毛细管区带电泳
毛细管电泳法
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
毛细管区带电泳
毛细管区带电泳（CZE）分离硝基苯酚异构体一、实验背景毛细管电泳、气相色谱、液相色谱是目前应用最广泛的高效分离技术，与气相色谱、液相色谱相比，毛细管电泳具有许多独特的优点，如分析速度快、柱效可高达数十万塔板/米、适用于带电样品的分离等，另外毛细管电泳具有样品消耗少、实验试剂成本低等优点，已广泛应用于生物、医药等领域的分离检测。
毛细管电泳技术是现代分离科学中必不可少的重要内容。
二、实验目的1．了解CZE分离的基本原理。
2．了解毛细管电泳仪的基本构造，掌握其基本操作技术。
3．学会计算CZE的重要参数。
4．运用CZE分离硝基苯酚异构体。
三、实验原理毛细管电泳是指以毛细管为通道、以高压直流电场为驱动力的一类液相分离分析技术。
毛细管区带电泳是最常用的一种毛细管电泳分离模式，它是根据被分离物质在毛细管中的迁移速度不同进行分离。
毛细管电泳分离分析装置如图1所示。
被分离物质在毛细管中的迁移速度决定于电渗淌度和该物质自身的电泳淌度。
一定介质中的带电离子在直流电场作用下的定向运动称为电泳。
单位电场下的电泳速度称为电泳淌度或电泳迁移率。
电泳速度的大小与电场强度、介质特性、离子的有效电荷及其大小和形状有关。
电渗是伴随电泳而产生的一种电动现象。
就毛细管区带电泳而言，电渗是指毛细管中电解质溶液在外加直流电场作用下的整体定向移动。
电渗起因于固液界面形成的双电层。
用熔融石英拉制成的毛细管，其内壁表面存在弱酸性的硅羟基，当毛细管中存在一定pH值的缓冲液时，硅羟基发生电离，在毛细管内壁形成带负电荷的“定域电荷”。
根据电中性的要求，“定域电荷”吸引缓冲液中的反号离子（阳离子）形成双电层。
在直流电场作用下双电层中的水合阳离子向负极迁移，并通过碰撞等作用给溶剂施加单向推力，使之通向运动，形成电渗。
单位电场下的电渗速度称为电渗淌度。
电渗速度与毛细管中电解质溶液的介电常数和粘度、双电层的 电势以及外加直流电场强度有关。
若同时含有阳离子、阴离子和中性分子的样品溶液在正极端引入毛细管后，在外加直流电场的作用下，样品组分在毛细管中的迁移情况如图2所示。
毛细管区带电泳
毛细管区带电泳的定义
区带电泳的分离原理
区带电泳的操作条件
毛细管区带电泳的应用
毛细管区带电泳的定义
＊毛细管区带电泳（capillary zone electrophoresis）：
也称为毛细管区带电泳自由溶液电泳，是毛细管电泳最基本
基于试样组分质荷比的差异。
＊毛细管区带电泳的分离对象：
特别适合分离带电化合物，包括 无机阴离子、无机阳离子、有机酸、胺类化合物、氨基酸、蛋白质等，不能 分离中性化合物。
毛细管区带电泳的分离原理
＊溶质中具有不同质荷比的带 电粒子在电渗流的作用下流出 速度的差异，达到分离。
＊溶质的流出顺序：阳离子> 中性粒子>阴离子
＊质荷比越大的粒子流出上网 速度越快。
2.手性添加剂
手性冠醚、环糊精的加入可以实现对光学异构体的手性拆分。
3.添加高分子非电解物质
高分子添加剂的加入可以形成分子或者特殊的局部结构，从而影响分离 过程，如纤维素、聚乙烯醇、多糖等。
4.表面活性剂
表面活性剂具有增溶， 吸附形成胶束的功能。低浓 度的阳离子表面活性剂，能 在毛细管壁形成单层或者双 层吸附，改变电渗流的大小 甚至方向。必须说明的是， 加入的表面活性剂的浓度必 须小于其临界胶束浓度。
硼酸盐、三羟甲基氨基甲烷等缓冲溶液，因缓冲容量大，背景干扰小，经 常被作为缓冲溶液使用。
缓冲溶液的pH决定了弱电离试样的有效淌度，同时控制着电渗流的大小和 方向，一般通过实验来优化最佳pH值。
添加剂的种类及作用
1.中性盐
加入高浓度的中性盐，大量的阳离子争夺毛细管壁的负电荷从而降低管 壁对蛋白质的吸附。
capillaryzoneelectrophoresis毛细管区带电泳的定义区带电泳的分离原理区带电泳的操作条件毛细管区带电泳的应用毛细管区带电泳的定义毛细管区带电泳capillaryzoneelectrophoresis
毛细管电泳和毛细管电色谱
其他领域
毛细管电泳还应用于食品分析 、冶金、地质等领域，可用于 金属离子、矿物成分等的分离
和检测。
02 毛细管电泳技术
CHAPTER
进样技术
压力进样
通过施加压力使样品进 入毛细管，适用于大体
积样品。
电动进样
利用电场力驱动样品进 入毛细管，适用于低粘
电解质浓度
影响电场强度和离子迁移率。
温度
影响分子热运动和扩散系数。
毛细管材料和内壁处理
影响样品在毛细管内的吸附和分离效 果。
03 毛细管电泳实验
CHAPTER
实验流程
安装毛细管
选择合适的毛细管，将其插入 仪器，确保密封良好。
运行实验
设定合适的实验参数，如电压、 温度、检测波长等，开始实验。
准备毛细管电泳仪
进系统
用于将样品注入到毛细管中。
实验材料
毛细管
具有微米级内径的玻璃或石英管，是电泳的分离通道。
电解质溶液
用于提供电泳所需的离子环境。
样品
待测物质，需进行适当预处理。
清洗液
用于清洗毛细管和仪器，保持实验的准确性。
04 毛细管电色谱简介
CHAPTER
定义与原理
定义
毛细管电色谱（CEC）是一种将高效电泳分离与高效液相色谱的固定相相结合 的分离技术。
亲和电泳
利用特异性亲和作用进行分离 ，如抗体-抗原、酶-抑制剂等
。
检测方法
紫外可见光谱
利用紫外可见光谱检测分离出的组分。
电化学检测
利用电化学方法对分离出的组分进行检测。
荧光检测
利用荧光物质标记待测组分，通过荧光信号 进行检测。
毛细管电泳
毛细管电泳科技名词定义中文名称：毛细管电泳英文名称：capillary electrophoresis;CE定义1：以毛细管为分离通道、高压电场为驱动力的电泳分离分析法。
包括毛细管自由流动电泳、毛细管区带电泳等。
应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；方法与技术（二级学科）定义2：以毛细管为分离通道、高压电场为驱动力的电泳分离分析法。
包括毛细管自由流动电泳、毛细管区带电泳、毛细管等电聚焦等。
应用学科：细胞生物学（一级学科）；细胞生物学技术（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE）又称高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis，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液相分离技术。
毛细管电泳实际上包含电泳、色谱及其交叉内容，它使分析化学得以从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。
长期困扰我们的生物大分子如蛋白质的分离分析也因此有了新的转机。
目录基础理论双电层Zeta 电势淌度、绝对淌度和有效淌度电渗、电渗流和表观淌度分类特点仪器系统影响分离因素缓冲液pH值分离电压温度添加剂进样测定药物与蛋白结合常数质谱联用微全分析系统应用综述CE在药物制剂分析中的应用CE在药物杂质检查中的应用CE在中药分析中的应用CE在手性药物分析中的应用生物样本中的药物及其代谢产物分析展望基础理论双电层Zeta 电势淌度、绝对淌度和有效淌度电渗、电渗流和表观淌度分类特点仪器系统影响分离因素缓冲液pH值分离电压温度添加剂进样测定药物与蛋白结合常数质谱联用微全分析系统应用综述CE在药物制剂分析中的应用CE在药物杂质检查中的应用CE在中药分析中的应用CE在手性药物分析中的应用生物样本中的药物及其代谢产物分析展望展开编辑本段基础理论双电层双电层是指两相之间的分离表面由相对固定和游离的两部分离子组成的与表面异号的离子层，凡是浸没在液体中的界面都会产生双电层。
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。
色谱分析法第九章 毛细管电泳法简介-精品文档
5)CGE中使用改性剂
9.5.4毛细管等电聚焦(CIEF) 1)毛细管等电聚焦原理
毛细管等电聚焦属于毛细管电泳中的一种聚焦技术类型，其溶
质通常是蛋白质，分离基于蛋白质等电点(PI)的差异。毛细管内充 满两性电解质和蛋白质溶液，加上一个电场，在毛细管中产生一个
pH梯度。各种蛋白质因为它们的等电点不同，而在毛细管内聚焦为
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
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色谱分析法
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1)电渗流的作用 2)电渗流的产生
图9.8 电渗流的产生
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图9.9 不同驱动力的流型和相应的谱带峰形 3)电渗流的速度和迁移率 (1)电场强度
(2)缓冲液的pH值
子的尺寸和离子所带电荷的大小和符号。
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色谱分析法
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图9.1 毛细管电泳示意图 9.1.2区带电泳 9.1.3引起区带扩散的因素 9.1.4管的直径对对流扩散的影响
9.1.5介质中的电泳
9.1.6毛细管电泳
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色谱分析法
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9.2毛细管电泳体系 9.2.1概述 从概念上来讲，毛细管电泳体系比较简单。如图9.2所示，其 主要组成有样品池、入口池、出口池、毛细管、检测器、高压电 源、数字结果处理设备，如一台分析仪或一台计算机。
许多狭小的区带。毛细管内的溶液在动力作用下通过检测器而产生 电泳图。
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2)毛细管内形成pH梯度 3)等电聚焦
图9.13 CIEF分离机理示意图
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
4
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
1
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。
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＊溶质的流出顺序：阳离子> 中性粒子>阴离子
＊质荷比越大的粒子流出上网 速度越快。
区带电泳的操作条件 ＊选择缓冲溶液的类型 ＊改变溶液的离子强度
＊改变pH值 ＊加入加剂
缓冲溶液、离子强度、pH影响电渗流的大小和方向，决 定区带电泳的柱效、选择性以及分离度和分离时间。
缓冲溶液的选择应遵循的要求：
毛细管区带电泳的应用
区带电泳的应用与发展
＊ 新技术的应用比如衍生化法使得区带电泳能分离的 物质的范围得以拓展。
＊ 区带电泳与其他仪器的连用能使得其定性 定量可靠性提高。
毛细管区带电泳
（capillary zone electrophoresis）
毛细管区带电泳的定义
区带电泳的分离原理
区带电泳的操作条件
毛细管区带电泳的应用
毛细管区带电泳的定义
＊毛细管区带电泳（capillary zone electrophoresis）：
也称为毛细管区带电泳自由溶液电泳，是毛细管电泳最基本，应用最广泛的 一种分离模式。
＊毛细管区带电泳的分离依据：
基于试样组分质荷比的差异。
＊毛细管区带电泳的分离对象：
特别适合分离带电化合物，包括 无机阴离子、无机阳离子、有机酸、胺类化合物、氨基酸、蛋白质等，不能 分离中性化合物。
毛细管区带电泳的分离原理
＊溶质中具有不同质荷比的带 电粒子在电渗流的作用下流出 速度的差异，达到分离。
1.中性盐
加入高浓度的中性盐，大量的阳离子争夺毛细管壁的负电荷从而降低管 壁对蛋白质的吸附。
2.手性添加剂
手性冠醚、环糊精的加入可以实现对光学异构体的手性拆分。
3.添加高分子非电解物质
高分子添加剂的加入可以形成分子或者特殊的局部结构，从而影响分离 过程，如纤维素、聚乙烯醇、多糖等。
4.表面活性剂
表面活性剂具有增溶， 吸附形成胶束的功能。低浓 度的阳离子表面活性剂，能 在毛细管壁形成单层或者双 层吸附，改变电渗流的大小 甚至方向。必须说明的是， 加入的表面活性剂的浓度必 须小于其临界胶束浓度。
（1）在所选的pH范围内有合适的缓冲容量。 （2）本底的响应值低。
（3）自身的淌度要低，离子大而带电小。
硼酸盐、三羟甲基氨基甲烷等缓冲溶液，因缓冲容量大，背景干扰小，经 常被作为缓冲溶液使用。
缓冲溶液的pH决定了弱电离试样的有效淌度，同时控制着电渗流的大小和 方向，一般通过实验来优化最佳pH值。
添加剂的种类及作用