第8节 高效毛细管电泳理论基础
《毛细管电泳原理》课件
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
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。
202X 添加副标题
毛细管电泳
目录
一、概述-毛细管和电泳技术
+
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
第二章 高效毛细管电泳
毛细管电泳的发展过程
六十年代中期：瑞典科学家Hjerten 首先提出了毛细管区 带电泳（CZE）的方法，被看作毛细管电泳的起点。
1979年：Mikkers等用200μmID的聚四氟乙烯管为分离通 道，获得了很高的分离效率。
1981年：Jorgenson和Lukacs 用75μmID的熔融毛细管做 CZE，在30KV电压下产生了4×105片/m的效率，成为毛细 管电泳发展史上的里程碑。
生物化学家蒂塞利乌斯
A.W.K.蒂塞利乌斯
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius
(1902－1971）
蒂塞利乌斯1925年从事胶体溶液中悬浮蛋白质的电泳分离研究。 曾自制超速离心机测定蛋白质分子的大小和形状,并与斯韦德贝里 合作发表了第一篇论文,报道了测定蛋白质淌度的新方法。1930年他 进一步改进实验手段和装置,发表了关于色谱法和吸附的论文。1935 年改建原有电泳装置,发展了区带电泳法,大大提高了效率和分辨率。 1940年他用自己设计的新电泳装置成功地分离了血清中蛋白质的4 个组分,分别命名为:白蛋白α、β、γ和球蛋白。该法迅速应用于分离 和鉴定各种复杂蛋白质及其他天然物质的混合物的组成。他因对电 泳分析和吸附方法的研究,特别是发现了血清蛋白的组分而获得1948 年诺贝尔化学奖。
例1. SDS-PAGE测定蛋白质分子量
剥胶与染色 电泳结束后，关闭电源开关，从电泳槽中取
下凝胶板并卸下硅胶框，用带细长针头的注射器 吸满蒸馏水，将针头插入凝胶与玻板之间，沿玻 板缓缓移动，并缓缓将蒸馏水注人，最后注入少 量空气，取出针头，将两玻板轻轻揭开后即可取 出凝胶板，将之置培养皿中，冲洗胶面后，加入 染色液，染色5h或过夜。
光聚合：核黄素为催化剂(阳光,日光)，制大孔胶。
高效毛细管电泳实验
高效毛细管电泳实验一、实验目的1. 进一步理解毛细管电泳的基本原理；2. 熟悉毛细管电泳仪器的构成；3. 了解影响毛细管电泳分离的主要操作参数。
二、实验原理1．电泳淌度毛细管电泳（CE ）是以电渗流 (EOF)为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一种液相微分离技术。
离子在自由溶液中的迁移速率可以表示为：ν = μE （1）r 6q πημ= （2）式中ν是离子迁移速率，μ为电泳淌度，E 为电场强度。
η为介质粘度，r 为离子的流体动力学半径，q 为荷电量。
因此，离子的电泳淌度与其荷电量呈正比，与其半径及介质粘度呈反比。
2．电渗流和电渗淌度电渗流（EOF ）指毛细管内壁表面电荷所引起的管内液体的整体流动，来源于外加电场对管壁溶液双电层的作用。
在水溶液中多数固体表面根据材料性质的不同带有过剩的负电荷或正电荷。
就石英毛细管而言，表面的硅羟基在pH 大于3以后就发生明显的解离，使表面带有负电荷。
为了达到电荷平衡，溶液中的正离子就会聚集在表面附近，从而形成所谓双电层，如图1所示。
这样，双电层与管壁之间就会产生一个电位差，叫做Zeta 电势。
但毛细管两端施加一个电压时，组成扩散层的阳离子被吸引而向负极移动。
由于这些离子是溶剂化的，故将拖动毛细管中的体相溶液一起向负极运动，这便形成了电渗流。
电渗流的大小可用速率和淌度来表示：()E EOF ηεξν/=（3） 或者 ηεξμ/=EOF （4）式中νEOF 为电渗流速率，μEOF 为电渗淌度，ξ为Zeta 电势，ε为介电常数。
3．毛细管电泳的分离模式CE 有6种常用的分离模式，其中毛细管区带电泳（CZE ）、胶束电动毛细管色谱（MEKC ）和毛细管电色谱（CEC ）最为常用。
本实验的内容为CZE 。
4．毛细管电泳的基本参数CE 中的分析参数可以用色谱中类似的参数来描述，比如与色谱保留时间相对应的有迁移时间，定义为一种物质从进样口迁移到检测点所用的时间，迁移速率（ν）则是迁移距离（l ，即被分析物质从进样口迁移到检测点所经过的距离，又称毛细管的有效长度）与迁移时间（t ）之比：t l=ν （5）因为电场强度等于施加电压(V)与毛细管长度(L)之比：L VE = （6）就CE 的最简单的模式—毛细管区带电泳（CZE ）而言，结合式（1），可得：tV lL tE l a ==μ （7）在毛细管区带电泳(CZE ）条件下测得的淌度是电泳淌度与电渗流淌度的矢量和，我们称之为表观淌度μa ，即：EOF e a μμμ+= （8）实验中可以采用一种中性化合物，如二甲亚砜或丙酮等，来单独测定电渗流淌度，然后求得被分析物的有效淌度。
高效毛细管电泳
MECC是唯一既能分离中性溶质又能分离带电组分的CE 模式。采用表面活性剂(如十二烷基硫酸钠，SDS)在操 作缓冲液内形成有一疏水内核、外部带负电的胶束相。 利用溶质具有不同的疏水性，在水相和胶束相(准固定 相)间分配的差异得以分离。主要用于小分子、中性化 合物，手性对映体、各种药物等。
天马行空4官毛方细博客管：等http电://t.聚qq.焦com(/ctmaxpki_ldloacriny；isQoQe:1le31c8t2r4ic11f8o9；cuQsQin群g：，17C55I6E9F63)2 CIEF是用两性电解质在毛细管内建立pH梯度，使各种 具有不同等电点的蛋白质在电场作用下迁移到等电点 的位置，形成一非常窄的聚焦区带。已成功用于测定 蛋白质等电点，分离异构体或用其它方法难于分离的 蛋白质。
•
还可用于小分子(氨基酸、药物等)及离子(无机及有机离子等)，甚 至可分离各种颗粒(如硅胶颗粒等)。
四、CE的分离模式
1 毛细管区带电泳(capilary zone electrophoresis,CZE)
CZE的分离机理是基于各被分离物质的净电荷与质量比 (荷质比)间的差异。应用范围包括氨基酸、肽、蛋白、 离子分析、对映体拆分和很多其它离子态物质的分析。
五、 在农药分析中的应用
1. 定量分析研究 2. 在农药制剂和原药中有效成分的测定 3. 在农药中杂质的分离和测定 4. 手性农药分析
六、应用实例－ 毛细管电泳法研究提 取剂对黄连－黄柏共煎剂中生物碱含 量的影响
5.4 高效毛细管电泳
粒子在缓冲溶液中的迁移速度υep与电泳迁移μep（淌度）和 电场E成正比：
υep= μepE 淌度μep：单位电场强度下的平均电泳速度,取决于带电粒子 和介质两者的性质。
5. 带电粒子在CE中的迁移速率：
υ =（ υ电渗流+υ离子）
阳离子：和电渗方向一致，电泳速度与电渗速度之和。
一、毛细管区带电泳（CZE）
（一）分离原理
毛细管区带电泳也称为自由溶液溶液区带电泳, 这种 电泳模式的特征是整个系统都用同一种缓冲溶液充满，带 电粒子的迁移速度是电泳和电渗流速度的矢量和。
阳离子：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，随电渗流同行，在阳离子后 流出。但不同结构的中性分子无法相互分离。 阴离子：两种效应的运动方向相反，ν电渗流 >ν电泳,阴 离子在负极最后流出。
十二烷基三甲基氯化铵（DTAC）
16
十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）
15
十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）
3.5
十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）
0.92
•41
•42
三、毛细管凝胶电泳（CGE）
将聚丙烯酰胺等在毛细管柱内交联生成一个细长的网状 多孔凝胶，其具有多孔性，类似分子筛的作用。电荷/质量 比相等但大小不同的分子，在电场力的作用下发生迁移，其 运动速度受到凝胶网状结构的阻碍。大分子受到的阻力大， 移动速度慢，小分子受到的阻力小，移动速度快，从而使它 们得以分离。
特点： （1）进样不均：淌度大的离子比淌度小的进样量大； （2）离子丢失：淌度大且与电渗流方向相反的离子可能进 不去； （3）特别适合粘度大的试样。
2. 压力进样
（1）进样端加压 （2）出口端抽真空 （3）虹吸进样
毛细管电泳分析解析
(4) 电渗与速度 不同性质的离子在同样的电泳条件下的速度 阳离子：运动方向和电渗方向一致，不受电渗反作用力影 响，反而受电渗加速度的作用，运动速度最快。其运动速 度是带电粒子的电泳速度与电渗加速之和 中性离子：电泳流速度为零，迁移的速度相当于电渗流的 速度。其运动速度是带电粒子的电泳速度与电渗加速相等 阴离子：运动方向与电渗流方向相反，受电渗反作用力影 响，电渗速度的反作用，其运动速度是带电粒子的电泳速 度与电渗加速之差。利用电渗在电泳过程中产生的反作用 力分离不同的带电粒子。
2.3毛细管电泳的应用范围：
应用范 围
电
离子 CZE
小分子 MECC
肽类 CIEF
蛋白质 类
CZE
核苷酸 类
CGE
核酸类 CGE
泳
CITP
CZE MECC CGE MECC
方
CIEF
CITP
CIEF
式
CGE
CIEF
3毛细管电泳仪的结构： 目前毛细管电泳仪的生产厂家有十几家，产品的型号很多。但是毛 细管电泳仪的基本结构相差不大，主要由高压电泳仪、毛细管柱、 检测器、电极槽及显示器几部分组成。
高效毛细管电泳
内容摘要
1概述 2基本理论 3毛细管电泳仪 4 电极液 5 进样方式 6毛细管电泳的分离模式
1概述 1.1高效毛细管电泳提出 高效毛细管电泳(High Performance Capillary Electrophoresis ，简称HPCE)，广义的说，是泛指在极细的管内实现具有 高效、快速、灵敏度高的一大类电泳分析技术，称之为高 效毛细管电泳。 高效毛细管电的发展过程大致分为以下几个阶段 1967年Hjerten首先提出在高电场强度下，采用管径为3mm 的毛细管进行自由溶液的区带电泳。
毛细管电泳的基本原理及应用
毛细管电泳的基本原理及应用毛细管电泳的基本原理是基于电荷迁移。
在毛细管电泳中使用的耦合电场包括静电势差和电导度差导致的静电势差。
当在电解质溶液中施加电场时，离子在电场力的作用下向相反电极迁移。
带电分子在毛细管中施加电压时也会受到电场力的作用。
有两种类型的电流在毛细管中流动：电场导电电流和电渗流（溶液流动时由于带电分子迁移而形成的电流）。
通过控制电压差和溶液流动，可以实现化合物的分离和测量。
1.离子交换毛细管电泳（IEC）：通过溶液中带电离子与毛细管壁或固定相之间的电荷相互作用来实现分离。
2.凝胶毛细管电泳（GCE）：使用凝胶作为分离介质以实现不同化合物的分离。
凝胶中的通道大小可调整以适应不同大小的分子。
3.毛细管等电点聚焦电泳（CIEF）：根据化合物的等电点来实现分离。
通过调整溶液的pH值，可以控制每种化合物的等电点。
4.毛细管毛细管电泳（CZE）：根据化合物在毛细管中的迁移速率差异来实现分离。
该方法广泛用于分析药品、蛋白质和核酸等生物分子。
1.快速分离：毛细管电泳在分析过程中常常可以几分钟内完成。
这种快速性使得该技术在高通量分析中非常有用。
2.高效分离：由于毛细管内直径小，特别是凝胶电泳中，化合物可以在短时间内得到高效的分离。
这使得毛细管电泳对于研究复杂样品或混合物的分析非常有用。
3.低样品消耗：毛细管电泳只需极少量的样品，通常在微升到纳升级别。
这使得它成为高灵敏度分析的理想选择。
4.高选择性：通过适当选择电解质的类型和浓度，可以调节样品在毛细管中的迁移速度，从而实现高度选择性的分析。
毛细管电泳在生物医学、环境监测、食品安全和制药等领域有广泛的应用。
例如，它可用于分析血液中的蛋白质和核酸，以帮助诊断疾病；还可用于分析水中的有毒化合物和污染物；另外，它还能帮助制药行业监测药品的质量和纯度。
总而言之，毛细管电泳通过其分离速度快、分辨率高和样品消耗少等优点，在化学和生物学分析中发挥着重要作用。