高效毛细管电泳分离模式
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第五章高效毛细管电泳分离技术第一节毛细管电泳技术发展简史及其特点电泳是指带电粒子在电场作用下向电性相反的方向迁移的现象。
据此对某些化学或生物化学组分进行分离的技术称为电泳技术。
从1930年瑞典科学家Arne Tiselius首次提出电泳法至今已有70年的历史。
电泳法的发展大致可分为三个阶段。
1950年以前属初创阶段,主要是界面移动自由电泳,一般在U型管内进行,无支持物。
50年代至80年代中期出现了各种有支持物的电泳方法,如纸电泳、醋酸纤维电泳、琼脂糖电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳等,70年代后实现了仪器的自动化。
80年代后期出现了毛细管电泳方法,实现了微型化、自动化、高效、快速分析,毛细管电泳技术已经成为同现代色谱技术相比的分析化学领域中的一个令人瞩目的分支。
毛细管电泳(Capillary Electrophoresis,CE)或高效毛细管电泳(High Performance Capillary Electrophoresis,HPCE)是指以毛细管为分离室、以高压电场为驱动力的一类新型现代电泳技术。
毛细管电泳仪的基本结构见图5-1。
HV(0-+30KV)图1 毛细管电泳仪的结构图C—毛细管;D—检测器;E—电极槽;HV—直流高压电源;Pt—铂电极;S—样品;DA—数据采集处理系统完善的毛细管电泳仪应具备(1)有多种施压模式;(2)恒温精度高,恒温范围宽;(3)精确的进样控制;(4)检测器的灵敏度高等条件。
毛细管电泳分离技术用的是内径为5-100μm,外径为370μm,长为10-100cm的弹性熔融石英毛细管,毛细管的特点是(1)体积小;(2)散热快,可承受高电场;(3)可使用自由溶液、凝胶等为支持电解质,在溶液介质下可产生平面形状的电渗流。
毛细管电泳分离技术与传统的平板电泳和现代液相色谱分离技术相比具有很多优点:(1)高效(105-107理论塔板/米);(2)快速(几十秒至几十分钟);(3)分离模式多,选择自由度大;(4)分析对象广,从无机离子到整个细胞;(5)高度自动化;(6)样品需量小,运行成本低,无环境污染。
常用分离模式毛细管电泳是指所有在极细毛细管内进行的电泳新技术,它根据分离机理不同具有多种分离模式,能够提供互不相关而又相互补充的信息。
毛细管电泳常用的分离模式包括毛细管区带电泳(CZE)或称自由溶液毛细管电泳(FSCE)、胶束电动毛细管色谱(MECC)、毛细管凝胶电泳(CGE)、毛细管等电聚焦(CIEF)和毛细管等速电泳(CITP),各分离模式、分离机理见下表。
在大多数情况下,可以通过改变缓冲液的组成来实现不同的操作模式。
毛细管区带电泳毛细管区带电泳(CZE)是毛细管电泳中最简单、最基本、应用最广泛的一种分离模式。
在毛细管中仅填充缓冲液,基于溶质组分的迁移时间或淌度的不同而分离。
除了溶质组分本身的结构特点和缓冲液组成,不存在其他因素如聚合物网络、pH梯度或另一分配相对分离的影响。
CZE分离无需固体支持介质,不存在基质效应,能分离淌度差别很小的组分。
CZE 中由于电渗流的存在,阴、阳离子可以同时分析,中性溶质电泳迁移为零与电渗流同时流出,如下图。
CZE的特点是操作简单、快速、分离效率高,应用范围广。
从原理上讲可以适用于所有具有不同淌度的荷电粒子的分离,分子量范围从十几的小分子离子到几十万的生物大分子。
胶束电动毛细管色谱胶束电动毛细管色谱(MECC或MEKC)是电泳技术和色谱技术巧妙结合的分离新技术。
MECC是在电泳分离缓冲液中加人离子型表面活性剂胶束,使电中性物质能根据其在胶束相和水相的分配系数不同而进行分离。
MECC是毛细管电泳中唯一能同时分离中性物质和离子型物质的分离模式。
它是1984年由Terabe首先报道的一种新型的毛细管电泳技术,也是目前研究较多,应用较广的一种毛细管电泳操作模式。
MECC是基于胶束增溶和电迁移过程进行的,因此其分离要求有两相:一相是带电的离子胶束,是不固定在毛细管中的假固定相,它具有与周围缓冲液介质不同的电泳淌度,也可称为胶束电泳淌度(μmc),并且与分离溶质相互作用(胶束增溶过程);另一相是导电的水溶液相,在电场作用下,水相由电渗流驱动流向阴极(电迁移过程)。
化学分析中的高效毛细管电泳技术高效毛细管电泳技术(Capillary Electrophoresis, 简称CE)是一种目前被广泛应用于化学分析领域的分离技术,具有高分离能力、灵敏度和速度。
它可以同时进行多样品并行分析,适用于多种类型的样品,包括生物样品、环境样品、化学样品等。
毛细管电泳技术是基于电场作用下静电互斥效应对分子进行分离的一种方法。
输入狭小的管道(通常为毛细管)中,将溶液中分离物带电后,利用电场作用,将其向前驱动,从而实现品种之间的分离。
传统毛细管电泳技术所使用的电泳液通常是缓冲液,以静电作用之间的力为主导分离手段,运行时间长、分离精度低。
高效毛细管电泳则是一种改进后的技术,分离原理通过毛细管管壁与电泳液之间的热运动提高微分扩散率,导致选择性和分离速度快且准确,使传统毛细管电泳技术所不能完成的任务变得容易。
高效毛细管电泳技术是一种全自动的技术方案,成本较低、易于实验操作、重复性和稳定性优良(特别是借助于机器化和自动化实验流程)。
由于最小的检测体积与毛细管越小,假定其他条件一直不变(比如电泳液浓度、毛细管长度等),则分辨率就越高,尤其是在极小的机器装置中不失为一种非常适宜的选择。
高效毛细管电泳技术具有分离速度快、高分辨率、极高的检测灵敏度和线性范围广等优点,使得化学分析领域的许多应用成为可能,例如药物分析、毒物分析、食品检测、环境监测、生物学及基因研究等。
其中,高效毛细管电泳技术在药物研究领域中得到了普遍的应用。
例如,针对药物制剂快速筛选、有效成分定量分析、药物代谢产物的分析等这些方面,应用高效毛细管电泳技术已成为一种得到很好承认的分析和检测手段。
尽管高效毛细管电泳技术得到广泛的认同,并且得到了工业界和学术界的支持和投资,但是该技术在仪器精密度以及分离柱的可靠性方面仍有一定局限性。
因此,未来需要通过技术创新、展望未来科学发展进步等思想定力等途径不断拓展和改进高效毛细管电泳技术,使之广泛在许多领域得到应用,满足高速度、高分辨率、高灵敏度的需求。
色谱论文高效毛细管区带电泳色谱的原理和应用高效毛细管区带电泳色谱原理、方法和应用(化学化工学院 08级化学专业潘超张循)摘要:高效毛细管电泳( High Performance Capillary Electrophoresis缩写为H P C E ) , 是20 世纪末发展的一种高效、快速的分离技术,是经典电泳技术和现代微柱分离相结合的产物,是继高效液相色谱(HPLC)之后又一重大进展。
已在国际学术界引起强烈的反响和关注。
高效毛细管区带电泳是最基本、操作最简单、应用最广泛的一种毛细管电泳的分离模式, 通常看作其它模式的母体。
本文主要介绍它的原理和一些应用。
关键词:毛细管电泳毛细管区带电泳电渗流电渗现象引言在毛细管中进行区带电泳,一方面可减少焦耳热效应导致的区带加宽, 另方又可借用高效液相色谱的检测技术实现在线检测, 免除染色、脱色和扫描或照相。
1979年Mikkers 等[1]在内径为0.2mm长为20cm的毛细管中做区带电泳, 达到3.6万理论板。
1981年, Jorgenson和Lukacs做了理论上的初步考察, 认为在毛细管长度足够时, 电泳的分离效率与长度无关而与电压成正比:N=mV/2D。
其中N为理论板数, m为离子的迁移率, V为电压, D为离子的扩散系数。
为了提高电压而又不使电流太大, 同时也为了减小焦耳热效产生的径向温度梯度, 他们使用内径为0.075mm的毛细管。
在管长1米,电压3万伏时, 控制进样量尽量小, 达到约40万理论板的效率(用荧光胺衍生的肽)[2.3]是毛细管区带电泳的一次突破。
毛细管的采用使产生的热量能够较快散发,大大减小了温度效应,使电场电压可以很高。
电压升高,电场推动力大,又可进一步使柱径变小,柱长增加,高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱,理论塔板数高达几十万块/米,特殊柱子可以达到数百万。
为今后毛细管区带电泳的快速发展奠定了基础。
1、高效毛细管区带电泳色谱的原理1.1装置的结构高效毛细管电泳指以高压电场为驱动力, 以毛细管为分离通道, 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一类液相分离技术[ 4]。
毛细管电泳简介目录•1拼音•2英文参考•3高效毛细管电泳的基本原理•4高效毛细管电泳的分离模式o 4.1毛细管区带电泳(Capillary Zone Electroporesis,CZE)o 4.2毛细管凝胶电泳(Capillary Gel Electrophoresis,CGE)o 4.3胶束电动斩学毛细管色谱(Micellar Electrokiic Capillary Chromatography,MECC)o 4.4等电聚焦电泳(Isoelectric Focusing,IEF)o 4.5等速聚焦电泳(Isotachophoresis,ITP)o 4.6毛细管电色谱(capillary electrochromatography,CEC) o 4.7亲和毛细管电泳(affinity capillary electrkphoresis,ACE)o 4.8电动色谱(electrokiic chromatography,EKC)o 4.9非水相毛细管电泳(nonaqueous capillary electrphoresis,NACE)•5高效毛细管电泳的临床应用o 5.1血清蛋白质分析o 5.2免疫堿法(Immunosubtraction)鉴别单克隆蛋白的特征o 5.3血红蛋白成分的分析o 5.4肌红蛋白分析o 5.5脂蛋白分析o 5.6糖化血红蛋白(HbAlc)分析o 5.7同功酶的分离o 5.8免疫复合物分析o 5.9DNA片段和染色体分析o 5.10在治疗药物监测中的应用o 5.11其他小分子/离子的检测能•6展望1拼音máo xì guǎn diàn yǒng2英文参考Capillary Electrophoresis毛细管电泳(capillary electrophoresis, CE)又叫高效毛细管电泳(HPCE), 是近年来发展最快的分析方法之一。