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；
毛细管电泳分离技术资料
毛细管电泳检测器
❖ 由于样品区带在高压电场作用下，迁移速度 较快，因此，CE要求所用的检测器必须具有 很快的响应速度和很高的灵敏度。 常用的检测器有：
❖ 光学检测器（紫外检测器和荧光检测器） ❖ 电化学检测器 ❖ 质谱检测器 ❖ 核磁共振检测器
紫外检测器
根据比耳定律，光度测量值A与吸收光呈成正比。 一般检测中，检测最大光程是用毛细管内径，而毛
汇报结束
谢谢大家! 请各位批评指正
介质条件
介质条件除缓冲溶液及pH值等条件外，为了提 高分离的选择性，常常在缓冲液中添加适量的表面 活性剂，或者使用非水溶剂。
基于环糊精(CD)的分子结构具有圆锥形的空腔、 可以形成“包络物”的特性，在胶束电动毛细管色 谱分离法(MECC)中，常在含有十二烷基硫酸钠 (SDS)胶束的电泳缓冲液中，加入一定浓度的环糊 精，使待分离的组分在水相、SDS胶束相和环糊精 中进行分配。由于不同溶质分子或荷电质点的分配 不同，在电泳力和电渗力的驱动下，将以不同的速 度在毛细管中迁移，以获得更好的分离效果。
二、毛细管电泳基本原理
CE是以高压电场为驱动力。以毛细管为分离通 道，依据样品中各组成之间淌度和分配行为上的差 异，而实现分离的一类液相分离技术。
仪器装置包括高压电源、毛细管、柱上检测器 和供毛细管两端插入又和电源相连的两个缓冲液贮 瓶，在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以 不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象称电 泳。
❖ 然后再将试样溶液换成缓冲液，电泳即可进行。改 变进样电压和进样时间，便可改变进样量。
（二）流体动力学进样
流体动力学进样：也称虹吸进样、重力进样和压差 进样。
➢ 将毛细管插入试样溶液容器，通过进样端加压，或 调节进样端试样溶液液面高于出口端缓冲液液面高 度，利用虹吸现象，试样在压力差作用下进入毛细 管进样端，再把进样端放回缓冲液液槽中，进行电 泳。
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。
高效毛细管电泳分离模式
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，并以同一速度移动。 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度等速向阳极前进，逐渐形成各自独立的区带而分离。阴极进样，阳极检测。
五、毛细管等速电泳 capillary isotachophoresis ，CITP
色谱与电泳分离模式的结合。
电泳流和电渗流的方向相反，且ν电渗流 > ν电泳 ，负电胶束以较慢的速度向负极移动；
02
03
04
根据等电点差别分离生物大分子的高分辨率电泳技术；
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；
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步升高的pH梯度；
3. 不同离子的淌度不同，所形成区带的电场强度不同(ν=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； 4. 特点：界面明显，富集、浓缩作用；
毛细管Байду номын сангаас电聚焦
05
capillary isoelectric focusing，CIEF
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；
阳极端装稀磷酸溶液，阴极端装稀NaOH溶液； 加压将毛细管内分离后的溶液推出经过检测器检测； 电渗流在CIEF中不利，应消除或减小。
五、毛细管等速电泳 capillary isotachophoresis ，CITP
色谱与电泳分离模式的结合。
电泳流和电渗流的方向相反，且ν电渗流 > ν电泳 ，负电胶束以较慢的速度向负极移动；
02
03
04
根据等电点差别分离生物大分子的高分辨率电泳技术；
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；
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步升高的pH梯度；
3. 不同离子的淌度不同，所形成区带的电场强度不同(ν=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； 4. 特点：界面明显，富集、浓缩作用；
毛细管Байду номын сангаас电聚焦
05
capillary isoelectric focusing，CIEF
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；
阳极端装稀磷酸溶液，阴极端装稀NaOH溶液； 加压将毛细管内分离后的溶液推出经过检测器检测； 电渗流在CIEF中不利，应消除或减小。
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
第三章毛细管电泳分离技术
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
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
毛细管电泳课件
一、离子分析 阳离子
阴离子
高效毛细管电泳在药物研发中的应用
二、手性化合物分析
手性药物的对映体在生物体内因 为立体选择性，将作为不同的分 子加以识别。导致具有各自的药 理活性和毒性。
例如：R-反应停是安眠药，S-式 致胎儿畸形；
常用手性选择剂：环糊精及其衍生 物；手性冠醚；手性表面活性剂 （氨基酸衍生物、胆酸钠、牛磺脱 氧胆酸及其钠盐、低聚糖等天然手 性表面活性剂）
高效毛细管电泳在药物研发中的应用
四、临床应用和食品安全检查
毛细管电泳法测定微量清蛋白/肌酐( Alb/Cr) 比值，用于诊断糖尿病肾病
[2] 赵绍林, 吴惠毅, 吉艳等,高效毛细管电泳法同时测定尿液清蛋白和肌酐 [J].临床检验杂志,2007,25(5):338-340.
高效毛细管电泳在药物研发中的应用
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；高效ຫໍສະໝຸດ 细管电泳特点及分离模式高效
快速
微量
自动化 低成本
细菌脂多糖和蛋白聚糖测定
毛细管电泳测定Escherichia coli K4 脂多糖（LPS）
[1].Odile FR, Donatella C, Mario DR. High-performance CE of Escherichia coli K4 cell surface polysaccharides [J]. Electrophoresis 2009, 30:3877–3883. [2]. Nicola Volpi, Francesca M , Jiraporn S. Electrophoresis for the analysis of heparinpurity and quality[J]. Electrophoresis,2012, 33:1531–1537.
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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 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
（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。
1、毛细管区带电泳(CZE)
毛细管区带电泳(capillary zone
electrophoresis,CZE)
是毛细管电泳中最基本的操作模式，应用最广泛，是
其它操作模式的母体。
分离原理：由于各组分间荷质比的差异，混合组分处
在背景电解质溶液中，在外加电场作用下便获得分离，
即CZE是基于溶质的湍度差异进行分离的。
4、毛细管等电聚焦(CIEF)
CIEF：是建立在不同蛋白质或多肽之间等电点差异基础上的 分离方法。分离两性电解质，分辨率高（区分0.01 pH ）。 蛋白质的等电点（PI）：指蛋白质的分子的表观电荷数为零时 的pH值。 方法是按进样——等电聚焦——检测三步进行
蛋白质与两 蛋白质与两性 溶液混合进样 性溶液混合
电泳湍度 毛细管有效长度 1、分离效率 柱效可用理论塔板数n表示 电渗湍度
毛细管电泳分离柱效方程式
两端电压
N
l2 2 Dt
a p p V
2D
l L
e eo V
2D
毛细管总长度
l L
溶质扩散系数
理论塔板高
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
组分迁移时间
峰底宽度
（三）区带宽度及展宽因素
1、各组分都有相近的空间宽度 毛细管电泳里有电渗流，泳动是平头的， 几乎不扩散，不管什么时间测峰，区带宽 度几乎是相等的，这跟液相色谱是不一样 的。
2、区带宽度展宽因素
毛细管电泳分离中，各组分区带因各自的电迁移速 度不同而被分离，同时在迁移过程中也会发生区带 展宽，影响迁移速度相近物质间的分离。
一、毛细管电泳的进样技术
毛细管内径小于100μm时，注射器进样比较 困难。 （一）电动进样
（二）流体动力学进样
（一）电动进样
三 步：
• 毛细管的进样端插入装有试样溶液的试样管中，试
样管中插入电极，
• 与检测段的缓冲液间施加进样电压，并维持一定时
间，试样溶液在电泳和电渗流作用下进入毛细管，
• 然后再将试样溶液换成缓冲液，电泳即可进行。改 变进样电压和进样时间，便可改变进样量。
溶液的粘度(动力学的)，Rs是离子的有效半径(包括溶剂化层)
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。
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。
电渗流的产生
• 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 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。
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
ve
Q f V L
QV 6 R s L
注： Q－离子所带的净电荷；f－Stokes阻力系数。η是缓冲
团聚集形成胶束，基于各组分溶质在水相和胶束之间的分
配系数不同，而获得分离。
不仅能分离离子化合物，还能分离中性化合物。
分离过程：在电场作用下，体相溶液在EOF带动 下流向阴极，表面带负电荷的胶束泳动方向与 EOF方向相反，一般EOF速度大于胶束泳动速度， 因此胶束净迁移向阴极。溶质在流速大的体相水 溶液和流速相对较缓慢的假固定相胶束间进行分 配。
紫外检测器
根据比耳定律，光度测量值A与吸收光程成正比。
一般检测中，检测最大光程是用毛细管内径，而
毛细管内径增大受焦耳热影响的制约，因此采用
细内径毛细管柱时，测量灵敏度受到限制。
第四节
毛细管电泳技术的应用研 究进展
毛细管电泳技术的特点 特点
类别
速度
分辨率 灵敏性
快速，可于几分钟内完成复杂成分的分离
高压电源可对毛细管施加5~50 kV电压，操作电 压一般控制在5~30 kV范围。
CE通常使用内径10~100 μm、长12~120 cm (内 涂聚酰亚胺) 弹性融凝石英毛细管，毛细管的两 端分别浸泡在含有缓冲溶液的贮液槽中，毛细管 内也充满同样的缓冲溶液。
被分离试样可以采用流体动力学进样和电动进样 方式由毛细管一端进入。
2、胶束电动毛细管电泳(MECC)
胶束电动毛细管电泳（micellar eletrokinetic capillary chromatography,MECC）是以胶束为假定固定相的一 种电动色谱，是电泳技术和色谱技术的结合。
它是在电泳缓冲溶液中加入高于胶束临界浓度（CMC）
的表面活性剂，如十二烷基硫酸钠（SDS），其疏水基
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
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
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 。
带展宽有限，分辨率高 检测下限低，灵敏性高
进样体积
检测方式
进样体积小，毫微升
可使用多种检测器
自动化方面 自动化程度高，进样、分析及数据处理自动化
毛细管电泳技术的应用
（一）糖类的分离与分析 （二）在天然中草药分析领域中的应用 （三）在基因工程研究方面的应用 （四）单细胞分析 （五）手性分离 （六）小分子离子分析
（二）流体动力学进样
流体动力学进样：也称虹吸进样、重力进样和压差
进样。
将毛细管插入试样溶液容器，通过进样端加压，或
调节进样端试样溶液液面高于出口端缓冲液液面高
度，利用虹吸现象，试样在压力差作用下进入毛细
管进样端，再把进样端放回缓冲液液槽中，进行电
泳。
二、毛细管电泳检测器
• 由于样品区带在高压电场作用下，迁移速 度较快，因此，CE要求所用的检测器必须 具有很快的响应速度和很高的灵敏度。 • 光学检测器（紫外检测器和荧光检测器） • 电化学检测器 • 质谱检测器 • 核磁共振检测器
2、分离度
电泳中两峰的分离度，也称分辨率，它表明湍度相 近的组分分开的能力，可表达为（和哪些因素有关）：
Rs (n / 4) ( / 平 )
1/ 2
柱效 相邻两区带的迁移速度差 两者的平均速度
/ 平
表示分离的选择性
分离度计算式（具体如何计算）:
Rs 2(tm2 tm1 ) /(W1 W2 )
电泳峰的半高峰宽
毛细管电泳分离柱效方程式
N
l2 2 Dt
a p p V
2D
l L
e eo V
2D
l 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。
界面电动势
eo
4
介质的粘度
veo eo E
E 4
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。
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。
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 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。
注：电渗流的速度 为泳流的若5-7倍
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：
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：
(二)分离效率和分离度
毛细管凝胶电泳优缺点
优点：1、毛细管凝胶电泳分离度极高。电泳技术 和平板凝胶电泳的结合。 2、电泳峰尖锐，柱效极高。凝胶黏度大， 抗对流，溶质扩散减少，限制了谱带展宽。 3、组分在短柱上能有极好的分离。溶质与 凝胶可形成络合物，增加了分离度，防止了