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1、毛细管电泳和毛细管电色谱毛细管电泳和毛细管电色谱capillary electrophoresiscapillary electrophoresis七个实验中选取一个实验，认真写一个完整的实验报告（包 括实验目的、实验原理、实验结果及相关结论等），在5月 31日前交到206（曾力希）或824（蔡波太）办公室。电泳 electrophoresis 是指溶液中带电粒子在电场 作用下发生迁移的电动现象。毛细管电泳 capillary electrophoresis 是利用被 分析离子在电场作用下移动的速率不同而达到分离的 目的，这种技术主要用来分析在毛细管缓冲溶液中能 离解为离子的物质。概概 念念毛
2、细管电泳是一类以高压直流电场为驱动力，毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和分配行为的差异而实现分 离的新型液相分离分析技术。 毛细管电泳是分析科学中继高效液相色谱之后的又一重大进展，它使分析科学从微升水平得以进入纳升水平，并使单细胞 分析成为可能。毛细管电色谱（capillary electrochromatography; CEC）是毛细管电泳与液相色谱相结合形成的一种高效、快速微分 离分析技术。 优点: 操作简单，试样量少，分离效率高，成本低等。在迁移时间上的重现性，进样的准确性和检测灵敏度方面 比高效液相色谱法稍逊。毛细管电色谱 可以分离离子和中性分子。它是利用 缓冲溶液的电渗流
3、作为泵，使被分析的分子通过对其 具有不同保留程度的第二相，达到分离的目的。21.121.1 毛细管电泳和毛细管电色谱的基本理论毛细管电泳和毛细管电色谱的基本理论21.1.1 双电层和Zeta电势21.1.221.1.2 电泳电泳在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度 或速率向其所带电荷相反电场方向迁移的现象叫作电泳。阴 离子向正极方向迁移，阳离子向负极方向迁移，中性化合物 不带电荷，不发生电泳运动。在充满自由溶液开口管中球形粒子的电泳速率公式为：电泳淌度（ep)定义为单位场强下离子的平均电泳速率， 即在电泳过程中还存在另一种电动现象，即电渗。当高电压通 过含有缓冲溶液的毛细管柱时，
4、体相溶液整体朝向一个方向 运动，产生电渗流。在柱内层氧化硅与溶质的界面上形成双 电层是电渗流产生的原因。在典型的毛细管电泳分离中，若有电渗存在，离子的洗脱 顺序是: 首先是最快的阳离子，紧接着是依次减慢的阳离 子，然后是全部的中性分子在一个区域出现，最后是最慢 的阴离子，紧接着的是依次加快的阴离子。21.1.321.1.3 电渗流电渗流21.1.321.1.3 电渗流电渗流以电场力驱动产生的溶液电渗流，与高效液相色谱中由高 压泵产生的液体流型不同： 电渗是CE的基本现象之一，它可以控制组分的迁移速率和 方向，进而影响CE的分离效率和重现性，所以电渗流控制 是CE中的关键问题或技术之一。21.1
5、.4. 21.1.4. 电渗流的控制电渗流的控制影响电渗流的因素很多，直接影响因素有：1. 电场强度 2. 温度 3. pH值 4. 缓冲液溶剂 5. 离子强度 6. 添加剂 7. 管壁涂层 21.1.5. 21.1.5. 分离原理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：在典型的毛细管电泳分离中，溶质的分离基于溶质间电泳 速率的差异。电渗流的速率绝对值一般大于粒子的电泳速率 ，并有效地成为毛细管电泳的驱动力。溶质从毛细管的正极 端进样，带正电的粒子最先流出，中性粒子次之，带负电的 粒子在中性粒子之后流出。溶质依次通过检测器，得到
6、与色 谱图极为相似的电泳分离图谱。 21.1.5. 21.1.5. 分离原理分离原理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。由于CEC既能分离电中性溶质，又能分离带电溶质，对 复杂的混合样品显示出强大的分离潜力。 21.2. 21.2. 毛细管电泳和电色谱仪器装置毛细管电泳和电色谱仪器装置21.2.1.仪器基本结构一般在一根长 40 100 cm, 内径 10 100 m 的毛 细管柱中充入缓冲溶液，柱的两端置于两个缓冲池 中。在两个缓冲池之间的毛细管接有两个铂电极。 试样从一端进
7、入，而检测器则在另一端。使用的 高电压可以反相，以能分析阴离子。21.2.2. 21.2.2. 进样系统进样系统毛细管分离通道十分细小，整个柱体积一般只有45L， 所需的样品区带只有几纳升。 毛细管电泳的进样方式一般是将毛细管的一端从缓冲液移 出，放入试样瓶中，使毛细管直接与样品接触，然后由重力 、电场力或其他动力来驱动样品流入管中。进样量可以通过 控制驱动力的大小或时间长短来控制。CE进样技术均适用 于CEC。 一般的进样方式是电动进样和压力进样。电动进样是将毛细管柱的一端及其相应端的电极从缓冲池中移出 ，放入试样杯中，然后在一准确时间范围内施加压力，使试样因离 子移动和电渗流进入毛细管柱。
8、 压力进样是用压差使试样溶液进入毛细管。产生压差的办法可以 采用在检测器端抽真空，或者通过提高试样端液面。21.2.3. 21.2.3. 电源及其回路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0.5l 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(15mL不等)，要便于密封。缓冲液内含电解质，充于 电极
9、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。21.2.4. 21.2.4. 毛细管及其温度控制毛细管及其温度控制熔融石英毛细管在CE中应用最广泛，熔融石英拉制得 到的毛细管很脆，易折断，一般在外表面涂有聚酰亚胺 保护层，使之变得富有弹性，不易折断。内径越小，表面积/体积比越大，散热效果越好。内径 小，样品负载小，检测、进样、清洗等操作困难。一般使用的毛细管柱内径在25 100 m之间，目前最常 用的是50m和75m两种。检测窗口部位的外涂层剥离。焦耳热效应产生径向温度梯度，还会导致分离重现性差 。商品仪器大多有温度控制系统，主要采用风冷和液冷 两种方式。一般采用物理吸附或化
10、学键合两种方式形成毛细管内壁 涂层，对石英毛细管进行改性或修饰，可有效控制电渗 流、抑制吸附进而优化分离。 21.2.5. 21.2.5. 检测系统检测系统21.3. 21.3. 毛细管电泳分离模式及应用毛细管电泳分离模式及应用21.3.1. 毛细管区带电泳（capillary zone electrophoresis; CZE）21.3.1.1. 基本操作条件毛细管区带电泳也称为毛细管自由溶液区带电泳，是毛细 管电泳最基本、也是应用最广的一种操作模式。其分离原理是 基于样品组分荷质比的差异。需要控制的操作变量主要是电压、缓冲液浓度、pH值和添 加剂等。缓冲液的选择通常须遵循下述要求：1在所选
11、择的pH范围内有合适的缓冲容量。2本底检测响应低。3自身的淌度低，即离子大而荷电小。21.3.1. 21.3.1. 毛细管区带电泳（毛细管区带电泳（CZECZE）在CZE分离中，除了背景电解质外，常常还在缓冲溶液中 加入某些添加剂：1. 中性盐 2. 表面活性剂 3. 手性添加剂 对于许多水难溶的样品，如 果在缓冲液中加入少量的有机溶 剂，常常能有效改善分离度。在 极端情况下，可完全使用有机溶 剂，或以有机溶剂为主体，这就 是非水毛细管电泳技术。图21-6 电渗流反向示意图 21.3.1. 21.3.1. 毛细管区带电泳（毛细管区带电泳（CZECZE）21.3.1.2. 应用毛细管区带电泳特别
12、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3分钟内分离30种阴离子电泳图 21.3.2. 21.3.2. 胶束电动毛细管色谱（胶束电动毛细管色谱（MEKCMEKC）MEKC是在电泳缓冲溶液中加入表面活性剂，当溶液中表 面活性剂浓度超过临界胶束浓度时，表面活性剂分子之间的疏 水基团聚集在一起形成胶束，成为分离体系的准固定相，溶质 基于在水相和胶束相之间的分配系数不同而得到分离。21.3.2. 21.3.2. 胶束电动毛细管色谱（胶束电动毛细管色谱（MEKCMEKC）MEKC是在电泳缓冲溶液中加入表面活性剂，当溶液
13、中表 面活性剂浓度超过临界胶束浓度时，表面活性剂分子之间的疏 水基团聚集在一起形成胶束，成为分离体系的准固定相，溶质 基于在水相和胶束相之间的分配系数不同而得到分离。电泳流和电渗流的方向 相反，且电渗流 电泳 ， 负电胶束以较慢的速度向负 极移动；可用来分离中性物质色谱与电泳分离模式的 结合。21.3.3. 21.3.3. 毛细管凝胶电泳毛细管凝胶电泳（CGECGE）毛细管凝胶电泳(capillary gel electrophoresis;CGE)是在毛细 管中充填多孔凝胶作为支持介质进行电泳，其分离是基于筛分 机理。CGE常用于蛋白质，寡聚核苷酸、RNA及DNA片段的分离 和测定。凝胶是毛
14、细管电泳的理想介质，粘度大，抗对流，能减少 溶质的扩散，因此能限制谱带的展宽，所得的峰型尖锐，柱效 高，有可能使组分在短柱上实现极好的分离。常用的凝胶有聚丙烯酰胺和琼脂糖，应用最多的是前者。l填充柱毛细管电色谱 基于填充柱的电色谱是各 种电泳中最新出现的一种技术。它是利用电渗透驱动 极性溶剂通过反相高效液相色谱毛细管柱，利用试样 在两相的分配进行分离。l胶束电动毛细管色谱 是在缓冲溶液中加入浓度 高于胶束临界浓度的表面活性剂。胶束相在分离中起 到了准固定相的作用，电中性的有机化合物按照它们 在水相和有机相之间分配系数的差异进行分离。该方 法也可用来改善带电有机化合物的分离选择性。21.3.4.
15、 21.3.4. 毛细管毛细管电色谱（电色谱（CECCEC）将CE的高效柱和HPLC的高选择性有机结合起来，开辟了高 效的微分离技术新途径，它的分离过程包含了电泳和色谱两 种机制，溶质根据他们在流动相和固定相的分配系数不同和 自身的电泳淌度差异而分离。毛细管电动色谱的优点毛细管电动色谱的优点l像高效液相色谱，能够分离不带电荷的物质 。l像毛细管电泳法，不需要压力泵系统的情况 下，提供了微量体积试样溶液的高效分离 通过电渗流泵，而不是通过机械输送流动相 通过固定相的。明显地简化了输送体系。l电渗泵产生的是塞子式流动轮廓，而不是流 体动力学轮廓，因此毛细管电色谱的分离柱 效比高效液相色谱法高。21.3.5. 21.3.5. 其他毛细管电泳模式其他毛细管电泳模式 微乳电动毛细管色谱（微乳电动毛细管色谱（MEECCMEECC） 毛细管等点聚焦（毛细管等点聚焦（CIEFCIEF） 毛细管等速电泳（毛细管等速电泳（CITPCITP）21.4. CEC21.4. CEC应用应用（离子分析、药物分析、氨基酸（离子分析、药物分析、氨基酸 和蛋白质分析等）和蛋白质分析等）反相CEC分离14种火药及其降解成分谢谢大家！谢谢大家！
