高效毛細(xì)管電泳儀(更新)-凱奧科技

1、高效毛細(xì)管電泳高效毛細(xì)管電泳High performance capillary electrophoresis HPCE北京凱奧科技發(fā)展有限公司1 概述2 特點(diǎn)與用途3 毛細(xì)管電泳與凝膠電泳、高效液相色譜的比較4 基本原理5 結(jié)構(gòu)組成6 毛細(xì)管電泳的分離分析類型7 K1050與K1060高效毛細(xì)管電泳儀8 典型分離圖譜內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要毛細(xì)管電泳(capillary electrophoresis，CE）又稱高效毛細(xì)管電泳(HPCE)或毛細(xì)管電分析法（CESM）。 它是以毛細(xì)管為分離通道，以高壓直流電場為驅(qū)動力的新型液相分離分析技術(shù)。 毛細(xì)管電泳實(shí)際上包含電泳、色譜及其交叉內(nèi)容，是分析科學(xué)中繼

2、高效液相色譜之后的又一重大進(jìn)展，他使分析科學(xué)得以從微升水平進(jìn)入納升水平，并使單細(xì)胞分析，乃至單分子分析成為可能。 毛細(xì)管電泳是凝膠電泳技術(shù)的發(fā)展，是高效液相色譜分析的補(bǔ)充。1 概述概述 2 特點(diǎn)與用途特點(diǎn)與用途 毛細(xì)管電泳突出的優(yōu)點(diǎn)：n高效（105TP/m-107TP/m）、快速（幾十秒至幾十分鐘）；n分離模式多，選擇自由度大；n分析對象廣，小到無機(jī)離子大至整個細(xì)胞，具有“萬能”分析功能或潛力；n操作可高度自動化；n進(jìn)樣所需的體積可小到1ul，消耗體積在1-50nl；n試劑消耗量小，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，無環(huán)境污染問題。用途用途n可用于分析有機(jī)化合物、無機(jī)離子、中性分子、藥物、手性化合物、蛋白質(zhì)和多肽、

3、DNA及其碎片、糖及糖蛋白、細(xì)胞分離等。n可應(yīng)用于分子生物學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、糖生物學(xué)、各種生物技術(shù)、生物化學(xué)、細(xì)胞學(xué)等生物或生命科學(xué)以及醫(yī)藥、食品、環(huán)境、公安偵破、農(nóng)業(yè)、化學(xué)和化工等不同領(lǐng)域。 3 3 毛細(xì)管電泳與凝膠電泳、毛細(xì)管電泳與凝膠電泳、 高效液相色譜高效液相色譜的比較的比較 毛細(xì)管電泳實(shí)際上包含電泳、色譜及其交叉內(nèi)容，毛細(xì)管電泳的基本原理是電泳和色譜，它是經(jīng)典電泳技術(shù)與現(xiàn)代微柱分離技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是分析化學(xué)中繼液相色譜之后的又一重大進(jìn)展。 3.2 3.2 毛細(xì)管電泳與凝膠電泳的區(qū)別毛細(xì)管電泳與凝膠電泳的區(qū)別 凝膠電泳儀已成為生化實(shí)驗(yàn)室的常用儀器，用于蛋白質(zhì)、核酸的分析、制備

4、，以及細(xì)胞的分析等。傳統(tǒng)電泳最大的局限是難以克服由兩端高電壓所引起的電介質(zhì)離子的自熱，導(dǎo)致區(qū)帶展寬，影響遷移，降低效率。這種影響由于電場強(qiáng)度的增長而迅速加劇，限制了高電壓的使用。 毛細(xì)管能提高散熱效率，從而能夠引入高的電場強(qiáng)度，改善分離質(zhì)量。3.2 3.2 毛細(xì)管電泳與高效液相色譜毛細(xì)管電泳與高效液相色譜的區(qū)別的區(qū)別 高效液相色譜是以泵的高壓泵的高壓為驅(qū)動力，在色譜柱中依據(jù)組分在兩相中的分配比例不同，進(jìn)而達(dá)到分離的目的。 高效毛細(xì)管電泳是以高壓直流電場高壓直流電場為驅(qū)動力，以毛細(xì)管為分離通道，依據(jù)電滲流和各組分電泳速度的不同而實(shí)現(xiàn)分離的一類液相分離技術(shù)。 電泳的色譜圖譜帶要比液相色譜要窄許多，

5、這也是電泳分離效率高的原因之一。4 4 基本原理基本原理n在電解質(zhì)溶液中，帶電粒子在電場作用下以不同的速度定向遷移的現(xiàn)象叫電泳。nCE所用的石英毛細(xì)管柱，在pH3的情況下，其內(nèi)表面帶負(fù)電，和溶液接觸時形成雙電層。在高電壓的作用下，雙電層中的水合陽離子引起流體整體向負(fù)極方向遷移的現(xiàn)象叫電滲。電滲是毛細(xì)管中的溶劑因軸向直流電場的作用而發(fā)生的定向流動。n各種粒子在毛細(xì)管內(nèi)電解質(zhì)中的遷移速度等于電泳和電滲流兩種速度的矢量和。4 4 基本原理基本原理n在電解質(zhì)溶液中，帶電粒子在電場作用下以不同的速度定向遷移的現(xiàn)象叫電泳。nCE所用的石英毛細(xì)管柱，在pH3的情況下，其內(nèi)表面帶負(fù)電，和溶液接觸時形成雙電層。

6、在高電壓的作用下，雙電層中的水合陽離子引起流體整體向負(fù)極方向遷移的現(xiàn)象叫電滲。電滲是毛細(xì)管中的溶劑因軸向直流電場的作用而發(fā)生的定向流動。n各種粒子在毛細(xì)管內(nèi)電解質(zhì)中的遷移速度等于電泳和電滲流兩種速度的矢量和。n正離子的運(yùn)動方向和電滲流一致，故最先流出；n中性粒子的電泳速度為零，故其遷移速度等于電滲流速度；n負(fù)離子的運(yùn)動方向和電滲流方向相反，但因電滲流速度一般都大于電泳速度，故它將在中性粒子之后流出。n各種粒子因遷移速度不同而實(shí)現(xiàn)分離。CE分離原理示意圖5 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成 毛細(xì)管電泳儀主要由5部分組成：毛細(xì)管、進(jìn)樣系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。 毛細(xì)管電泳儀工作示意圖 5.1 高

7、壓電源（1）穩(wěn)定、連續(xù)可調(diào)的直流電源，一般最高電壓可達(dá)到30-50kV， 最大電流為200-300mA ； （2）具有恒壓、恒流、恒功率輸出；（3）電場強(qiáng)度程序控制系統(tǒng)；（4）電壓穩(wěn)定性：0.1%；（5）電源極性易轉(zhuǎn)換；（6）有良好的絕緣性能。5.2 5.2 毛細(xì)管毛細(xì)管材料：材料：要求具有化學(xué)、電學(xué)惰性，紫外-可見光透光性，柔韌性，高強(qiáng)度，價廉。 普通玻璃毛細(xì)管：價格便宜，但電滲大，吸附作用大。 石英玻璃毛細(xì)管：目前常用，外層涂聚酰亞胺。性能穩(wěn)定，電滲較大，但也有一定的吸附。 聚四氟乙烯毛細(xì)管：新材料，電滲小，但性能不太穩(wěn)定。規(guī)格：規(guī)格：內(nèi)徑20200m，外徑350400m；長度=1m ；5

8、.3 毛細(xì)管電泳進(jìn)樣方式毛細(xì)管電泳進(jìn)樣方式進(jìn)樣量：進(jìn)樣量：毛細(xì)管長度的1%-2%；納升級、非常小。進(jìn)樣系統(tǒng)：進(jìn)樣系統(tǒng)：手動進(jìn)樣系統(tǒng)和自動進(jìn)樣系統(tǒng)。進(jìn)樣方式一般有：n電動進(jìn)樣n壓差進(jìn)樣n擴(kuò)散進(jìn)樣5.3.1 電動進(jìn)樣電動進(jìn)樣n將毛細(xì)管的陽極直接與樣品接觸，短時間內(nèi)施加電壓，使樣品通過電遷移的方式進(jìn)入毛細(xì)管的陽極端。n進(jìn)樣量：進(jìn)樣量：與溶質(zhì)濃度，加電壓的強(qiáng)度，電遷移時間，電遷移速度，電滲速度等因素有關(guān)。n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)樣準(zhǔn)確，容易控制重復(fù)性好。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：對濃度低的組分有歧視效應(yīng)。5.3.2 壓差進(jìn)樣壓差進(jìn)樣 (1)(1)虹吸進(jìn)樣虹吸進(jìn)樣n進(jìn)樣時將陽極槽抬高形成槽的落差，利用液體重力差將樣品吸入陽

9、極端的毛細(xì)管內(nèi)。n進(jìn)樣：進(jìn)樣：量與落差、樣品濃度、進(jìn)樣時間成正比，與樣液粘度成反比n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，重復(fù)性好。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：比較適于自由電泳，而不適于凝膠電泳。(2)(2)加壓進(jìn)樣加壓進(jìn)樣n進(jìn)樣時將陽極端密閉，施加一定的液壓把樣品吸入毛細(xì)管內(nèi)。n進(jìn)樣量：與液壓強(qiáng)度、樣品濃度、進(jìn)樣時間成正比，與樣液粘度成反比。(3)(3)真空進(jìn)樣真空進(jìn)樣n利用兩端的氣壓差將樣品送入毛細(xì)管內(nèi)。n進(jìn)樣量：與真空度、樣品濃度、進(jìn)樣時間成正比，與粘度成反比。 5.3.3 擴(kuò)散進(jìn)樣n當(dāng)將毛細(xì)管插入一樣品溶液時，樣品分子因管口界面存在濃度差而向管內(nèi)擴(kuò)散。n進(jìn)樣量：與擴(kuò)散系數(shù)，樣品濃度，進(jìn)樣時間成正比。 類型類型 檢測

10、限檢測限/mol/mol 紫外-可見 10-1310-15 熒光 10-1510-17 激光誘導(dǎo)熒光 10-1810-20 電導(dǎo) 10-1810-19 5.4 5.4 檢測器檢測器 毛細(xì)管電泳配置的檢測器與高效液相色譜使用的檢測器大致相同，都屬于超微量分析，對檢測器的靈敏度要求比較高，要求：要求：具有極高靈敏度，可柱端檢測；檢測器、數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理一體化； 紫外檢測器：紫外檢測器：氘燈（波長范圍190-400nm），有機(jī)物一般在254nm 波長處有吸收。也可進(jìn)行全波長掃描。(1)空氣制冷空氣制冷：在毛細(xì)管分析室內(nèi)輸入制冷空氣使毛細(xì)管迅速冷卻，達(dá)到制冷的目的。(2)液體制冷液體制冷：在毛

11、細(xì)管的夾層中輸入制冷液體達(dá)到制冷的目的。 熱效應(yīng)：熱效應(yīng)： 在高電場下毛細(xì)管中的電解質(zhì)和電流發(fā)生劇烈的摩擦，產(chǎn)生大量的熱，這種自熱現(xiàn)象，稱之為熱效應(yīng)。5.5 5.5 制冷系統(tǒng)制冷系統(tǒng)6 6 毛細(xì)管電泳的分離分析類型毛細(xì)管電泳的分離分析類型類型縮寫說明毛細(xì)管區(qū)帶電泳CZE毛細(xì)管和電極槽灌有相同的緩沖液毛細(xì)管凝膠電泳CGE管內(nèi)填充凝膠介質(zhì)，用CZE緩沖液毛細(xì)管膠速電動色譜MECC在CZE緩沖液中加入一種或多種膠束親和毛細(xì)管電泳ACE在CZE緩沖液或管內(nèi)加入親和作用試劑毛細(xì)管等電聚焦CIEF管內(nèi)裝pH梯度介質(zhì)，相當(dāng)于pH梯度CZE毛細(xì)管等速電泳CITP使用兩種不同的CZE緩沖液毛細(xì)管電滲色譜CEC在

12、毛細(xì)管壁上鍵合或涂漬高效液相色譜的固定液各種分離分析方法的應(yīng)用范圍各種分離分析方法的應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍離子小分子肽類蛋白質(zhì)類核苷酸類核酸類電CZEMECCCIEFCZECGECGE泳CITPCZEMECCCGEMECC 方CIEFCITPCIEF 式CGECIEF （一）毛細(xì)管區(qū)帶電泳（一）毛細(xì)管區(qū)帶電泳(CZE) CZE分離機(jī)理是基于各被分離物質(zhì)的凈電荷與其質(zhì)量比(荷質(zhì)比)間的差異。迄今CZE仍是應(yīng)用最多的模式，應(yīng)用范圍包括氨基酸、肽、蛋白、離子、對映體拆分和很多其它帶電物質(zhì)的分離。CZE常用介質(zhì)為電解質(zhì)水溶液，根據(jù)情況可加入不同有機(jī)溶劑或其它添加劑。（二）毛細(xì)管凝膠電泳（二）毛細(xì)管凝膠電泳(

13、CGE) CGE是將平板電泳的凝膠移到毛細(xì)管中作支持物進(jìn)行電泳，不同體積的溶質(zhì)分子在起“分子篩”作用的凝膠中得以分離。常用于蛋白質(zhì)、寡聚核苷酸、核糖核酸（RNA）、DNA片段分離和測序及聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)產(chǎn)物分析。CGE能達(dá)到CE中最高的柱效。特點(diǎn):抗對流性好，散熱性好，分離度極高。（三）毛細(xì)管膠束電動色譜（三）毛細(xì)管膠束電動色譜(MECC) 采用表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉，SDS)在運(yùn)動緩沖液內(nèi)形成一疏水內(nèi)核、外部帶負(fù)電的動態(tài)膠束相，利用溶質(zhì)具有不同的疏水性，因而在水相和膠束相(準(zhǔn)面定相)間分配的差異進(jìn)行分離，既能分離中性溶質(zhì)又能分離帶電組分的CE模式。MECC拓寬了CE的應(yīng)用范圍，主

14、要用于小分子、中性化合物、手性對映體和藥物等。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 增強(qiáng)對弱極性物質(zhì)的分離度，在中藥分析，天然產(chǎn)物分析，農(nóng)藥分析中經(jīng)常使用。缺點(diǎn)缺點(diǎn) 穩(wěn)定性不佳，達(dá)到好的重復(fù)性比較困難。（四）毛細(xì)管等電聚焦電泳（四）毛細(xì)管等電聚焦電泳(CIEF)(CIEF) 用兩性電解質(zhì)在毛細(xì)管內(nèi)建立pH梯度，使各種具有不同等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)在電場作 用下遷移到等電點(diǎn)的位置，形成窄的聚焦區(qū)帶,從而達(dá)到分離的目的。已成功地用于測定蛋白質(zhì)等電點(diǎn)，分離 異構(gòu)體等。（五）毛細(xì)管等速電泳（五）毛細(xì)管等速電泳(CITP)(CITP) 采用先導(dǎo)電解質(zhì)和尾隨電解質(zhì)。使溶質(zhì)按其電泳淌度不同得以分離，是一種較老的方式?，F(xiàn)在常用作柱前濃縮方法用以

15、富集樣品，以解決CE測定中濃度靈敏度不如服比的問題，如HPLC的問題，如在線ITPCZE即是成功的模式。特點(diǎn)：特點(diǎn)：界面明顯，富集、濃縮作用（六）毛細(xì)管電滲色譜（六）毛細(xì)管電滲色譜(CEC)(CEC) 將HPLC中眾多的固定相微粒填充到毛細(xì)管中(或涂漬到管壁)。以樣品與固定相之間的相互作用為分離機(jī)制，以電滲流為流動相驅(qū)動力的色譜過程稱為CEC。CEC將CE的高效和HPLC的高選擇性相結(jié)合，得到了CE研究者的青睞。90年代初解決了毛細(xì)管填充技術(shù)后，CEC發(fā)展迅速。主要有兩種類型：填充柱毛細(xì)管電色譜和膠束電動毛細(xì)管色譜7 K1050與K1060高效毛細(xì)管電泳儀K1060K1060高效毛細(xì)管電泳儀技

16、術(shù)指標(biāo)高效毛細(xì)管電泳儀技術(shù)指標(biāo)高壓電源高壓電源輸出電壓范圍：35KV（可選30KV、-30KV），連續(xù)可調(diào)輸出電流范圍：0-1000A 電壓輸出誤差：0.5%電流輸出誤差：0.5%時漂： 0.05%溫漂： 0.05% 紫外檢測器紫外檢測器進(jìn)口德國諾爾（Knauer）紫外檢測器光路系統(tǒng)： 衍射光柵單色儀，光電二極管燈源： 氘燈，邊緣濾波，370nm波長范圍： 190-740nm帶寬： 8nm波長精度： 1nm靈 敏 度： 210-5AU在254nm,t=1sGLP功能： 詳細(xì)報(bào)告，點(diǎn)燈時間和點(diǎn)燈次數(shù)噪 聲： 510-5AU基線漂移： 110-3AU/h檢 測 限： 110-6g/ml定量重復(fù)性： RSD%3.0%定性重復(fù)性： RSD%1.3%毛細(xì)管的最小長度：25cm陽離子分析陽離子分析 遷移方向和電滲流方向一致； 4.5min內(nèi)分離了24種金屬離子； 陽極進(jìn)樣，陰極檢測； 具有很高的靈敏度；8 典型分離圖譜典型分離圖譜陰離子分析陰離子分析 陰離子電泳方向和電滲流方向相反、速度接近，分析時間長、效率低； 質(zhì)量小、電荷密度大的離子如：SO4-2、Cl-、F-等，電泳速率大于電滲流，陽極端流出，在陰極端無法檢測； 加入電滲流改性劑，十六烷基三甲基溴化胺等，使電泳方向和電滲流方向一