由其在胶束相和水相中的分配系数不同而在不同时间 流出。可以用来分离中性物质，扩展了高效毛细管的 应用范围，同时也能和色谱技术联合起来。
高效毛细管电泳技术
环境科学
一、高效毛细管电泳技术概述 二、高效毛细管电泳仪器流程和主要部件 三、高效毛细管电泳理论基础 四、高效毛细管电泳分离模式 五、高效毛细管电泳应用
高效毛细管电泳技术简介
高效毛细管电泳技术简介
高效毛细管电泳又称高效毛细管区带电泳（又称毛细管区带电泳），它的分离根据是电场中毛细管内的溶质具有不同的迁移速率。
高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis, HPCE）是在传统的电泳基础上结合高效液相色谱技术发展起来的一种高效分离分析技术，由于其具有无与伦比的高效.准确和高灵敏性，这项技术广泛运用于有机离子.无机离子，氨基酸，多肽，蛋白质，核酸分子，对映异构体和临床医学分析，同时它在生物工程，药物，环保，食品检验等领域也显示了极其重要的运用前景。
毛细管电泳仪的结构和特点
毛细管电泳仪主要由5个部分组成，毛细管柱.进样系统，高压系统，检测系统和数据采集系统组成。
毛细管电泳的特点
（1）电泳在细径（25-75u m，内径）弹性石英毛细管中进行，其有限长度一般为50cm.
（2）高电压（10-30KV）加在毛细管两端以产生高电场强度（100-500V/cm）.
（3）分析时间短，数分钟至几十分钟可完成一次分析。
（4）多种分离模式，应用范围广(从生物大分子至小分子。
离子)
（5）样品需求量少，仪器自动化高。
现阶段取得的主要进展
P/ACE MDQ主要用于蛋白质的分析：
●毛细管等点聚焦●肽蛋白和糖蛋白的鉴别分析●纯度检测●免疫毛细管电泳检测
●SDS-分子量测定●肽谱分析。
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。
2018/12/13
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。
2018/12/13
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。
2018/12/13
2018/12/13
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
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1.缓冲溶液中加入离子型表面活性剂，其浓度达 到临界浓度，形成一疏水内核，外部带负电的胶束。
在电场力的 作用下，胶束在 柱中移动。
2020/10/3
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。
蛋白质、DNA等的荷/质比与分子大小无关，CZE模式 很难分离，采用CGE能获得良好分离，DAN测序的重要手 段。
特点：抗对流性好，散热性好，分离度极高。 无胶筛分技术：采用低黏度的线性聚合物溶液代替高 黏度交联聚丙烯酰胺。柱便宜，易制备。
2020/10/3
5.4.3 胶束电动毛细管色谱（MECC ，MEKC）
阴离子：两种效应的运动方向相 反。v电渗流 >v电泳时，阴离子在负极 最后流出,在这种情况下，不但可 以按类分离，同种类离子由于差速 迁移被相互分离。
最基本、应用广的分离.2 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。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，所得峰形尖锐，分离效率高。
2. 毛细管内充有两性电解质（合成的具有不同等电点范 围的脂肪族多氨基多羧酸混合物），当施加直流电压 （6～8V）时，管内将建立一个由阳极到阴极逐步升高的 pH梯度。
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。
2020/10/3
2020/10/3
分离类型
八种分离类型，介绍常用的几种； 根据试样性质不同，采用不同的分离类型； 每种机理的选择性不同。
2020/10/3
5.4.1 毛细管区带电泳
capillary zone electrophoresis ，CZE
带电粒子的迁移速率 = 电泳和电渗流速率的矢量和。 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。
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。 6. 加压将毛细管内分离后的溶液推出经过检测器检测。 7. 电渗流在CIEF中不利，应消除或减小。
2020/10/3
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。
2020/10/3
5.4.4 毛细管等电聚焦
Capillary isoelectric focusing，CIEF
1. 根据等电点差别分离生物大分子的高分辨率电泳技 术。
4. 特点：界面明显，富集、浓缩作用。
2020/10/3
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；
2020/10/3
2020/10/3
3. 不同离子的淌度不同，所形成区带的电场强度不同 (v=μE )，淌度大的离子区带电场强度小。
沿出口到进口，将不同区带依次排序1,2,3,4 …， 电场强度依次增大。假设“2”号中离子扩散到“3”号， 该区电场强度大，离子被加速，返回到“2”区；当“2” 号中离子跑到“1”号区，离子被减速使之归队。
第五章 毛细管电泳
Capillary electrophoresis, CE
第四节 毛细管电泳分离
模式
Separate types of 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 5.4.6 毛细管电渗色谱
5.4.5 毛细管等速电泳
Capillary isotachophoresis ，CITP
1. 将两种淌度差别很大的缓冲液分别作为前导离子 (充满毛细管)和尾随离子，试样离子的淌度全部位于两 者之间，并以同一速率移动。
2. 负离子分析时，前导电解质的淌度大于试样中所 有负离子的。所有试样都按前导离子的速率等速向阳极 前进，逐渐形成各自独立的区带而分离。阴极进样，阳 极检测。
请选择内容
5.1 毛细管电泳的基本原理 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
2020/10/3
结束