毛細(xì)管電泳基礎(chǔ)理論

毛細(xì)管電泳的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用匯報(bào)人：邵云龍

S201405002主要內(nèi)容影響分離效率的因素毛細(xì)管電泳特點(diǎn)及應(yīng)用毛細(xì)管電泳歷史發(fā)展致謝毛細(xì)管電泳基礎(chǔ)理論

◆1930年，Tiselins(瑞典)將蛋白質(zhì)混合液放在兩段緩沖溶液之間，兩端施以電壓進(jìn)行自由溶液電泳，第一次將人血清提取的蛋白質(zhì)混合液分離出白蛋白和α、β、γ球蛋白；發(fā)現(xiàn)樣品的遷移速度和方向由其電荷和淌度決定；

1948年，獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；毛細(xì)管電泳歷史發(fā)展經(jīng)典電泳分析traditionalelectrophoresis

◆利用電泳現(xiàn)象對(duì)某些化學(xué)或生物物質(zhì)進(jìn)行分離分析的方法和技術(shù)叫電泳法或電泳技術(shù)。按形狀分類：U型管電泳、柱狀電泳、板電泳；按載體分類：濾紙電泳、瓊脂電泳、聚丙烯酰胺電泳、自由電泳；傳統(tǒng)電泳分析：操作煩瑣，分離效率低，定量困難，無法與其他分析相比。

◆

1981年，Jorgenson和Luckas，用75μm內(nèi)徑石英毛細(xì)管進(jìn)行電泳分析，柱效高達(dá)40萬/m，促進(jìn)電泳技術(shù)發(fā)生了根本變革，后經(jīng)不斷發(fā)展完善，迅速成為可與GC、HPLC相媲美的嶄新的分離分析技術(shù)——（高效）毛細(xì)管電泳（HPCE）。高效毛細(xì)管電泳highperformancecapillaryelectrophoresis高效毛細(xì)管電泳在技術(shù)上采取了兩項(xiàng)重要改進(jìn)：

一是采用了0.05mm內(nèi)徑的毛細(xì)管柱；二是采用了高達(dá)數(shù)千伏的電壓。毛細(xì)管的采用使產(chǎn)生的熱量能夠較快散發(fā)，大大減小了溫度效應(yīng)，使電場(chǎng)電壓可以很高。電壓升高，電場(chǎng)推動(dòng)力大，又可進(jìn)一步使柱徑變小，柱長增加，高效毛細(xì)管電泳的柱效遠(yuǎn)高于高效液相色譜（一般HPLC柱的N在1000以上），理論塔板數(shù)高達(dá)幾十萬塊/米，特殊柱子可以達(dá)到數(shù)百萬。毛細(xì)管電泳與HPLC的比較高效毛細(xì)管電泳的特點(diǎn)1.儀器簡單、易自動(dòng)化

電源、毛細(xì)管、檢測(cè)器、溶液瓶2.分析速度快、分離效率高

在3.1min內(nèi)分離36種無機(jī)及有機(jī)陰離子，4.1min內(nèi)分離了24種陽離子；分離柱效：105～107/m理論塔板數(shù)；3.操作方便、消耗少

進(jìn)樣量極少，進(jìn)樣量1～10nL樣品量5ul～5mL，水介質(zhì)中進(jìn)行；4.應(yīng)用范圍極廣

有機(jī)物、無機(jī)物、生物、中性分子；生物大分子等；分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化學(xué)、環(huán)境保護(hù)、材料等；高效毛細(xì)管電泳的應(yīng)用手性化合物1堿性藥物分子2法醫(yī)毒物/臨床毒理3蛋白質(zhì)/多肽/氨基酸4糖類/糖蛋白5核酸/核苷酸6無機(jī)及有機(jī)離子/有機(jī)酸7水溶液中分子間的相互作用8單細(xì)胞分析9藥物與細(xì)胞的相互作用10毛細(xì)管

接觸解離定域電荷吸附離子雙電層雙電層

Zeta電勢(shì)備注：

pH＞3Si-O-HSi-O-電泳與電滲備注：V電滲是V電泳的5-7倍（1）可一次完成陽離子、陰離子、中性粒子的分離；（2）改變電滲流的大小和方向可改變分離效率和選擇性，如同改變LC中的流速；（3）電滲流的微小變化影響結(jié)果的重現(xiàn)性；在HPCE中，控制電滲流非常重要電滲流的方向

◆電滲流的方向取決于毛細(xì)管內(nèi)表面電荷的性質(zhì)：內(nèi)表面帶負(fù)電荷，溶液帶正電荷，電滲流流向陰極；內(nèi)表面帶正電荷，溶液帶負(fù)電荷，電滲流流向陽極；石英毛細(xì)管；帶負(fù)電荷，電滲流流向陰極；改變電滲流方向的方法：（1）毛細(xì)管改性表面鍵合陽離子基團(tuán)；（2）加電滲流反轉(zhuǎn)劑內(nèi)充液中加入大量的陽離子表面活性劑，將使石英毛細(xì)管壁帶正電荷，溶液表面帶負(fù)電荷。電滲流流向陽極。電滲流的大小◆電滲流的大小用電滲流速度uos表示，取決于電滲淌度μos和電場(chǎng)強(qiáng)度E。即

uos=μos

E電滲淌度取決于電泳介質(zhì)及雙電層的Zeta電勢(shì)，即μos=ε0εξε0—真空介電常數(shù)；ε—介電常數(shù)；ξ—毛細(xì)管壁的Zeta電勢(shì)。HPCE中影響電滲流的因素1.電場(chǎng)強(qiáng)度的影響

uos=μos

E(E=U/d)uos

∝U2.毛細(xì)管材料的影響

不同材料毛細(xì)管的表面電荷特性不同，產(chǎn)生的電滲流大小不同；3、電解質(zhì)溶液性質(zhì)的影響（1）溶液pH的影響

對(duì)于石英毛細(xì)管，溶液pH增高時(shí)，表面電離多，電荷密度增加，管壁zeta電勢(shì)增大，電滲流增大，pH=7，達(dá)到最大；pH<3，完全被氫離子中和，表面電中性，電滲流為零。分析時(shí)，采用緩沖溶液來保持pH穩(wěn)定。（2）溶液中離子的影響在其他條件相同，濃度相同而陰離子不同時(shí)，毛細(xì)管中的電流有較大差別，產(chǎn)生的焦耳熱不同。緩沖溶液離子強(qiáng)度，影響雙電層的厚度、溶液黏度和工作電流，明顯影響電滲流大小。緩沖溶液離子強(qiáng)度增加，電滲流下降。HPCE中影響電滲流的因素4.溫度的影響

毛細(xì)管內(nèi)溫度的升高，使溶液的黏度下降，電滲流增大。溫度變化來自于“焦耳熱”；

焦耳熱：毛細(xì)管溶液中有電流通過時(shí)，產(chǎn)生的熱量；

HPCE中的焦耳熱與背景電解質(zhì)的摩爾電導(dǎo)、濃度及電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。溫度每變化1攝氏度，將引起背景電解質(zhì)溶液黏度變化2%～3%；HPCE中影響電滲流的因素5添加劑的影響（1）加入濃度較大的中性鹽（K2SO4）→溶液離子強(qiáng)度增大→溶液的黏度增大，電滲流減小（2）加入表面活性劑，可改變電滲流的大小和方向加入陽離子表面活性劑減小電滲流。加入陰離子表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉（SDS）→壁表面負(fù)電荷增加→

zeta電勢(shì)增大→電滲流增大；（3）加入有機(jī)溶劑如甲醇、乙腈，使電滲流增大。HPCE中影響電滲流的因素因素結(jié)果說明電場(chǎng)強(qiáng)度正比于電滲.電場(chǎng)強(qiáng)度↓分離效率和分辨率↓.電場(chǎng)強(qiáng)度↑，焦耳熱↑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.可能引起溶質(zhì)組分電荷和結(jié)構(gòu)的改變離子強(qiáng)度或緩沖溶液濃度離子強(qiáng)度↑Zeta電位↓，電滲↓.離子強(qiáng)度↑，電流和焦耳熱↑.低離子強(qiáng)度可能存在