高效毛細(xì)管電泳法--原理

1、高效毛細(xì)管電泳技術(shù),電泳，及其電泳技術(shù),在電解質(zhì)溶液中，位于電場中的帶電離子在電場力的作用下，以不同的速度向其所帶電荷相反的電極方向遷移的現(xiàn)象，稱之為電泳?！　　∮捎诓煌x子所帶電荷及性質(zhì)的不同，遷移速率不同，可實(shí)現(xiàn)分離。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)。,高效毛細(xì)管電泳,（High Performance Capillary Electrophoresis，HPCE）

2、 簡稱毛細(xì)管電泳（Capillary Electrophoresis，CE），指以高壓電場為驅(qū)動(dòng)力，以毛細(xì)管為分離通道，依據(jù)樣品中各組分之間淌度和（或）分配行為上的差異而實(shí)現(xiàn)分離的一種液相分配技術(shù)。CE是經(jīng)典電泳技術(shù)和現(xiàn)代微柱分離技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。,基本裝置,CE 的基本裝置包括一個(gè)高壓支流電源、一根毛細(xì)管、一個(gè)檢測器及兩個(gè)供毛細(xì)管兩端插入而又可和電源相連的緩沖液貯瓶。,高效毛細(xì)管電泳,高效毛細(xì)管電泳相對(duì)于經(jīng)典電泳在技術(shù)上采取了兩項(xiàng)重要

3、改進(jìn)： 一是采用了0.05mm內(nèi)徑的毛細(xì)管, 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)，使電場電壓可以很高；電壓升高，電場推動(dòng)力大，又可進(jìn)一步使柱徑變小，柱長增加。,,界面化學(xué)電化學(xué)理論,1.擴(kuò)散雙電層理論電動(dòng)電泳現(xiàn)象： 在外加電場作用下，溶膠中固液兩相相對(duì)運(yùn)動(dòng)；或者在外加力作用下，迫使固液兩相進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，又可以產(chǎn)生電勢差及兩相相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這兩種相反的現(xiàn)象均

4、與界面電勢差及相對(duì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。,固液兩相產(chǎn)生的原因,1.固體表面從溶液有選擇吸附某種離子而帶電2.固體表面上的物質(zhì)粒子，在溶液發(fā)生電離。,,,,,,,,,基本理論,在電解質(zhì)溶液中，帶電粒子在電場作用 下，以不同的速度向其所帶電荷相反方向遷移。遷移速度為： 試中Vep為離子電泳遷移速度， μep為電泳淌度，E為電場強(qiáng)度, q為離子電荷量，η為介質(zhì)粘度，r為離子半徑。,,q,6πηr,· E,Vep=μep &#

5、183; E=,基本理論,CE所用的石英毛細(xì)管柱，在pH>3時(shí)，石英毛細(xì)管壁上的硅醇基(— SiOH）在水溶液中發(fā)生電離，產(chǎn)生的SiOˉ負(fù)離子使毛細(xì)管壁內(nèi)表面帶負(fù)電，和溶液接觸時(shí)相應(yīng)的緩沖液帶正電，形成了雙電層。,基本理論,在高電壓作用下，雙電層中的水合陽離子引起流體整體朝負(fù)極方向移動(dòng)，該現(xiàn)象稱為電滲流（electro-osmotic flow, EOF）。 電滲流速度可表示為：

6、其中Veo為電滲流速度， μeo 為電滲淌度， ξ為雙電層的Zeta電位， ε為分離介質(zhì)的介電常數(shù),,εξ,η,· E,Veo= μeo · E=,電滲流的特點(diǎn),1 具平面流型 其電滲驅(qū)動(dòng)力沿毛細(xì)管均勻分布，電滲速度的徑向分布幾乎是均勻的，它使整個(gè)流體像一個(gè)“塞子”一樣以均勻的速度向前運(yùn)動(dòng)，不會(huì)直接引起樣品組分區(qū)帶擴(kuò)散。 但在HPLC中，采用的壓力驅(qū)動(dòng)方式使柱中流體呈拋物線型，其中

7、心處速度是平均速度的兩倍，導(dǎo)致溶質(zhì)區(qū)帶本身擴(kuò)張，引起柱效下降，使其分離效果不如CE。,分離原理,粒子在電解質(zhì)溶液中的遷移速度等于電泳和電滲流兩種速度的矢量和,即V=Vep+Veo=(μep + μeo ) · E 正離子的運(yùn)動(dòng)方向和電滲流一致，故最先流出；中性粒子的電泳速度為0，故其遷移速度相當(dāng)于電滲流速度；負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)方向和電滲流方向相反，但因電滲流速度一般都大于電泳流速度，故它將在中性粒子之后流出。這樣，各種粒子因

8、遷移速度不同而實(shí)現(xiàn)了分離。,分離原理,,毛細(xì)管柱,毛細(xì)管柱是CE的核心部件，目前多為25~75μm之間，材料為聚四氟乙烯、玻璃和彈性石英，以石英居多。 選擇細(xì)內(nèi)徑毛細(xì)管柱有利于最大散熱，但比表面積大，會(huì)增加溶質(zhì)的吸附作用。,分離模式,毛細(xì)管電泳根據(jù)分離機(jī)理不同，具有多種分離模式，能夠提供互不相關(guān)而又互相補(bǔ)充的信息。,,,,毛細(xì)管區(qū)帶電泳（CZE）,毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜（MECC）,毛細(xì)管凝膠電泳（CGE）,毛細(xì)管等電聚焦（CIEF）

9、,毛細(xì)管等速電泳（CITP）,毛細(xì)管電色譜（CEC）,毛細(xì)管電泳,毛細(xì)管區(qū)帶電泳（CZE）,CZE又稱毛細(xì)管自由電泳，是毛細(xì)管電泳中最基本、應(yīng)用最普遍的一種模式。它在毛細(xì)管中僅填充緩沖液，基于溶質(zhì)組分在電場中的遷移速度不同而分離。前述的基本原理即是CZE的基本原理。,毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜（MECC）,毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜是電泳技術(shù)和色譜技術(shù)巧妙結(jié)合的分離新技術(shù)，也是毛細(xì)管電泳中唯一能同時(shí)分離中性物質(zhì)和離子型物質(zhì)的分離模式。,分離原理,MEC

10、C是在緩沖液中加入表面活性劑，當(dāng)其濃度高于臨界濃度時(shí)形成膠束。在電場力的作用下，毛細(xì)管水相可看作流動(dòng)相，膠束相可看作“準(zhǔn)固定相”，溶質(zhì)由其在膠束相和水相中的分配系數(shù)不同而在不同時(shí)間流出。,儀器,,特點(diǎn),與HPLC相比，CE的特點(diǎn)是： （1）分析速度快，柱效高； （2）幾乎不消耗溶劑，樣品用量小； （3）前處理簡單，甚至無需前處理； （4）可自由選擇被分離物質(zhì)的類型，使 圖譜清晰 （5）毛細(xì)管容易清洗，不容易

11、產(chǎn)生柱污染,,當(dāng)然CE也存在許多不足之處：（1）靈敏度和線性范圍不如HPLC（2）僅能夠?qū)崿F(xiàn)微量制備（3）定量精密度稍低于HPLC,應(yīng)用,◆ 離子分析◆ 體內(nèi)藥物分析◆ 中藥分析◆ 手性拆分◆ 蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸分析◆ DNA、RNA分析◆ 抗生素、維生素、糖類、單細(xì)胞分析,結(jié)語,綜上所述，CE技術(shù)在藥物分析領(lǐng)域已顯示出強(qiáng)大的實(shí)力，具有廣闊的發(fā)展前景，相信經(jīng)過科學(xué)工作者的不懈努力及深入研究，CE技術(shù)將得