高效毛细管电泳技术30页PPT

高效毛细管电泳分离模式
分离类型
八种分离类型，介绍常用的几种； 根据试样性质不同，采用不同的分离类型； 每种机理的选择性不同；
一、毛细管区带电泳
capillary zone electrophoresis ，CZE
带电粒子的迁移速度=电泳和电渗流速度的矢量和。 正离子：两种效应的运动方向一致，在负极最先流出； 中性粒子：无电泳现象，受电渗流影响，在阳离子后流 出； 阴离子：两种效应的运动方向 相反；ν电渗流 >ν电泳时,阴离子在 负极最后流出,在这种情况下,不但 可以按类分离,同种类离子由于差 速迁移被相互分离。
阳极端装稀磷酸溶液无，阴胶极端筛装稀分Na技OH溶术液；：采用低粘度的线性聚合物溶液代替高粘
度交联聚丙烯酰胺。柱便宜、易制备。
三、 胶束电动毛细管色谱（MECC ，MEKC）
micellar electrokinetic capillary chromatography，MEKC
1.缓冲溶液中加入离子型表面活性剂，其浓度达到临界 浓度，形成一疏水内核、外部带负电的胶束。
3. 氨基酸、蛋白质、多肽等的所带电荷与溶液pH有关， 在酸性溶液中带正电荷，反之带负电荷。在其等电点时，呈 电中性，淌度为零；
4. 聚焦：具有不同等电点的生物试样在电场力的作用下 迁移，分别到达满足其等电点pH的位置时，呈电中性，停止 移动，形成窄溶质带而相互分离；
5. 阳极端装稀磷酸溶液，阴极端装稀NaOH溶液；
最基本、应用广的分离模式；
二、毛细管凝胶电泳
capillary gel electrophoresis ，CGE
将聚丙烯酰胺等在毛细管柱内交联生成凝胶。 阳极端装稀磷酸溶液，阴极端装稀NaOH溶液；
ν电渗流 >ν电泳时,阴离子在负极最后流出,在这种情况下,不但可以按类分离,同种类离子由于差速迁移被相互分离。 负离子分析时，前导电解质的淌度大于试样中所有负离子的。

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四、柱效和分离度
（一）理论塔板数和塔板高度
引入与色谱相似的处理和表达方法，用理论塔板数n和 塔板高度H表示柱效。n可以直接由电泳图求出
n
5.54
tm W1/ 2
2
16
tm W
2
tm为起点到谱峰最高点所对应的时间，称为迁移时间。因为 毛细管中，没有固定相，不存在组分在固定相中分配和保留。
（2）阴离子的影响
在其他条件相同，浓度相同而阴离子不同时，毛细管中 的电流有较大差别，产生的焦耳热不同。
缓冲溶液离子强度，影响双电层的厚度、溶液黏度和工 作电流，明显影响电渗流大小。缓冲溶液离子强度增加，电 渗流下降。
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4. 温度的影响
毛细管内温度的升高，使溶液的黏度下降，电渗流增大。 温度变化来自于“焦耳热” 焦耳热：毛细管溶液中有电流通过时，产生的热量； HPCE中的焦耳热与背景电解质的摩尔电导、浓度及电场强度成正比。 温度每变化1，将引起背景电解质溶液黏度变化2%～3%；
二、电渗和电渗流
ef i i ep
i
1．电渗现象
当固体与液体相接触时，如果固体表面因某种原因带一 种电荷，则因静电引力使其周围液体带相反电荷，当液体两 端施加一定电压时，就会发生液体相对于固体表面的移动， 我们把这种液体相对于带电固体表面移动的现象叫做电渗。
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目前，高效毛细管电泳大多使用石英毛细管，在内充缓冲 液PH>2时，管壁的硅醇基（－SiOH）开始部分离解成硅醇 基阴离子（－SiO－），使管壁带负电荷，并由此吸引溶液中 的阳离子，在管壁和溶液之间形成双电层。毛细管内壁的双 电层及其电势分布见下图。

细管（内经2－5m） 中粗管（内径 25－75m） 粗管（内径100－250m）
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(3)毛细管的改性： 通常在毛细管内壁涂一层亲水性非离子型聚合物(如：聚 丙烯酰胺、甲基纤维素等)，这些涂层提高了对生物大分 子分离的效率。涂层的方法有两种。 物理涂层：将涂料经适当处理在毛细管内侧形成一层薄膜 化学涂层：是将涂料通过化学键偶联在毛细管的内侧。
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图表面活性对分离的影响示意图 A: 未加表面活性的分离效果, B:加入表面活性的分离效果
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5 进样方式 由于毛细管的内径非常细，其进样方式与常规电泳和层析 的进样方式有所不同。毛细管电泳的进样方式主要有两类 ，一类是电迁移进样，另一类是流体力学进样。
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E = V/Lt V: 电压 Lt: 毛细管两端的总长度
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(3)电泳淌度(Electric Field Mobility，简称ep ) 带电粒子在毛细管中，作定向运动的电泳速度与所在电 场强度之比。电泳淌度的单位用cm2/V.sec表示。
Ld/tm ep = Vep /E = ───
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3.3检测器： 毛细管电泳配置的检测器与高效液相层析使用的检测器大 致相同，都属于超微量分析，对检测器的灵敏度要求比较 高，常用的检测器 . 紫外检测器 灵敏度可达到10-17g 激光诱发荧光检测器，灵敏度可达到10-19g 质谱检测器，灵敏度可达到10-21g 核磁共振检测器，灵敏度可达到10-21g
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(8)热效应 (Joule Heating) 在高电场下毛细管中的电解质和电流发生剧烈的摩擦， 产生大量的热，这种自热现象，称之为热效应。
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E=V/L
• 电场力：在溶液中，电场对带电离子作用力（F）的大小等于带电离子 所带的净电荷（q）与电场强度的乘积：
F=q·E
• 在电泳迁移过程中，介质粘滞力（F’）必然会阻碍离子的迁移。 • 粘滞力的大小与离子大小、形状、缓冲液粘度、甚至电泳介质孔径均有
关系，与带电离子的移动速度更是直接相关。对于球形分子F’的大小 服从Stokes定律：
电荷，溶液表面带负电荷，电渗流流向阳极。
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2.CE中电渗流的流形
• 液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁 处流速最慢，管中心处的速度为平均速度的2倍 （引起谱带展宽较大）。
• 在毛细管电泳中，电荷均匀分布，整体移动，电渗 流的流动为平流，塞式流动（区带展宽很小），故 柱效较高。
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第三节 毛细管电泳仪
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一、仪器主要部件
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1.高压电源 （1）0～30 kV 稳定、连续可调的直流电源； （2）具有恒压、恒流、恒功率输出； （3）电场强度程序控制系统； （4）电压稳定性：0.1 %； （5）电源极性易转换；
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2. 毛细管
移μ速ef率（或Ee称f
电泳淌度）
q
6πr
:
由此可知，球形带电离子的迁移率，主要取决于自身状态，即与其所
带电量成正比，与其半径及介质粘度成反比。电泳过程中正是利用带
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二、电渗流
石英毛细管柱，内壁大约有8.31 mol/m2的硅醇基 （Si-OH），其等电点约为1.5，内充液pH>3时，表 面电离成SiO-，管内壁带负电荷，形成双电层。
• (2)快速：可在十几分钟甚至几十秒内完成分离；

蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关， CZE方式很难分别，采用CGE能获得良好分别。
；
毛细管凝胶电泳综合了电泳技术和平板 凝胶电泳的优点 :
电泳峰锋利，柱效极高 短柱上实现极好的分别 试样容量为10－12g
主要缺陷:制备柱较困难，寿命较短 已成为分别分析生物大分子如蛋白质、 多肽、核 酸、DNA等强有力的工具。 例运用CGE分别与激光诱导荧光检测相 结合，用于DNA序列快速分析。
；
5 毛细管等电聚焦 CIEF
1、毛细管内充有两性电解质〔合成的具有不同等电点 范围的脂肪族多胺基多羧酸混合物〕，当施加直流电压 〔6～8V〕时，管内将建立一个由阳极到阴极逐渐升高 的pH梯度；
2、氨基酸、蛋白质、多肽等的所带电荷与溶液pH有 关，在酸性溶液中带正电荷，反之带负电荷。在其等电 点时，呈电中性，淌度为零；
vT=vA=vB=vC=vL 或：
TET= AEA= BEB= CEC= LEL
式中， ，有效淌度， E，电场强度
由于
T〉 A〉 B〉 C〉 L，
所以有: E T < E A < E B < E C < E L
各区带的电场强度不同。前导电解质区带的电场强度最 小。
；
假设某一区带的离子进入前一区带， 由 于电场强度变小而减速，由假设进入到 下区带，由于电场强度变大而加速， 都 退回到原区带, 结果导致各区带构成鲜 明的界面.
毛细管电泳法
Capillary Electrophoresis, CE
；
毛细管电泳是带电粒子在电场力的 驱动下，在毛细管中按其淌度或分配系 数不同进展高效、快速分别的电泳新技 术，也称为高效毛细管电泳。
一、毛细管电泳的原理 二、分别方式

《高效毛细管电泳仪 》ppt课件
contents
目录
• 高效毛细管电泳仪简介 • 高效毛细管电泳仪的组成与结构 • 高效毛细管电泳仪的操作与使用 • 高效毛细管电泳仪的性能指标与评价 • 高效毛细管电泳仪的发展趋势与展望
01
高效毛细管电泳仪简介
定义与特点
定义
高效毛细管电泳仪是一种基于毛 细管电泳技术的分离分析仪器， 主要用于分析生物、化学、医学 等领域中的各种物质。
检测系统
总结词
检测系统的功能是对分离后的样品进行检测和信号转换，以 便对样品进行分析和数据处理。
详细描述
检测系统通常包括光电倍增管、紫外可见光检测器、电化学 检测器等部件。这些检测器能够将样品中的组分转化为可测 量的电信号或光信号，便于后续的分析和数据处理。
数据处理系统
总结词
数据处理系统的功能是对检测系统获得的信号进行采集、处理、分析和显示，以便对样品进行定性和定量分析。
详细描述
进样系统通常包括注射器、进样阀和 进样针等部件。它能够实现样品的定 量和定时注入，确保样品在电泳过程 中的准确性和稳定性。
分离系统
总结词
分离系统的功能是利用电场作用对不同成分的样品进行分离，是电泳仪的核心部 分。
详细描述
分离系统主要包括毛细管、电源和电解槽等部件。毛细管作为电泳通道，能够使 带电粒子在电场作用下进行迁移和分离。电源提供电场，而电解槽则作为电泳仪 的容器。
详细描述
数据处理系统通常包括数据采集卡、计算机和相关软件等部件。数据采集卡能够实时采集检测系统的信号，计算 机则对这些信号进行处理、分析和显示。相关软件能够对电泳图谱进行解析，提供定性和定量分析结果。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
03

NH3+ OH-
P
P
NH3+
NH2
OH-
P
H+
COOH
COO- H+
COO-
pH＜pI
pH＝pI
pH＞ pI
等电聚焦电泳
等电聚焦电泳具有很高的分辨率，在等电点 上只有有0.01pH单位的差异就能准确地分离
特别适合分离分子量相近而等电点不同的蛋 白质组分
特点：
等速电泳(isotachophoresis,ITP)
一个由阳极到阴极逐步增加的pH梯度，在此 体系中，不同的蛋白质即移动到或聚焦于其 相当的等电点位置上，也就是说被聚焦于一 个狭的区带中，电泳技术中的等电点聚焦也 称为聚焦电泳。 两性电解质：就是在不同PH环境下,电解质可 酸性电离,也可碱性电离,如磷酸(二)氢钠
等电聚焦电泳
蛋白质分子在不同pH下的解离状态
溶液离子强度：强度愈高，电泳速度愈慢。适宜强 度0.02~0.20mol/kg.
四、影响电泳的因素
电渗：液体相对于固体支持物的移动。泳动方向 与电渗方向一致时，则加快泳动速度；当颗粒的 泳动方向与电渗方向相反时，则降低颗粒的泳动 速度。
温度：温度每升高10c,迁移率增加2.4% 迁移率：
五、常用的电泳方法
类型 紫外-可见 荧光 激光诱导荧光 电导
检测限/mol 10-13～10-15 10-15～10-17 10-18～10-20 10-18～10-19
特点 加二极管阵列，光谱信息 灵敏度高，样品需衍生 灵敏度极高，样品需衍生 离子灵敏，需专用的装置
3.高效毛细管电泳仪实图
4.毛细管电泳的分离模式
Zeta电势ξw
扩散层 δ
剪切面

毛细管电泳运行
演示毛细管电泳的运行过程，通过动 态实验图展示离子的迁移和分离情况。
应用
高效毛细管电泳法 在生物医学研究中 的应用
介绍高效毛细管电泳法在基 因分型、蛋白质分析等生物 医学领域的应用案例和优势。
高效毛细管电泳法 在化学分析中的应 用
探讨高效毛细管电泳法在有 机合成反应、药物分析等化 学领域的应用前景和发展方 向。
实验流程
1
毛细管电泳仪器的准备
2
详细介绍毛细管电泳仪器的使用方法
和重要操作步骤。
3
样品注入
4
演示样品的注入方法，以及避免样品
交叉污染的技巧。
5
数据分析
6
引导分析和解释实验结果，包括峰形、 峰面积等关键参数。
样品准备
指导如何进行样品的制备和处理，确 保样品的纯度和适用性。
毛细管电泳条件的设置
讲解如何调整电泳条件以获得最佳的 分离效果，包括电压、温度等因素。
高效毛细管电泳法的优势是什么？
详细探讨高效毛细管电泳法相比传统电泳法的优越性，包括分离效率、分析速度、样品消耗 等方面。
原理
毛细管电泳法的基本原理
解释毛细管电泳法中离子迁移的基本原理，涉 及电流、电场、电泳缓冲液等关键概念。
高效毛细管电泳法的原理
详细说明高效毛细管电泳法相比传统电泳法的 原理，包括电泳缓冲液、毛细管柱等关键因素。
《高效毛细管电泳法》 PPT课件
高效毛细管电泳法为你揭开了一个全新的电泳世界。通过本课件，您将了解 到什么是毛细管电泳法、为什么需要高效毛细管电泳法以及其卓越的优势。
简介
什么是毛细管电泳法？
介绍毛细管电泳法的基本原理和技术特点，以及其在科学研究和实际应用中的重要性。

《高效毛细管电泳》PPT 课件
高效毛细管电泳（high-performance capillary electrophoresis）是一种分离和分 析生物分子的先进技术，通过利用电场将样品中的化学物质分离成不同的组 分。本课件将介绍高效毛细管电泳的原理、应用领域、实验步骤、仪器设备 要点、结果分析方法、技术优势以及其发展前景和应用展望。
高效毛细管电泳技术的原理
高效毛细管电泳利用高电场强度和小柱内径的毛细管，通过电荷作用和电泳 迁移对样品中的化学物质进行分离。该技术基于不同化学物质具有不同电荷 和迁移速度的原理。
高效毛细管电泳的应用领域
医学与生物学
用于分析蛋白质、核酸和药 物等生物分子，有助于研究 疾病害物质，有助于评估环 境污染程度。
定量分析
提高分析方法的准确性和灵敏度，广泛应用于 生物和医学领域。
高效分离
改进柱填充材料和分离条件，实现更高效的毛 细管电泳分离。
质谱联用
与质谱技术结合，实现分析结果更加丰富和准 确。
微型化与便携化
减小仪器体积，方便在实验室和野外进行高效 毛细管电泳分析。
高效毛细管电泳仪器设备要点
• 高压电源：提供电场强度。 • 毛细管柱：实现化学物质的分离。 • 自动进样器：精确注射样品。 • 检测器：记录电泳分离结果。
高效毛细管电泳结果分析方法
电泳图谱
通过观察电泳图谱的峰形、峰高 和峰面积等信息进行结果分析。
标准曲线
通过与已知浓度的标准样品进行 定量分析。
光谱荧光
利用化学物质的光谱和荧光特性 进行分析和标定。
高效毛细管电泳技术的优势
1 快速高效
2 微量样品
分离速度快，分辨率高，适用于高通量分析。
对样品需求量小，适用于分析稀有或有限样 品。

三、进样方式
injection method
high performance capillary electrophoresis apparatus
2019/9/3
一、高效毛细管电泳仪
high performance capillary electrophoresis apparatus
2019/9/3
检测限/mol 10-13～10-15 10-15～10-17 10-18～10-20 10-18～10-19
特点 加二极管阵列，光谱信息 灵敏度高，样品需衍生 灵敏度极高，样品需衍生 离子灵敏，需专用的装置；
2019/9/3
三、毛细管电泳的进样方式
injection method of HPCE
离子丢失：淌度大且与电渗流方向相反的离子可能进不 去；
特别适合黏度大的试样；
3. 扩散进样 试样通过扩散作用进入分离柱端口处。
2019/9/3
内容选择
2019/9/3
第一节 概述
generalization
第二节 高效毛细管电泳的理论基础
basic theory of HPCE
第三节 高效毛细管电泳仪器
仪器2
2019/9/3
仪器3
2019/9/3
二、仪器流程与主要部件
process and main assembly
• 电压：0～30kV； • 分离柱不涂敷任何固定液； • 紫外或激光诱导荧光检测器； （可检测到：10-19～10-21 mol/L）
2019/9/3
1.高压电源
（1）0～30 kV 稳定、连续可调的直流电源； （2）具有恒压、恒流、恒功率输出； （3）电场强度程序控制系统； （4）电压稳定性：0.1%； （5）电源极性易转换；