毛細管電泳基本原理和構(gòu)造

1、毛細管電泳基本原理和構(gòu)造第1頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四毛細管電泳泛指以高壓電場為驅(qū)動力，以毛細管為分離通道，依據(jù)樣品中各組分之間淌度和分配行為上的差異而實現(xiàn)分離的一類液相分離技術(shù)。毛細管電泳儀的基本結(jié)構(gòu)包括一個高壓電源，一根毛細管，一個檢測器及兩個供毛細管兩端插入而又可和電源相連的緩沖液貯瓶。第2頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四 毛細管電泳的理論基礎(chǔ) v離子遷移速度 e電泳遷移率，單位電場下離子的移動速度電泳 電泳分離是基于組分在電場下的遷移速度不同而進行的。離子在電場下的移動速度為：第3頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星

2、期四在穩(wěn)定的電泳狀態(tài)下電場力和摩擦力大小相等、方向相反，即：（2.6）方程（2.6）表明半徑小、電荷高的組分具有大的遷移率，而半徑大、電荷低的組分具有小的遷移率。 在通常的物理參數(shù)表中查到的是無限稀釋完全電離條件下的電泳遷移率（絕對遷移率），實驗中測得的遷移率稱為有效遷移率，與緩沖溶液組成、pH值等有關(guān)。 第4頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四2.2電滲及電滲控制 電滲是由于外加電場對管壁溶液雙電層的作用而產(chǎn)生的溶液的整體流動，其大小與毛細管壁表面電荷有關(guān)。對石英毛細管，管壁表面帶負電，溶液中的對離子被吸附到表面附近，形成雙電層。當(dāng)在毛細管兩端加電壓時，雙電層中的陽離子向

3、陰極移動，由于離子是溶劑化的，所以帶動了毛細管中整體溶液向陰極移動。第5頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四在pH大于3時，電滲不可忽視。電滲在各種電泳模式中均存在，但在CE中由于采用了細內(nèi)徑的毛細管，毛細管的表面積比較大，且使用高電場，因此電滲顯得特別重要。 電滲的大小用電滲速度或電滲遷移率表示：在毛細管中電滲流的一個重要特性是平流型的。電滲速度的徑向分布如圖：第6頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四0 5 10 15 20 0.8 0.6 0.40.20X(nm)veo(X):離管壁距離為X(nm)時的電滲流 電滲的另一個特點可以使幾乎所有的組分不管

4、電荷大小，以同樣的方向移動。組分在毛細管中流出時間 取決于電滲速度和組分遷移速度的矢量和。一般情況下，電滲方向從陽極到陰極,且電滲速度一般大于電泳速度，所以陰離子也在陰極流出。因此，陽離子、陰離子、中性分子能夠同時分析。第7頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四圖中： 陽離子移動速度 =電滲流速度+ 陽離子電泳速率 中性分子移動速度 =電滲流速度 陰離子移動速度 =電滲流速度陰離子電泳速率所以：移動速率 陽離子中性分子陰離子 但對于小離子（鈉、鉀、氯）分析，組分電泳速率一般大于電滲速率。另外，毛細管壁電荷的改性會使電滲發(fā)生變化，在這些情況下，陽離子和陰離子可能向不同的方向移動

5、。 電滲是溶液整體的流動，它不能改變分離的選擇性。 第8頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四電滲的控制 方法結(jié)果說明電場強度正比于電滲.電場強度降低分離效率和分辨率的降低.電場強度增加，焦耳熱增加緩沖溶液pH值pH降低，電滲降低pH降低，電滲增加.改變電滲最方便有用的方法.可能會引起溶質(zhì)組分電荷和結(jié)構(gòu)的改變離子強度或緩沖溶液濃度離子強度增加，Zeta電位降低，電滲降低.離子強度增加，電流和焦耳熱增加.低離子強度可能存在樣品的吸附問題.導(dǎo)電性與樣品不同可能引起峰形畸變.離子強度低，樣品裝載量小溫度溫度改變1，黏度變化約2%-3%.溫度由儀器自動控制，常用方法有機改性劑改變Ze

6、ta電位和黏度（降低電滲）.變化復(fù)雜，其影響宜通過實驗測定.可能改變選擇性第9頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四表面活性劑改變蔬水性或通過離子相互作用吸附在毛細管壁上.陰離子表面活性劑使電滲流增加.陽離子表面活性劑使電滲降低或逆向會改變選擇性中性親水性聚合物通過蔬水性相互作用吸附在毛細管壁上.通過掩蓋表面電荷或增加黏度，降低電滲共價涂覆化學(xué)鍵和到毛細管壁上.可使用多種修飾劑.涂覆物的穩(wěn)定性 存在問題第10頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四CE分離原理毛細管電泳是基于溶質(zhì)在電場力的作用下，在裝有電泳介質(zhì)的毛細管中的遷移速度不同而進行分離的。電泳遷移：在

7、高壓電場下，帶電離子向相反的方向移動。 電滲遷移：當(dāng)毛細管內(nèi)充滿緩沖溶液時，毛細管壁上的硅羥基發(fā)生解離，生成氫離子溶解在溶液中，這樣就使毛細管壁帶上負電荷與溶液形成雙電層，在毛細管的兩端加上直流電場后，帶正電的溶液就會整體的向負極端移動，這就形成了電滲流。 在操作緩沖溶液中，帶電粒子的運動速度等于電泳速度和電滲速度的矢量和，電滲速度一般大于電泳速度，因此即使是陰離子也會從陽極端流向陰極端。第11頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四根據(jù)分離原理不同，可分為五種分離模式： 毛細管電泳模式分離機理自由溶液毛細管電泳(FSCE)根據(jù)組分的電泳遷移率不同毛細管膠束電動色譜(MECC)

8、根據(jù)組分在膠束相和水相的分配系數(shù)不同毛細管凝膠電泳(CGE)根據(jù)組分體積和電荷不同毛細管等電聚焦(CIEF)根據(jù)組分的等電點不同毛細管等速電泳(CITP)根據(jù)組分的遷移率不同，與FSCE不同的是，它使用兩種不同電介質(zhì)第12頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四毛細管區(qū)帶電泳 將待分析溶液引入毛細管進樣一端，施加直流電壓后，各組分按各自的電泳流和電滲流的矢量和流向毛細管出口端，按陽離子、中性粒子和陰離子及其電荷大小的順 序通過檢測器。中性組分彼此不能分離。出峰時間稱為遷移時間，相當(dāng)于高效液相色譜和氣相色譜中的保留時間。第13頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期

9、四前三種屬于區(qū)帶電泳，當(dāng)以緩沖溶液作為載體電解質(zhì)，即為FSCE;以膠束溶液作為載體電解質(zhì)，即為MECC;以凝膠作為載體電解質(zhì)，即為CGE. 二.遷移時間和遷移率 組分從進樣點遷移到檢測點所需要的時間稱為遷移時間，等于移動的距離除以速度。在電滲存在時，測得為表觀遷移率。V施加電壓 l毛細管有效長度L毛細管總長 t遷移時間E電場強度 第14頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四柱效和分辨率 一.擴散與理論板數(shù) 兩個電泳區(qū)帶的分辨率與區(qū)帶寬度有關(guān)，而區(qū)帶寬度在很大程度上取決于擴散過程。 溶質(zhì)組分的區(qū)帶擴展，是由于溶質(zhì)在介質(zhì)中的擴散速度不同而引起的。 在理想的條件下，在毛細管電泳中，溶質(zhì)區(qū)帶擴展的唯一因素是縱向擴展，因此，柱效只要與分子擴散有關(guān)：D溶質(zhì)的分子擴散系數(shù)（2.14） 第15頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四（2.16）式（2.16）表明： （1）高電場可使柱效增加 （2）當(dāng)毛細管總長與有效長度接近時，柱效與柱長幾乎無關(guān) 。 （3）大分子由于分子擴散系數(shù)小，在同樣條件下其柱效比小分子大。 實際理論板數(shù)可直接從電泳圖測得： 第16頁，共19頁，2022年，5月20日，7點26分，星期四分辨率： 毛細管電泳的分離主要是由于高柱效而