高效毛细管电泳(1)

高效毛细管电泳实验一、实验目的1. 进一步理解毛细管电泳的基本原理；2. 熟悉毛细管电泳仪器的构成；3. 了解影响毛细管电泳分离的主要操作参数。

二、实验原理1．电泳淌度毛细管电泳（CE ）是以电渗流 (EOF)为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一种液相微分离技术。

离子在自由溶液中的迁移速率可以表示为：ν = μE （1）r 6q πημ= （2）式中ν是离子迁移速率，μ为电泳淌度，E 为电场强度。

η为介质粘度，r 为离子的流体动力学半径，q 为荷电量。

因此，离子的电泳淌度与其荷电量呈正比，与其半径及介质粘度呈反比。

2．电渗流和电渗淌度电渗流（EOF ）指毛细管内壁表面电荷所引起的管内液体的整体流动，来源于外加电场对管壁溶液双电层的作用。

在水溶液中多数固体表面根据材料性质的不同带有过剩的负电荷或正电荷。

就石英毛细管而言，表面的硅羟基在pH 大于3以后就发生明显的解离，使表面带有负电荷。

为了达到电荷平衡，溶液中的正离子就会聚集在表面附近，从而形成所谓双电层，如图1所示。

这样，双电层与管壁之间就会产生一个电位差，叫做Zeta 电势。

但毛细管两端施加一个电压时，组成扩散层的阳离子被吸引而向负极移动。

由于这些离子是溶剂化的，故将拖动毛细管中的体相溶液一起向负极运动，这便形成了电渗流。

电渗流的大小可用速率和淌度来表示：()E EOF ηεξν/=（3） 或者 ηεξμ/=EOF （4）式中νEOF 为电渗流速率，μEOF 为电渗淌度，ξ为Zeta 电势，ε为介电常数。

3．毛细管电泳的分离模式CE 有6种常用的分离模式，其中毛细管区带电泳（CZE ）、胶束电动毛细管色谱（MEKC ）和毛细管电色谱（CEC ）最为常用。

本实验的内容为CZE 。

4．毛细管电泳的基本参数CE 中的分析参数可以用色谱中类似的参数来描述，比如与色谱保留时间相对应的有迁移时间，定义为一种物质从进样口迁移到检测点所用的时间，迁移速率（ν）则是迁移距离（l ，即被分析物质从进样口迁移到检测点所经过的距离，又称毛细管的有效长度）与迁移时间（t ）之比：t l=ν （5）因为电场强度等于施加电压(V)与毛细管长度(L)之比：L VE = （6）就CE 的最简单的模式—毛细管区带电泳（CZE ）而言，结合式（1），可得：tV lL tE l a ==μ （7）在毛细管区带电泳(CZE ）条件下测得的淌度是电泳淌度与电渗流淌度的矢量和，我们称之为表观淌度μa ，即：EOF e a μμμ+= （8）实验中可以采用一种中性化合物，如二甲亚砜或丙酮等，来单独测定电渗流淌度，然后求得被分析物的有效淌度。

高效毛细管电泳法(简称CE)是一种应用电泳原理的分离技术,适用于分离和测定小分子有机化合物和生物大分子,如氨基酸,肽,核酸和蛋白质等,因其操作简便,分离速度快,分辨率高,样品耗费小等优点而广泛应用于分析技术领域.
其原理主要是利用电荷作用力和电流作用力共同作用于被分离物质,在快速流动的毛细管内进行分离,不同的物质根据其理化性质差异,在电场力的作用下,快速分离并达到最终的分析结果.
具体分离过程可分为三步:1.预处理:通过对样品进行一些必要的化学或物理处理,如蛋白的
脱盐,核酸的降解等,使之达到最佳测定条件.2.分离和检测:样品被注入高压,在毛细管内被电场引导向阳极(或阴极)并被快速分离,经过检测器检测,得出分析结果.3.定量分析:基于标准品,定量分析被分离物质的浓度.
在实际应用中,高效毛细管电泳法可通过改变分离毛细管的材料、加入胶体、调整电场强度等方式,进一步提高分离效率和分辨率,并能够与其他分析技术结合使用,如质谱法、光谱法等.
综上,高效毛细管电泳法是一种快速、高效、准确的分离技术,具有广泛的实际应用价值,在
企业管理和生物学等领域都有着广泛的应用前景.。

高效毛细管电泳法原理1. 引言高效毛细管电泳（Capillary Electrophoresis，CE）是一种分离和检测样品成分的高效分析技术。

它基于电荷移动的原理，利用电场作用将带电样品分子按照电荷大小和大小排列分离。

本文将介绍高效毛细管电泳法的原理以及相关的基本概念。

2. 原理高效毛细管电泳法的分离原理主要包括电迁移、电渗流和扩散。

2.1 电迁移电迁移是指在电场作用下，带电离子向电极迁移的现象。

根据离子迁移速率的不同，可以将不同种类的离子分离开来。

在高效毛细管电泳中，利用气泡塞（例如墨水）将离子解进行填充到毛细管中，然后施加电压，使带电离子向电极移动。

2.2 电渗流电渗流是指随着离子迁移而产生的流动。

由于电场作用下毛细管内壁带有固定电荷，会在离子迁移的同时引起流体流动。

这种电渗流可加速离子的迁移速度，提高分离效率。

2.3 扩散扩散是指分子由于热运动而发生的自由扩散。

在高效毛细管电泳中，离子在电场作用下会发生迁移，而扩散则会限制离子迁移的速率。

通过控制毛细管的尺寸和填充材料，可以优化扩散效应，进一步提高分离效率。

3. 工作步骤高效毛细管电泳法的工作步骤主要包括样品进样、分离和检测。

3.1 样品进样样品进样是将待分析的样品注入到毛细管中的过程。

常用的进样方式包括静态进样和动态进样。

在静态进样中，样品通过注射器或微量移液器直接注入到毛细管中。

在动态进样中，利用高压电泵将样品以一定的流速进样到毛细管中。

3.2 分离分离是利用电场作用将样品中的成分分离开来的过程。

通过在毛细管两端施加电压，带电的离子根据电荷和大小进行迁移，从而实现分离。

根据需要可以调节电场强度、温度和 pH 等因素来优化分离效果。

3.3 检测检测是对分离后的样品进行定性和定量分析的过程。

常用的检测方法包括紫外光检测、荧光检测、电化学检测等。

通过对分离后的样品在检测器中发生的特定物理或化学反应进行检测，并根据峰面积或峰高来定量分析样品中的成分。

高效毛细管电泳色谱仪电泳基本概念一、简介高效毛细管电泳色谱仪（Capillary Electrophoresis, CE）是一种利用电场对带电化合物进行分离的技术。

它可以用来分离带正电荷、负电荷或无电荷的化合物，且在分离过程中不需要添加外部成分，如胶体或分离介质，因此不会改变样品的组成。

CE具有分离速度快、样品消耗少、自动化程度高和分离精度高等特点，在生物、医药和环境等领域得到了广泛应用。

二、电泳原理在CE中，带电荷的样品离子在电场中移动，移动速度与带电离子的电荷数和电场力大小成正比。

由于样品分子的大小、形状和电荷都不相同，它们在电场中的移动速度也各不相同，因此分离出不同成分的样品提供了可能。

CE通过在一根毛细管内施加高电场，使带电离子向着管底方向移动，借此实现所有样品分子的分离。

三、电泳参数CE基本的电泳参数包括电场强度、毛细管内液体pH值、毛细管壁面涂层、电容耦合、温度等。

1.电场强度：CE中的电场强度通常在10-100 kV/m之间，由于呈现出非线性的行为，这个参数对电泳速度和分离能力有着重要的影响。

2.pH值：毛细管内液体pH值的选择和调整是CE中的一个重要环节。

通常选择分析物理化性质相似的缓冲液，以使质氢或氢氧离子浓度在毛细管内始终保持一定水平。

3.微粒衬底：在一些情况下，添加微粒衬底可以增加分离能力和电泳效率，但是同样也会使分辨率降低。

4.温度：温度对分离速度、分离度和电泳峰形都有影响，通常情况下，温度越高，电泳速度会越快。

四、毛细管电泳色谱仪毛细管电泳色谱仪（Capillary Electrophoresis Instrument, CEI）包括注射器、毛细管、高压电源、检测器和控制软件等部件。

其中，注射器和毛细管是CE中最关键的部件。

毛细管通常是由非活性材料制成的，如硅胶或石英玻璃。

常用的检测器包括荧光检测器、紫外-可见光检测器、电化学检测器和质谱检测器等。

五、应用CE在分析各种样品中有着广泛的应用，包括各种生物分子、有机和无机化合物、药物、食品、环境和化妆品样品。

高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis，HPCE）是近年来发展起来的一种分离、分析技术，它是凝胶电泳技术的发展，是高效液相色谱分析的补充。

该技术可分析的成分小至有机离子、大至生物大分子如蛋白质、核酸等。

可用于分析多种体液样本如血清或血浆、尿、脑脊液及唾液等，HPLC分析高效、快速、微量。

电泳迁移不同分子所带电荷性质、多少不同，形状、大小各异。

一定电解质及PH的缓冲液或其它溶液内，受电场作用，样本中各组分按一定速度迁移，从而形成电泳。

电泳迁移速度(v)可用下式表示：v=uE其中E为电场强度(E＝V/L，V为电压，L为毛细管总长度)。

u 为电泳淌度。

电渗迁移：电渗迁移指在电场作用下溶液相对于带电管壁移动的现象。

特殊结构的熔合硅毛细管管壁通常在水溶液中带负电荷，在电压作用下溶液整体向负极移动，形成电渗流。

带电微粒在毛细管内实际移动的速度为电泳流和电渗流的矢量和。

分离分析类型根据其分离样本的原理设计不同主要分为以下几种类型：①毛细管区带电泳（capillary zone electrophoresis，CZE）；②毛细管等速电泳（capillary chromatography，CITP）；③毛细管胶速电动色谱（miceller electrokinetic capillary chromatography，MECC）；④毛细管凝胶电泳（capillary gelelectrophoresis，CGE）；⑤毛细管等电聚焦（capillary isoelectric focusing ，CIEF）。

毛细管区带电泳（CZE）为HPCE的基本操作模式，一般采用磷酸盐或硼酸盐缓冲液，实验条件包括缓冲液浓度、ｐＨ值、电压、温度、改性剂（乙腈、甲醇等），用于对带电物质（药物、蛋白质、肽类等）分离分析，对于中性物质无法实现分离。

毛细管胶束电动色谱（MECC）为一种基于胶束增溶和电动迁移的新型液体色谱，在缓冲液中加入离子型表面活性剂作为胶束剂，利用溶质分子在水相和胶束相分配的差异进行分离，拓宽了CZE的应用范围，适合于中性物质的分离，亦可区别手性化合物，可用于氨基酸、肽类、小分子物质、手性物质、药物样品及体液样品的分析。

高效毛细管电泳HPCE优势：高效、高速、低耗。

一、原理【1】电泳和电泳淌度1、电泳带电离子在电场中的定向移动，不同离子具有不同的迁移速度。

影响因素：当带电离子以速度ν在电场中移动时，受到大小相等、方向相反的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。

故：式中：q—离子所带的有效电荷；E —电场强度；ν—离子在电场中的迁移速度；f —平动摩擦系数( 对于球形离子：f =6πηγ；γ —组分离子半径；η —介质的粘度；对于棒形离子：f =4πηγ)✈物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。

电泳淌度：单位场强下离子的平均迁移速度。

2、淌度单位电场强度下电渗流的平均迁移速度。

1.绝对淌度(absolute mobility)μab无限稀释溶液中带电离子在单位电场强度下的平均迁移速度，简称淌度。

2.有效淌度(effective mobility)μef实际溶液中的淌度(实验中测定的)。

μef=∑a iμiγia i —溶质i的解离度；μi —溶质i在解离状态下的绝对淌度γi：活度系数✎有效淌度即在除去干扰因素后的电泳淌度。

3.表观淌度μap离子在实际分离过程中的迁移速度（表观迁移速度）：νap=μap E4。

表观迁移速度电泳和电渗速度的矢量和故电荷实际迁移速度的影响因素有：电场强度、介质黏度、电荷数、离子离解度及其大小形状。

【2】电渗和电渗淌度1、电渗流现象当固体与液体接触时，固体表面由于某种原因带一种电荷，则因静电引力使其周围液体带有相反电荷，在液-固界面形成双电层，二者之间存在电位差。

当液体两端施加电压时，就会发生液体相对于固体表面的移动，这种液体相对于固体表面的移动的现象叫电渗现象。

电渗现象中整体移动着的液体叫电渗流（electroosmotic flow ，简称EOF）。

2、HPCE中电渗流的大小电渗流的大小用电渗流速度ν电渗流表示，取决于电渗淌度μ和电场强度E。

即ν电渗流= μ E电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即μ = ε0εξε0—真空介电常数；ε—介电常数；ξ—毛细管壁的Zeta电势。

高效毛细管电泳——非接触式电导检测法测矿泉水中四种阳离子含量化学与化学工程学院分析科学研究所中山大学，广东510275摘要本实验利用高效毛细管电泳的仪器，通过标准加入法，结合非接触式电导检测的方法对中山大学水厂生产的“中大逸仙泉”矿泉水产品中的四种金属离子——K+、Na+、Mg2+、Ca2+进行定性定量分析。

条件：8mmol·L-1 Tris + 6mmol/L 酒石酸为电泳运行液；分离电压+14 kV。

结果测得矿泉水样品中K离子浓度为5.30mg/L，Na离子浓度为2.06mg/L，Mg离子浓度为0.44mg/L，Ca离子浓度为1.52mg/L。

关键词高效毛细管电泳法非接触式电导检测法标准加入法矿泉水阳离子分析0 引言矿泉水（Mineral Water）是指水中含有矿物质或其他溶解的物质。

而这些物质中的K+、Na+、Mg2+、Ca2+四种阳离子含量的测定方法，国家标准中[1]对于K+和Na+是用火焰发射光度法、火焰原子吸收分光光度法和离子色谱法等；而Mg2+和Ca2+则较多使用EDTA二钠滴定法以及火焰原子吸收分光光度法。

但以上方法均受限于单元素测定，效率较低且基底影响较大。

现今也有使用ICP作为光源[2]对金属元素进行测定的应用，但仪器价格较为昂贵，普及度较低。

高效毛细管电泳（High Performance Capillary Eletrophoresis,HPCE）利用了电泳和电渗的原理，通过在充满缓冲液的毛细管两边加上高电压后进行电泳，由于样品各组分在毛细管内的迁移速度不同，使得经过一段时间后，各组分会按照其速度大小顺序依次经过检测器而被检出，从而进行定性和定量分析。

该方法具有成本低、分离效能高、速度快、应用范围广和样品用量少等优点，已经成为现今重要的分离分析手段[3]。

对应的检测手段中，紫外/可见检测器[4]的应用较广泛，但由于检测光程受到毛细管内径的限制导致灵敏度低。

而电导法不仅灵敏度高，而且操作简单，其根据电极与待测溶液是否接触分为接触式和非接触式电导检测。