毛细管区带电泳

毛细管区带电泳（CZE）分离硝基苯酚异构体一、实验背景毛细管电泳、气相色谱、液相色谱是目前应用最广泛的高效分离技术，与气相色谱、液相色谱相比，毛细管电泳具有许多独特的优点，如分析速度快、柱效可高达数十万塔板/米、适用于带电样品的分离等，另外毛细管电泳具有样品消耗少、实验试剂成本低等优点，已广泛应用于生物、医药等领域的分离检测。

毛细管电泳技术是现代分离科学中必不可少的重要内容。

二、实验目的1．了解CZE分离的基本原理。

2．了解毛细管电泳仪的基本构造，掌握其基本操作技术。

3．学会计算CZE的重要参数。

4．运用CZE分离硝基苯酚异构体。

三、实验原理毛细管电泳是指以毛细管为通道、以高压直流电场为驱动力的一类液相分离分析技术。

毛细管区带电泳是最常用的一种毛细管电泳分离模式，它是根据被分离物质在毛细管中的迁移速度不同进行分离。

毛细管电泳分离分析装置如图1所示。

被分离物质在毛细管中的迁移速度决定于电渗淌度和该物质自身的电泳淌度。

一定介质中的带电离子在直流电场作用下的定向运动称为电泳。

单位电场下的电泳速度称为电泳淌度或电泳迁移率。

电泳速度的大小与电场强度、介质特性、离子的有效电荷及其大小和形状有关。

电渗是伴随电泳而产生的一种电动现象。

就毛细管区带电泳而言，电渗是指毛细管中电解质溶液在外加直流电场作用下的整体定向移动。

电渗起因于固液界面形成的双电层。

用熔融石英拉制成的毛细管，其内壁表面存在弱酸性的硅羟基，当毛细管中存在一定pH值的缓冲液时，硅羟基发生电离，在毛细管内壁形成带负电荷的“定域电荷”。

根据电中性的要求，“定域电荷”吸引缓冲液中的反号离子（阳离子）形成双电层。

在直流电场作用下双电层中的水合阳离子向负极迁移，并通过碰撞等作用给溶剂施加单向推力，使之通向运动，形成电渗。

单位电场下的电渗速度称为电渗淌度。

电渗速度与毛细管中电解质溶液的介电常数和粘度、双电层的 电势以及外加直流电场强度有关。

若同时含有阳离子、阴离子和中性分子的样品溶液在正极端引入毛细管后，在外加直流电场的作用下，样品组分在毛细管中的迁移情况如图2所示。

毛细管电泳科技名词定义中文名称：毛细管电泳英文名称：capillary electrophoresis;CE定义1：以毛细管为分离通道、高压电场为驱动力的电泳分离分析法。

包括毛细管自由流动电泳、毛细管区带电泳等。

应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；方法与技术（二级学科）定义2：以毛细管为分离通道、高压电场为驱动力的电泳分离分析法。

包括毛细管自由流动电泳、毛细管区带电泳、毛细管等电聚焦等。

应用学科：细胞生物学（一级学科）；细胞生物学技术（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE）又称高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis，HPCE），是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。

毛细管电泳实际上包含电泳、色谱及其交叉内容，它使分析化学得以从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。

长期困扰我们的生物大分子如蛋白质的分离分析也因此有了新的转机。

目录基础理论双电层Zeta 电势淌度、绝对淌度和有效淌度电渗、电渗流和表观淌度分类特点仪器系统影响分离因素缓冲液pH值分离电压温度添加剂进样测定药物与蛋白结合常数质谱联用微全分析系统应用综述CE在药物制剂分析中的应用CE在药物杂质检查中的应用CE在中药分析中的应用CE在手性药物分析中的应用生物样本中的药物及其代谢产物分析展望基础理论双电层Zeta 电势淌度、绝对淌度和有效淌度电渗、电渗流和表观淌度分类特点仪器系统影响分离因素缓冲液pH值分离电压温度添加剂进样测定药物与蛋白结合常数质谱联用微全分析系统应用综述CE在药物制剂分析中的应用CE在药物杂质检查中的应用CE在中药分析中的应用CE在手性药物分析中的应用生物样本中的药物及其代谢产物分析展望展开编辑本段基础理论双电层双电层是指两相之间的分离表面由相对固定和游离的两部分离子组成的与表面异号的离子层，凡是浸没在液体中的界面都会产生双电层。

毛细管电泳法概述毛细管电泳法是一种分离和测定化合物的方法，主要通过在毛细管中施加电场，利用化合物在电场作用下的电荷性质和分子大小来实现分离。

毛细管电泳法具有快速、高效、高分辨率、高灵敏度和易于自动化等特点，广泛应用于生命科学、化学分析和药物研发等领域。

原理毛细管电泳法的原理基于化合物在溶液中的电荷性质和分子大小。

在毛细管中施加电场后，带正电荷的化合物（称为阳离子）会向负极移动，带负电荷的化合物（称为阴离子）会向正极移动。

此外，较小的分子会比较大的分子更快地移动。

毛细管电泳法通常涉及两种类型：区域电泳和溶剂前移电泳。

区域电泳区域电泳是毛细管电泳法中常用的方法。

在区域电泳中，毛细管中的电场强度不均匀，其中一个区域的电场强度较弱，另一个区域的电场强度较强。

样品被注入到电场强度较弱的区域，然后通过施加电场使样品向较强的电场区域移动。

不同化合物的迁移速度取决于它们的电荷和分子大小，因此可以实现化合物的分离。

溶剂前移电泳溶剂前移电泳是另一种常用的毛细管电泳法。

在溶剂前移电泳中，毛细管中的电场强度是均匀的。

样品被注入到毛细管中，然后施加电场使样品移动。

不同化合物的迁移速度取决于它们在溶剂中的溶解度和电荷性质，因此可以实现化合物的分离。

仪器和操作步骤进行毛细管电泳法需要一些特定的仪器和材料，如毛细管电泳仪、毛细管、高电压电源、样品注射器、电解质缓冲液等。

下面是一般的操作步骤：1.准备工作：检查仪器是否正常工作，准备所需的电解质缓冲液和样品。

2.毛细管准备：将毛细管切割为适当长度，并连接到毛细管电泳仪。

3.缓冲液填充：将电解质缓冲液注入毛细管的两端，确保整个毛细管都充满缓冲液。

4.样品注射：使用样品注射器将待分离的样品缓慢而均匀地注入到毛细管中。

注射点距离电极一定距离。

5.施加电场：从高电压电源上施加适当的电场，在实验过程中保持稳定电场。

6.记录结果：观察样品的迁移情况，根据需要调整电场强度和时间，记录分离结果。

毛细管电泳法分离水杨酸、苯甲酸及阿司匹林中的含量测定毛细管电泳法分离水杨酸、苯甲酸及阿司匹林中的含量测定毛细管电泳又称高效毛细管电泳( High Performance Capillary Electrophoresis, HPCE) 是一种仪器分析方法。

通过施加10-40kV 的高电压于充有缓冲液的极细毛细管，对液体中离子或荷电粒子进行高效、快速的分离。

现在，HPCE 已广泛应用于氨基酸、蛋白质、多肽、低聚核苷酸、DNA 等生物分子分离分析，药物分析，临床分析，无机离子分析，有机分子分析，糖和低聚糖分析及高聚物和粒子的分离分析。

人类基因组工程中DNA 的分离是用毛细管电泳仪进行的。

毛细管电泳较高效液相色谱有较多的优点。

其中之一是仪器结构 简单（见图1）。

它包括一个高电压源，一根毛细管，紫外检测器及计算机处理数据装置。

另有两个供毛细管两端插入而又可和电源相连的缓冲液池。

high-v oltagepower supply BufferV ialBuffer V ial Detector Recording dev icecapillaryElectrode Electrode图1 CE 仪器组成示意图毛细管中的带电粒子在电场的作用下，一方面发生定向移动的电泳迁移，另一方面，由于电泳过程伴随电渗现象，粒子的运动速度还明显受到溶液电渗流速度的影响。

粒子的实际流速 V 是电泳流速度 Vep 和渗流速度 Veo 的矢量和。

即:V = Vep + Veo (1)电渗流是一种液体相对于带电的管壁移动的现象。

溶液的这一运动是由硅/水表面的Zeta 势引起的。

CE 通常采用的石英毛细管柱表面一般情况下(pH>3)带负电。

当它和溶液接触时，双电层中产生了过剩的阳离子。

高电压下这些水合阳离子向阴极迁移形成一个扁平的塞子流，如图2。

毛细管管壁的带电状态可以进行修饰，管壁吸附阴离子表面活性剂增加电渗流， 管壁吸附阳离子表面活性剂减少电渗流甚至改变电渗流的方向。

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）。