毛细管电泳技术的原理及应用
毛细管等速电泳
将毛细管等速电泳应用于食品安全检测，如食品添加剂、农药残 留和毒素检测等的分离机制，以提高毛细管等速电泳的分离效果和效 率。
联用技术
将毛细管等速电泳与其他分析技术联用，如质谱、光谱等，以提高 检测灵敏度和准确性。
微型化与便携化
研究开发微型化和便携化的毛细管等速电泳设备，以满足现场快速检 测的需求。
毛细管等速电泳
目录 CONTENT
• 毛细管等速电泳简介 • 毛细管等速电泳实验技术 • 毛细管等速电泳在生物医学中的
应用 • 毛细管等速电泳的优缺点 • 毛细管等速电泳的未来发展
01
毛细管等速电泳简介
定义与原理
定义
毛细管等速电泳是一种利用电场 对带电粒子进行分离的电泳技术 。
原理
在毛细管中施加直流电场，带电 粒子在电场的作用下以不同的速 度进行迁移，通过不同时间到达 检测器，从而实现分离。
标准品
用于校准和验证实验结果。
实验步骤
准备毛细管和电解质溶液。
01
打开电泳仪电源，设置实验参数，如电压 、电流和温度等。
03
02
将毛细管连接到电泳仪上，并确保密封良好 。
04
注入电解质溶液和标准品，开始电泳分离 。
通过检测器检测带电分子，记录数据。
05
06
分析数据，得出结论。
03
毛细管等速电泳在生物医 学中的应用
高效进样技术
优化进样技术，减少样品在毛细管内的扩散和稀 释，提高检测灵敏度和准确性。
自动化与智能化
实现毛细管等速电泳的自动化和智能化，提高分 析速度和降低人工操作误差。
应用拓展
环境监测
将毛细管等速电泳应用于环境监测领域，如水质分析、土壤重金 属检测等。
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。
20世纪30－40年代 蒂塞利乌斯 (A.W.K.Tiselius） 建立了移动界面电泳，将电泳发 展成分离技术 获得1948年诺贝尔化学奖
实验中，只发生电泳时有效淌度
μef =υef ﹒ (L /V) =( l / tm )﹒(L /V)
毛细管有效长度
迁移时间 毛毛细管细电泳管法 总长度
电压
2 电泳和电渗
电渗
与固液界面的双电层有着密切的关系
在毛细管壁双电层的扩散层中的阳离子，相对于毛 细管壁的负电荷表面，形成一个圆筒形的阳离子鞘， 在电场作用下，溶剂化了的阳离子，沿滑动面与紧 密层作相对运动，携带着溶剂一起向阴极迁移，便 形成了电渗流（electroosmotic flow , EOF）。
1981年 J.W.Jorgenson,K.D.Lukacs实验上和理论 上为毛细管电泳的发展奠定了基础。 上一世纪后二十多年分析化学领域中发展最迅速的分离 分析方法。
主要内容
毛细管电泳的原理 分离模式 进样与检测 毛细管电泳的应用
一 毛细管电泳的原理
1 装置
电极 缓冲液
毛细管
数据处理
毛细管电泳法
2 电泳和电渗
µeo正比于Zeta电势和介质的 介电常数
改变电渗流的方法
反比于介质的黏度
Zeta电势正比于双电层厚度 和界面有效电荷密度
1. 改变外加径向电场
反比于介质的介电常数
2. 改变缓冲液成分和浓度
Zeta电势
3. 改变缓冲液pH 4. 加入添加剂
§4.5毛细管电泳
电渗淌度与硅氧层表面的电荷密度成正比，与离子 强度的平方根成反比。在低pH条件下，硅氧层形 成分子（Si-OH），因而减少了表面电荷密度，故 电渗速度减小。如在pH 9的硼砂缓冲液中电渗速 度约2 mm s-1，而在pH 3介质中电渗速度减小约一 个数量级。影响电渗的一个重要因素是毛细管中因 电流作用产生的焦耳热，能使得柱中心的温度高于
app ep eo
根据以上的讨论，带正电荷的离子的μep＞0，μeo＞0， 故μapp总是为正号，离子向阴极移动；而带负电荷 的离子受电泳流的影响被阴极排斥，μep＜0，在高 pH条件下，若μeo＞μep，μapp仍为正号，离子仍然可 向阴极移动，但在低pH条件下，μapp可为负号，离 子将向反方向移动。此时必须改变电场方向，方可
0.5psi)附近。
进样时间的取值在1～5s之间，有时可超过60s。利 用压缩空气如钢瓶气可以实现正压进样，并能和毛 细管清洗系统共享，多为商品仪器采用。负压进样 需要特别精密的控制设计，容易因泄露等原因出现 不重复进样。正、负压进样都需要密封技术。压力 进样没有进样歧视现象，但选择性差，样品及其背
电渗流的另一个特点是可以使几乎所有的样品组分 不管带电不带电、电荷大小、带负电还是带正电都 以同样的方向移动。各自组分在毛细管中的流出时 间（迁移时间）取决于电渗流速度和组分电泳速度 的矢量和。在一般情况下，电渗流方向从阳极到阴 极，且电渗速度大于电泳速度，所以阴离子（除无 机离子）也在阴极流出。因此，合理地利用电渗流 可以使阳离子、中性分子、阴离子实现同时分离分 析。
电动进样对毛细管内的填充介质没有特别限制， 属普适性方法，可实现完全自动化操作，也是商 品仪器必备的进样方法。不过电动进样对离子组 分存在进样偏向，即迁移速度大者多进，小者少 进或不进，这就是所谓的进样歧视现象，这种现
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
毛细管电泳测序原理
毛细管电泳测序原理毛细管电泳测序是一种基于DNA片段长度差异的测序技术，其原理是利用毛细管电泳分离DNA片段，并根据片段移动速度的差异确定序列信息。
首先，需要通过PCR扩增得到目标DNA片段。
PCR是一种体外DNA扩增技术，通过DNA聚合酶的作用，将目标DNA序列扩增至足够数量，以便进行下一步的测序分析。
接下来，将PCR产物加入到含有聚合物的毛细管内，并施加电场。
在电场的作用下，DNA片段会被吸附在毛细管内壁上，并形成一个移动带。
然后，施加电场，并在毛细管两端连接电源，使得电场通过毛细管内的DNA移动带。
不同长度的DNA片段根据其分子量不同，会以不同的速度移动，分离出DNA片段。
在这个过程中，由于DNA片段的质荷比不同，所以在电泳过程中会出现DNA 片段的离子机流效应。
DNA片段的离子机流速度与其质量成反比，因此，越长的DNA片段离子机流速度越慢。
当DNA片段离子机流速度相等时，移动速度以及移动距离的大小就取决于DNA 片段的长度。
因此，通过观察移动带的长度，可以确定DNA片段的长度信息。
为了准确测序，通常还需要将目标DNA分成四份，并分别加入四种带有荧光标记的特异性引物。
这些引物会与目标DNA片段互补配对，并在DNA扩增过程中，序列确定位置为反应产物的末端，引物上的荧光标记用于定位。
接下来，将四种标记的引物混合加入PCR反应混合液中，并进行PCR扩增。
在扩增过程中，引物会进行无模板扩增，因此会得到四种不同长度的扩增产物。
随后，将PCR产物经过毛细管电泳分离，根据DNA片段长度的差异，可以将这些扩增产物分离开来，并观察每一带的荧光信号的顺序。
通过分析荧光信号的顺序，可以得到DNA序列的信息。
由于每一个碱基都分别用不同的荧光色标标记，因此可以通过观察荧光信号的顺序获取DNA序列。
毛细管电泳测序的优点是测序速度快、准确度高，可以同时进行多个样品的测序。
毛细管电泳测序仪器相对简单，操作方便，适用于中小型实验室。
毛细管电泳
•
CE开始主要用于蛋白质，多肽的分析,以 后逐渐被广泛应用于生物，化学，医药， 环保等领域。它具有分离效率高，分析速 度快，样品及试剂用量少,洁净无污染等特 点,和HPLC(高效液相色谱法)成为分析化学 中互补的技术。随着生命科学的发展，毛 细管电泳技术也有了广阔的发展空间.目前， 不同分离模式的毛细管电泳技术正成为最 重要的生物样品分离分析手段。
二.毛细管电泳基本原理
1.基本概念
有效长度 (Ld, cm)
迁移时间 (tm min)
毛细管的入口端到检测器窗口的距离；
带电粒子在电场作用下做定向移动的时间；
电泳速度（Ue cm/s） 在单位时间内，带电粒子在毛细管中定向 移动的距离； 电场强度(E V/cm) 在给定长度毛细管的两端施加一个电场后 所形成的电效应的强度；
tm = Lt2/UV
其中， U = Ue/Ueo
可见，在毛细管长度一定，某时刻电压 相同的条件下，迁移时间决定于电泳速 度Ue和电渗流速度Ueo,而两者均随组分 的不同荷质比而异;所以，基于荷质比 的差异就可以实现组分的分离。
Lt---有效长度 V---施加电压 U---溶质总流速 Ue---电泳速度 Ueo---电渗流速度
电泳仪工作示意图
三.毛细管电泳的分离模式
毛细管电泳有多种分离模式，给样品分离提供了不同的 选择机会.根据分离原理可分为:
毛细管区带电泳
毛细管凝胶电泳 CE 胶束电动力学毛细管色谱 毛细管等电聚焦电泳
毛细管区带电泳
毛细管区带电泳(CZE)也 称为自由溶液毛细管电泳, 是毛细管电泳中最简单， 应用最广泛的一种形式。 其分离机理在于：不同离子 按照各自表面电荷密度的差 异也即淌度的差异,以不同的 速度在电解质中移动,而实现 分离。当然，中性物质的淌 度差为零,所以不能以这种形 式分离。
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.。
毛细管电泳仪的原理
毛细管电泳仪的原理
毛细管电泳仪（capillary electrophoresis，CE）是一种电泳技术，它利用电场对生物分子进行分离和分析。
它是由美国科学家 A.J.P. Martin在20世纪80年代中期发展而来的，已被广泛应用于生物化学，分子生物学，分析化学，环境科学，药物学和其他科学领域。
毛细管电泳仪的基本原理是将样品放入毛细管中，然后把毛细管放置在一个电极板上，当电极板上的电极产生电场时，样品就会沿着电场线移动并分离。
毛细管的直径很小，介质的库仑数也比较低，这就使得电泳过程中离子的移动更快，分离效率更高。
毛细管电泳仪还具有众多优点，比如快速、灵敏、准确、简单等。
它能够实现快速、灵敏的分离，分离效率高达99.5%；它可以分离各种大小的生物分子，甚至可以分离蛋白质；它能够检测和分析复杂的样品；它也可以分析有机溶剂中的有机酸，如乙酸和丙酸；它还可以分析有机物的各种复杂分子，如芳烃和芳香族烃。
由于毛细管电泳仪的优势，它在医学、科学研究等领域得到了广泛的应用，在诊断疾病，研究蛋白质，检测抗体等方面都取得了巨大的成功。
它是一种高效、灵敏、准确的技术，也是一种经济而又可靠的方式，能够实现高通量的分析。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
毛细管电泳技术的原理及应用毛细管电泳技术（capillary electrophoresis, CE）是一种基于分
子运动速度和电荷的分离技术，它可以对极为细微和复杂的样品
进行非常快速、高效、高分辨率的分离，因此在生命科学、医学、环境监测以及法医鉴定等领域得到了广泛应用。
CE技术的基本原理是，将带电的分析物经过一定长度的毛细
管中运动，然后按照分子电荷大小、分子尺寸、形状、亲水性等
物理化学性质，在电场作用下发生运动，进而得到不同的分离柱
上电泳峰。
因此，CE技术具有以下几个特点：
1.高分辨率：CE技术是基于分子各自的电荷和分子体积来实现分离的，与传统的凝胶电泳、色谱等技术相比，具有更高的分离
能力和更高的分辨率。
可以分离出一些极为相似化学性质的化合物，如绝对立体异构体、各种同分异构体、杂环化合物、天然产
物等。
2.快速分离：CE技术分离速度快，通常只需要数分钟至数小时内就可以完成。
3.微量样品：CE技术只需要微量的样品，通常在纳升至皮克摩
尔级别内，可以大幅节省样品量，减少开支。
4.广泛应用：CE技术可以广泛用于生命科学、医学、药学、环
境系、农业等多种领域，如蛋白质分离、核酸分离、药物分析、
糖类分析、环境监测等。
应用领域1：分离和鉴定生化大分子
生命科学领域对生化大分子（如蛋白质和核酸）的检测、分离
和鉴定，起着极其重要的作用。
传统方法往往采用相对陈旧的凝
胶电泳、高效液相色谱等方法，分离速度慢、分辨率低、相对而
言较为复杂。
而毛细管电泳克服了这一问题，可以在很多底物条
件下，将生化大分子在极短的时间内分离出来。
应用领域2：药物分析
随着社会不断进步，人们对药物质量越来越重视。
毛细管电泳
技术的使用就可以大大提高药品的品质。
它可以轻易地实现活性
成分的分离和标准控制的设置，确保了药品的控制和定量性准确。
应用领域3：环境监测
环境监测是社会上一个越来越受到重视、越来越重要的领域。
CE技术在环境监测上，可以对空气污染、水污染分子和有害物质的检测、鉴定等方面发挥重要作用。
结语
毛细管电泳技术的应用范围很广，这仅仅是一些简单的介绍。
如果想要想要进一步深入了解这些课题的相关领域，就可以翻阅相关文献以扩大知识和了解相关信息。