毛细管电泳 ppt课件
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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
毛细管电泳分析解析PPT课件
细管（内经2－5m） 中粗管（内径 25－75m） 粗管（内径100－250m）
第24页/共61页
(3)毛细管的改性： 通常在毛细管内壁涂一层亲水性非离子型聚合物(如：聚 丙烯酰胺、甲基纤维素等)，这些涂层提高了对生物大分 子分离的效率。涂层的方法有两种。 物理涂层：将涂料经适当处理在毛细管内侧形成一层薄膜 化学涂层：是将涂料通过化学键偶联在毛细管的内侧。
第30页/共61页
图表面活性对分离的影响示意图 A: 未加表面活性的分离效果, B:加入表面活性的分离效果
第31页/共61页
5 进样方式 由于毛细管的内径非常细，其进样方式与常规电泳和层析 的进样方式有所不同。毛细管电泳的进样方式主要有两类 ，一类是电迁移进样，另一类是流体力学进样。
第32页/共61页
E = V/Lt V: 电压 Lt: 毛细管两端的总长度
第5页/共61页
(3)电泳淌度(Electric Field Mobility，简称ep ) 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 ep = Vep /E = ───
第25页/共61页
3.3检测器： 毛细管电泳配置的检测器与高效液相层析使用的检测器大 致相同，都属于超微量分析，对检测器的灵敏度要求比较 高，常用的检测器 . 紫外检测器 灵敏度可达到10-17g 激光诱发荧光检测器，灵敏度可达到10-19g 质谱检测器，灵敏度可达到10-21g 核磁共振检测器，灵敏度可达到10-21g
第13页/共61页
(8)热效应 (Joule Heating) 在高电场下毛细管中的电解质和电流发生剧烈的摩擦， 产生大量的热，这种自热现象，称之为热效应。
第14页/共61页
第24页/共61页
(3)毛细管的改性： 通常在毛细管内壁涂一层亲水性非离子型聚合物(如：聚 丙烯酰胺、甲基纤维素等)，这些涂层提高了对生物大分 子分离的效率。涂层的方法有两种。 物理涂层：将涂料经适当处理在毛细管内侧形成一层薄膜 化学涂层：是将涂料通过化学键偶联在毛细管的内侧。
第30页/共61页
图表面活性对分离的影响示意图 A: 未加表面活性的分离效果, B:加入表面活性的分离效果
第31页/共61页
5 进样方式 由于毛细管的内径非常细，其进样方式与常规电泳和层析 的进样方式有所不同。毛细管电泳的进样方式主要有两类 ，一类是电迁移进样，另一类是流体力学进样。
第32页/共61页
E = V/Lt V: 电压 Lt: 毛细管两端的总长度
第5页/共61页
(3)电泳淌度(Electric Field Mobility，简称ep ) 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 ep = Vep /E = ───
第25页/共61页
3.3检测器： 毛细管电泳配置的检测器与高效液相层析使用的检测器大 致相同，都属于超微量分析，对检测器的灵敏度要求比较 高，常用的检测器 . 紫外检测器 灵敏度可达到10-17g 激光诱发荧光检测器，灵敏度可达到10-19g 质谱检测器，灵敏度可达到10-21g 核磁共振检测器，灵敏度可达到10-21g
第13页/共61页
(8)热效应 (Joule Heating) 在高电场下毛细管中的电解质和电流发生剧烈的摩擦， 产生大量的热，这种自热现象，称之为热效应。
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《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
色谱分析法第九章 毛细管电泳法简介26页PPT
出版社 社文分社
图9.13 CIEF分离机理示意图 4)聚焦区带的活动化 5)CIEF的应用 9.5.5毛细管等速电泳(CITP) 1)CITP的原理
CITP是一种置换色谱的电泳配对物。
16 页 退出
色谱分析法
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图9.14 CITP分离机理示意图 2)等速电泳图的外观
图9.15 等速电泳谱图
一恒定电场、恒定电流或恒定功率，并且有电场反向功能的模块。
9.2.7数据处理
9.3 毛细管电泳与其他分离技术的比较
高效液相色谱(HPLC)和气相色谱(GC)与毛细管电泳相似，在于
这三种方法中数据表示、数据处理和自动化基本相同。Jorgenson
曾经将毛细管电泳描述为“电泳的高效分离机理与色谱的设备和自
EOF)。在正常模式中，电渗流的方向是由正极向着负极，缓冲液从
入口池通过毛细管和检测器到达出口池。
图9.6 溶质通过毛细管的顺序
图9.7阳离子、中性分子、阴离子 的电泳谱图
8 页 退出
色谱分析法
1)电渗流的作用 2)电渗流的产生
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图9.8 电渗流的产生
9 页 退出
色谱分析法
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色谱分析法
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第九章 毛细管电泳法简介
1 页 退出
色谱分析法
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9.1.1简介 电泳(Electrophoresis)是指带电粒子或分子在电场的作用下
在导电液体通常是水介质中的运动。毛细管电泳(Capillary Electrophoresis，CE)是在毛细管中实现电泳分离的技术。如图 9.1所示，充满了电解质或缓冲液的水性介质的玻璃管的两端与装 有相同缓冲液的容器连接在一起，并在这两个容器中插入连有高压 电源的两个铂电极。假设有一个样品含有分子大小不同的中性分子 和带电离子，而且带电的离子带有不同的电荷。将样品放置在玻璃 管的正极端，在整个体系中加上电场，则样品中的离子就趋向于以 不同的速度沿不同的方向在管内迁移。迁移的速度和方向取决于离 子的尺寸和离子所带电荷的大小和符号。
《毛细管电泳原理》课件
分离的程度。
分辨率
02
分辨率是指毛细管电泳谱中相邻两峰之间的分离程度，分辨率
越高，分离效果越好。
检测限
03
指在毛细管电泳谱中能够检测到的最小样品浓度，检测限越低
，灵敏度越高。
定量分析
标准曲线法
通过绘制标准曲线，将毛细管电泳谱中的峰高或峰面积与样品浓度进行线性回归 分析，从而进行定量分析。
内标法
通过在样品中加入内标物，利用内标物与样品中各组分的分离度和响应因子相同 的特点，进行定量分析。
数据分析方法
峰高法
通过测量毛细管电泳谱中各组分的峰高，利用峰高与样品浓 度的线性关系进行定量分析。
峰面积法
通过积分毛细管电泳谱中各组分的峰面积，利用峰面积与样 品浓度的线性关系进行定量分析。
05
毛细管电泳的优缺点与展望
优点与缺点
高分离效能
毛细管电泳具有极高的分离效率，可 实现复杂样品的快速分离。
药物分析
毛细管电泳在药物分析中 可用于药物成分的分离和 检测，以及药物代谢产物 的分析。
食品安全
毛细管电泳可用于食品安 全检测，如食品添加剂、 农药残留等的检测。
02
毛细管电泳的仪器与实验条
件
仪器介绍
毛细管电泳仪的基本构成
检测器的选择
包括高压电源、进样系统、毛细管电 泳柱、检测器和数据采集系统等部分 。
配制电解质溶液
按照所需的浓度和比例，配制 电解质溶液。
数据处理与分析
采集实验数据，进行数据处理 和分析，得出结论。
03
毛细管电泳的分离模式与分
离机制
分离模式
毛细管区带电泳（CZE）
胶束电动色谱（MEKC）
毛细管凝胶电泳（CGE）
毛细管电泳和毛细管电色谱(ppt)
度量电渗流大小是单位电场下的电渗流速率即电渗淌度
(eo)或电渗速率(ueo)，可用Smoluchowski 方程表示：
eo
o w
ueoeoEowE
u eo
Ld t0
eouE eoL t0d
1Ld E to
Lt U
3.1.3． 电渗流
以电场力驱动产生的溶液EOF，与高效液相色谱中由高压 泵产生的液体流型不同：
3.1.5. 分离原理
电泳和电渗流并存，在不考虑相互作用的前提下，粒子在 毛细管内电介质中的迁移速率是两种速率的矢量和：
uuep ueo (epe)oE
令µapp=µep + µeo，称之为表观淌度，即从毛细管电泳测量 中得到的淌度为粒子自身的电泳淌度和由电渗引起的淌度之
和，并有
ap pepeou/EL trdU Lt
目前有三种方法可以让样品直接进入毛细管：
电动法、压力法和浓差扩散法。
3.2.3. 电源及其回路
电流回路系统包括高压电源、电极、电极槽、导线和电 解质缓冲溶液等。CE和CEC一般采用0 ~ ±30 kV连续可 调的直流高压电源。理想的电源应具备： 1.能输出单极直流高压(一端接地)； 2.电压、电流、功率输出模式任意可选； 3.能控制电压、电流或电功率的梯度； 4.电压输出精度应高于1%。 CE的电极通常由直径0.5~l mm的铂丝制成。 电极槽，即缓冲液瓶，通常是带螺口的小玻璃瓶或塑料 瓶(1~5mL不等)，要便于密封。缓冲液内含电解质，充于 电极槽和毛细管中，通过电极、导线与电源连通，一同 构成整个电流回路。
毛细管电色谱由于引入了色谱机制，其保留机理包括两个 方面:
其一，如同HPLC，基于溶质在固定相和流动间分配过程； 其二，如同CE，基于溶质电迁移过程。CEC容量因子可 用下式表示：
毛细管电泳 ppt课件
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12
所以，迁移速度：
qE q E （球形离子） 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。
q E 6π
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13
电渗现象与电渗流
1.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，二者之间存在电位差。
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30
3.缓冲液池
化学惰性，机械稳定性好；
4. 检测器
要求：具有极高灵敏度，可柱端检测； 检测器、数据采集与计算机数据处理一体化；
类型 紫外-可见 荧光 激光诱导荧光 电导
检测限/mol 10-13～10-15 10-15～10-17 10-18～10-20 10-18～10-19
特点 加二极管阵列，光谱信息 灵敏度高，样品需衍生 灵敏度极高，样品需衍生 离子灵敏，需专用的装置；
第五章 毛细管电泳
High performance capillary electrophoresis,HPCE
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1
主要内容
5.1 毛细管电泳的基本原理 5.2 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 毛细管电泳的应用
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2
精品资料
缓冲溶液离子强度，影响双电层的厚度、溶液黏度和工 作电流，明显影响电渗流大小。缓冲溶液离子强度增加，电 渗流下降。
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21
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22
4. 温度的影响
毛细管内温度的升高，使溶液的黏度下降，电渗流增大。 温度变化来自于“焦耳热”；
焦耳热：毛细管溶液中有电流通过时，产生的热量； HPCE中的焦耳热与背景电解质的摩尔电导、浓度及电场 强度成正比。 温度每变化1，将引起背景电解质溶液黏度变化2%～3%；
毛细管电泳ppt课件
• 1909年，L.Michaelis提出“电泳
(electrophoresis) ”这一术语，他的实验是用
于测定蛋白质的等电点。
• 1937年，瑞典科学家A.Tiselius 成功研制出界 面电泳仪，并建立了移动界面电泳法，用于人血 清蛋白的分离。
• Tiselius于48年获诺贝尔化学奖。
整理版课件
24
uapuosuef uap uos uapuosuef
阴离子
电渗 流
中性分子
阳离子
整理版课件
25
四、 分离效率和谱带展宽
1. 柱效参数－理论塔板数和塔板高度
理论塔板数： n5.54(tm/W1/2)2
tm — 迁移时间， W1/2 —时间半峰宽
塔板高度： HLd /n
Ld ——进样口到检测器之间的距离
• 经典电泳法
自由界面电泳（无载体电泳）
区带电整理泳版课（件有载体支持电泳）
4
• 界面电泳 ：在没有惰性支持物的液体接界面上 进行的电泳。
缺点：对流较严重，组分不能完全分离，检测困难
整理版课件
5
• 区带电泳： 是在溶液中加入一些惰性物质或凝胶 物质作为支持物，泳动物质在支持物间隙中移动 的电泳方法。 避免对流的干扰。
整理版课件
20
电渗的速度可以表示为： uos os•E
• eo—电渗率，单位电场下的电渗流的线速度
os
os
－介质的介电常数
－介质的粘度
－管壁的 Zeta 电势，即双 电层到管壁很近的地方之间的 电位差。
总之，Zeta 电势越大，介电常数越大，粘度越小，
电渗流越大。
在电场作用下，电泳和电渗同时存在，电渗流速度
一、毛细管电泳的分类 二、毛细管区带电泳法 三、胶束电动毛细管色谱 四、凝胶毛细管电泳法 五、毛细管电色谱法
(electrophoresis) ”这一术语，他的实验是用
于测定蛋白质的等电点。
• 1937年，瑞典科学家A.Tiselius 成功研制出界 面电泳仪，并建立了移动界面电泳法，用于人血 清蛋白的分离。
• Tiselius于48年获诺贝尔化学奖。
整理版课件
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uapuosuef uap uos uapuosuef
阴离子
电渗 流
中性分子
阳离子
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四、 分离效率和谱带展宽
1. 柱效参数－理论塔板数和塔板高度
理论塔板数： n5.54(tm/W1/2)2
tm — 迁移时间， W1/2 —时间半峰宽
塔板高度： HLd /n
Ld ——进样口到检测器之间的距离
• 经典电泳法
自由界面电泳（无载体电泳）
区带电整理泳版课（件有载体支持电泳）
4
• 界面电泳 ：在没有惰性支持物的液体接界面上 进行的电泳。
缺点：对流较严重，组分不能完全分离，检测困难
整理版课件
5
• 区带电泳： 是在溶液中加入一些惰性物质或凝胶 物质作为支持物，泳动物质在支持物间隙中移动 的电泳方法。 避免对流的干扰。
整理版课件
20
电渗的速度可以表示为： uos os•E
• eo—电渗率，单位电场下的电渗流的线速度
os
os
－介质的介电常数
－介质的粘度
－管壁的 Zeta 电势，即双 电层到管壁很近的地方之间的 电位差。
总之，Zeta 电势越大，介电常数越大，粘度越小，
电渗流越大。
在电场作用下，电泳和电渗同时存在，电渗流速度
一、毛细管电泳的分类 二、毛细管区带电泳法 三、胶束电动毛细管色谱 四、凝胶毛细管电泳法 五、毛细管电色谱法
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纸电泳 醋酸纤维素电泳 淀粉凝胶电泳 琼脂糖电泳 聚丙烯酰胺凝胶电泳
u E
电泳速度
电泳速率 电场强度
V/L(V/m)
影响因素： 1. 电荷效应 2. 溶液pH值 3. 离子强度和温度 4. 电渗 5. 载体性质和分子筛
• 常压电泳：电位梯度 50V/cm • 高压电泳：电位梯度 50V/cm
5.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；
20.1 毛细管电泳的基本原理
一、 电泳和电泳淌度 二、 电渗和电渗率 三、表观淌度 四、 分离效率和谱带展宽 五、 分离度
一 、电泳和电泳淌度
电泳的速度 uep 可表示为： uep epE
(electrophoresis) ”这一术语，他的实验是用
于测定蛋白质的等电点。
• 1937年，瑞典科学家A.Tiselius 成功研制出界 面电泳仪，并建立了移动界面电泳法，用于人血 清蛋白的分离。
• Tiselius于48年获诺贝尔化学奖。
1.经典电泳技术
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。
电泳法（electrophoresis）以电泳为基础的分离 分析方法。
•毛细管电泳（又称高效毛细管电泳）（HPCE ）， 是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱 动力的新型电泳分离技术。 • 包含电泳、色谱及其交叉内容。
• 电泳法的发展史(Phylogeny)：
• 电泳现象早在18世纪就被发现。 • 1909年，L.Michaelis提出“电泳
总之，与经典电泳法比较，毛细管电泳法的特点 有四个：高效、快速、微量和自动化。
毛细管电泳的发展
• 1981年，Jorgenson．和Lukacs 使用75μm内 径的熔融石英毛细管，电泳分离氨基酸和肽，成 为高效毛细管电泳划时代的里程碑。至此，出现 了毛细管电泳技术。
• 80年代以来，诞生了很多新的毛细管电泳方法， 如毛细管凝胶电泳和毛细管等电聚焦电泳。
•ep —电泳淌度，单位电场下的电泳速度。
空心毛细管柱中一个粒子的淌度近似表示为：
ep
i 4
－介质的介电常数 －介质的粘度
与介质性 质有关
i－粒子的 Zeta 电势,近似正比于
Z/M2/3 Z 为净电荷， M 为摩尔质 量。
与粒子性质有关：表面电பைடு நூலகம்和粒子质量的大小
有效淌度：在实际溶液中，考虑离子活度系数、溶 质分子的离解程度均对粒子的淌度有影响，这时的 淌度称为有效淌度。
• 经典电泳法
自由界面电泳（无载体电泳） 区带电泳（有载体支持电泳）
• 界面电泳 ：在没有惰性支持物的液体接界面上 进行的电泳。
缺点：对流较严重，组分不能完全分离，检测困难
• 区带电泳： 是在溶液中加入一些惰性物质或凝胶 物质作为支持物，泳动物质在支持物间隙中移动 的电泳方法。 避免对流的干扰。
传统电泳的缺陷： （1） 焦耳热效应：电流通过电泳介质而产生 的热效应。
使电泳分离介质温度分布不均匀，引起溶 液对流，从而导致区带展宽，降低分离效率。 焦耳热效应随电场强度的增大而迅速加剧，限 制了高电压的使用。
（2）无法在线检测，定量精度较差。
2.高效毛细管电泳技术
1981年，Jorgenson和Luckas，用75m内径的石 英毛细管电泳分离了丹酰化氨基酸，柱效高达 40万/m，使电泳技术发生了根本变革，迅速发 展成为可与GC、HPLC相媲美的崭新的分离分析 技术——高效毛细管电泳。
毛细管电泳：使电泳过程在散热效率极高的毛细 管内进行，使焦耳热效应减小，能使用高电压， 全面改善分离质量和提高分析速度。
高效毛细管电泳在技术上采取了三项重要改进： 一、采用了50 m内径的毛细管； 二、采用了高达数千伏的高电压； 三、实现了高灵敏度的在线检测。
毛细管的使用使产生的热量能够较快散发，大 大减小了温度效应，可以使用很高的电压。 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱内 径变小，柱长增加，理论塔板数高达几十万块/米， 特殊柱子可以达到数百万。
（2）分离原理：不同（驱动力不同）
HPCE：带电粒子在电场中发生定向移动，依据粒 子所带电荷数、形状、离解度等不同所产生的差速 迁移而分离。
HPLC：不同组分在两相中的分配系数不同而分离。
（3）仪器流程：基本相同 都包括进样装置、分离柱、检测器和数据记录处 理等部分。
（4）应用：二者相互补充 HPCE在生物大分子分离方面，在分析速度和效 率、样品和试剂用量方面有优势，但在样品制备 和定性、定量重复性等方面不及HPLC。
小结：高效毛细管电泳法的特点 （多、快、好、省）
1.分离模式多：
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（纳升），水介质中进行；
4.仪器简单、易自动化
电源、毛细管、检测器、溶液瓶
第20章 毛细管电泳法 ( Capillary Electrophoresis CE )
• 概述 • 20.1 CE 的基本原理 • 20.2 CE 的分离模式 • 20.3 毛细管电泳仪 • 20.4 CE 在医药中的应用进展
概述
电泳：溶液中的带电粒子（离子、胶粒或分子）在 电场中的定向迁移现象。物理化学现象。
• 花絮
• 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； • 第一次的自由溶液电泳；第一台电泳仪； • 1948年，获诺贝尔化学奖；
• 88年商品化HPCE问世，高灵敏度柱上检测器的 发 展 使 HPCE 在 世 界 范 围 内 蓬 勃 开 展 。 HPCE 已 成为电泳领域发展最快的新分支。
高效毛细管电泳法与高效液相色谱法比较
（1）分离过程： 相同
HPCE 与HPLC 都是一种液相分离分析技术。都是 差速迁移过程，可用相同的理论来描述,如保留值、 塔板理论和速率理论等。
u E
电泳速度
电泳速率 电场强度
V/L(V/m)
影响因素： 1. 电荷效应 2. 溶液pH值 3. 离子强度和温度 4. 电渗 5. 载体性质和分子筛
• 常压电泳：电位梯度 50V/cm • 高压电泳：电位梯度 50V/cm
5.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；
20.1 毛细管电泳的基本原理
一、 电泳和电泳淌度 二、 电渗和电渗率 三、表观淌度 四、 分离效率和谱带展宽 五、 分离度
一 、电泳和电泳淌度
电泳的速度 uep 可表示为： uep epE
(electrophoresis) ”这一术语，他的实验是用
于测定蛋白质的等电点。
• 1937年，瑞典科学家A.Tiselius 成功研制出界 面电泳仪，并建立了移动界面电泳法，用于人血 清蛋白的分离。
• Tiselius于48年获诺贝尔化学奖。
1.经典电泳技术
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。
电泳法（electrophoresis）以电泳为基础的分离 分析方法。
•毛细管电泳（又称高效毛细管电泳）（HPCE ）， 是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱 动力的新型电泳分离技术。 • 包含电泳、色谱及其交叉内容。
• 电泳法的发展史(Phylogeny)：
• 电泳现象早在18世纪就被发现。 • 1909年，L.Michaelis提出“电泳
总之，与经典电泳法比较，毛细管电泳法的特点 有四个：高效、快速、微量和自动化。
毛细管电泳的发展
• 1981年，Jorgenson．和Lukacs 使用75μm内 径的熔融石英毛细管，电泳分离氨基酸和肽，成 为高效毛细管电泳划时代的里程碑。至此，出现 了毛细管电泳技术。
• 80年代以来，诞生了很多新的毛细管电泳方法， 如毛细管凝胶电泳和毛细管等电聚焦电泳。
•ep —电泳淌度，单位电场下的电泳速度。
空心毛细管柱中一个粒子的淌度近似表示为：
ep
i 4
－介质的介电常数 －介质的粘度
与介质性 质有关
i－粒子的 Zeta 电势,近似正比于
Z/M2/3 Z 为净电荷， M 为摩尔质 量。
与粒子性质有关：表面电பைடு நூலகம்和粒子质量的大小
有效淌度：在实际溶液中，考虑离子活度系数、溶 质分子的离解程度均对粒子的淌度有影响，这时的 淌度称为有效淌度。
• 经典电泳法
自由界面电泳（无载体电泳） 区带电泳（有载体支持电泳）
• 界面电泳 ：在没有惰性支持物的液体接界面上 进行的电泳。
缺点：对流较严重，组分不能完全分离，检测困难
• 区带电泳： 是在溶液中加入一些惰性物质或凝胶 物质作为支持物，泳动物质在支持物间隙中移动 的电泳方法。 避免对流的干扰。
传统电泳的缺陷： （1） 焦耳热效应：电流通过电泳介质而产生 的热效应。
使电泳分离介质温度分布不均匀，引起溶 液对流，从而导致区带展宽，降低分离效率。 焦耳热效应随电场强度的增大而迅速加剧，限 制了高电压的使用。
（2）无法在线检测，定量精度较差。
2.高效毛细管电泳技术
1981年，Jorgenson和Luckas，用75m内径的石 英毛细管电泳分离了丹酰化氨基酸，柱效高达 40万/m，使电泳技术发生了根本变革，迅速发 展成为可与GC、HPLC相媲美的崭新的分离分析 技术——高效毛细管电泳。
毛细管电泳：使电泳过程在散热效率极高的毛细 管内进行，使焦耳热效应减小，能使用高电压， 全面改善分离质量和提高分析速度。
高效毛细管电泳在技术上采取了三项重要改进： 一、采用了50 m内径的毛细管； 二、采用了高达数千伏的高电压； 三、实现了高灵敏度的在线检测。
毛细管的使用使产生的热量能够较快散发，大 大减小了温度效应，可以使用很高的电压。 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱内 径变小，柱长增加，理论塔板数高达几十万块/米， 特殊柱子可以达到数百万。
（2）分离原理：不同（驱动力不同）
HPCE：带电粒子在电场中发生定向移动，依据粒 子所带电荷数、形状、离解度等不同所产生的差速 迁移而分离。
HPLC：不同组分在两相中的分配系数不同而分离。
（3）仪器流程：基本相同 都包括进样装置、分离柱、检测器和数据记录处 理等部分。
（4）应用：二者相互补充 HPCE在生物大分子分离方面，在分析速度和效 率、样品和试剂用量方面有优势，但在样品制备 和定性、定量重复性等方面不及HPLC。
小结：高效毛细管电泳法的特点 （多、快、好、省）
1.分离模式多：
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（纳升），水介质中进行；
4.仪器简单、易自动化
电源、毛细管、检测器、溶液瓶
第20章 毛细管电泳法 ( Capillary Electrophoresis CE )
• 概述 • 20.1 CE 的基本原理 • 20.2 CE 的分离模式 • 20.3 毛细管电泳仪 • 20.4 CE 在医药中的应用进展
概述
电泳：溶液中的带电粒子（离子、胶粒或分子）在 电场中的定向迁移现象。物理化学现象。
• 花絮
• 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； • 第一次的自由溶液电泳；第一台电泳仪； • 1948年，获诺贝尔化学奖；
• 88年商品化HPCE问世，高灵敏度柱上检测器的 发 展 使 HPCE 在 世 界 范 围 内 蓬 勃 开 展 。 HPCE 已 成为电泳领域发展最快的新分支。
高效毛细管电泳法与高效液相色谱法比较
（1）分离过程： 相同
HPCE 与HPLC 都是一种液相分离分析技术。都是 差速迁移过程，可用相同的理论来描述,如保留值、 塔板理论和速率理论等。