毛細(xì)管電泳法

1、毛細(xì)管電泳法電泳（electrophesis）是電解質(zhì)中帶電粒子在電場(chǎng)作用下想電荷相反方向遷移的現(xiàn)象，利用種現(xiàn)象對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離分析的方法，稱之為電泳法。電泳已有近百年歷史，在生物和生物化學(xué)發(fā)展中有重要的意義，Tiselins等用電泳法從人血清中分離出清蛋白、α、β和γ球蛋白，由于他們的杰出貢獻(xiàn)，1948年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。經(jīng)典電泳最大的局限性在于難以克服由高電壓引起的電解質(zhì)的自解，稱為焦耳熱（Jouleheating），這種影響隨電場(chǎng)強(qiáng)

2、度的增大而迅速加劇，因此限制了高壓電的應(yīng)用。毛細(xì)管電泳（CapillaryelectrophesisCE）是在散熱效率很高的毛細(xì)管內(nèi)進(jìn)行的電泳，可以應(yīng)用高壓電，極大地改善了分離效果。毛細(xì)管電泳的開創(chuàng)性工作一般認(rèn)為是在1981年，Jgenson和Lukacs使用內(nèi)徑75m的毛細(xì)管柱，分離丹?；被幔@得了40萬米理論塔板數(shù)的高柱效，充分展現(xiàn)了細(xì)內(nèi)經(jīng)毛細(xì)管電泳的巨大潛力。他們還從理論上證明，毛細(xì)管電泳柱效與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，與分子擴(kuò)散系數(shù)成

3、反比，這樣意味著外加高電壓可以獲高柱效，而且分離擴(kuò)散系數(shù)小的分子，如生物大分子可以更有效。隨著1988年商品儀器的迅速推出，毛細(xì)管電泳開始突飛猛進(jìn)的發(fā)展。近年來又建立了芯片式毛細(xì)管電泳（Chipcapillaryelectrophesis；CCE）和陣列毛細(xì)管電泳（capillaryarrayelectrophesis；CAE）。芯片式毛細(xì)管電泳利用刻制在載玻片上的毛細(xì)通道進(jìn)行電泳，可以在秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成上百的樣品的同時(shí)分析。陣列式毛細(xì)管

4、芯片有多條電泳通道，如Mathies實(shí)驗(yàn)室理由具有96條放射狀分布的陣列毛細(xì)管芯片在25min內(nèi)完成了四色M13標(biāo)準(zhǔn)DNA的測(cè)序工作。此外，還實(shí)現(xiàn)了樣品預(yù)處理及柱后衍生化芯片式毛細(xì)管電泳。毛細(xì)管電泳對(duì)單細(xì)胞成分的分析、對(duì)疾病的早期診斷和特定藥物的研究開發(fā)都具有重大的意義。第1節(jié)毛細(xì)管電泳的特點(diǎn)和分類一、電、電泳與色譜毛細(xì)管電泳和色譜都是一種分離分析方法，但二者的原理不同，兩者比較見下。1.分離原理電泳是指帶電粒子在一定介質(zhì)中因電場(chǎng)作用而

5、發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，因粒子所帶的電荷數(shù)、形狀、離解度等不同，有不同的遷移速度而分離。色譜是不同組分在兩相（固定相和流動(dòng)相）中的分配系數(shù)的不同而分離。但毛細(xì)管電泳的一些分離模式也包含了色譜的分離機(jī)制。2.分離過程電泳和色譜的分離過成都是差速遷移過程，可用相同的理論來描述，如色譜中所用的一些名詞概念和基本理論，如保留值、塔板理論和速率理論等均可借用于毛細(xì)管電泳中。3.儀器流程色譜與電泳的儀器，都包括進(jìn)洋部分、分離柱。檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理等部分。2、毛

6、細(xì)管電泳的特點(diǎn)毛細(xì)管電泳和高效液相色譜一樣，同是液相分離技術(shù)，它們可以互為補(bǔ)充，但無論從效率、速度、樣品用量和成本來說，毛細(xì)管電泳都顯示了一定的優(yōu)勢(shì)。毛細(xì)管電泳柱效更高，可達(dá)105~106m1，故也稱為高效毛細(xì)管電泳（highperfmancecapillaryelectrophesis；HPCE），分離速度更快，幾十秒至幾十分鐘內(nèi)即可完成一個(gè)式樣的分析；溶劑和試樣的消耗極少，試樣用量?jī)H為納升級(jí)；毛細(xì)管電泳沒有高壓泵輸液，因此儀器成本更

7、低；通過改變操作模式和緩沖溶液的成分，毛細(xì)管電泳有很大的選擇性，可以對(duì)性質(zhì)不同的各種分離對(duì)象進(jìn)行有效的分離。毛細(xì)管電泳的特點(diǎn)可以概括為“高效、低耗、快速、應(yīng)用廣泛”。3、毛細(xì)管電泳的分類按毛細(xì)管中填充物質(zhì)的性狀可分為自由溶液和非自有溶液毛細(xì)管電泳；按機(jī)制可分為電泳型、色譜型和電泳色譜型三類。常用于藥物分析的毛細(xì)管電泳的分離模式詳見表211表211211毛細(xì)管電泳主要分離模式毛細(xì)管電泳主要分離模式式中αi為樣品分子的第i級(jí)離解度，i?為活

8、度系數(shù)或其他平衡離解度。由上而見，荷電粒子在電場(chǎng)中的遷移速度，除與電場(chǎng)強(qiáng)度和介質(zhì)特性有關(guān)外，還與粒子的離解度、電荷數(shù)及其大小形狀有關(guān)。2、電滲和電滲率電滲是一種液體相對(duì)于帶電的管壁移動(dòng)的現(xiàn)象。電滲的產(chǎn)生和雙點(diǎn)層有關(guān)，由于用作毛吸管材料的石英的等電點(diǎn)約為1.5左右，因此在常用緩沖溶液pH（pH2）下，管壁帶負(fù)電，即石英毛細(xì)管內(nèi)壁覆蓋一層硅醇基陰離子，并吸引溶液中的陽離子，由此在毛細(xì)管內(nèi)壁形成表面帶陰離子的雙點(diǎn)層。雙點(diǎn)層中處于擴(kuò)散層的陽離子

9、，在負(fù)電荷表面形成一個(gè)圓筒形的陽離子塞流，在外加電場(chǎng)作用下，朝向陰極方向運(yùn)動(dòng)，如圖212。由于這些陽離子是溶劑化的，當(dāng)它們沿剪切面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，攜帶著溶劑一齊向陰極遷移，形成電滲流(electroosmoticflowEOF)。在開管柱條件下，毛細(xì)管內(nèi)電滲流為平頭塞狀，即流速在管截面方向上不變。電滲流速度uos以下式表示：EEuososos??????(214)式中os為電滲率（或電滲淌度），ζos為管壁的Zeta電勢(shì)，下標(biāo)os表示電滲

10、。在多數(shù)水溶液中，石英和玻璃毛細(xì)管表面因硅醇基離解會(huì)產(chǎn)生負(fù)電荷，許多有機(jī)材料如聚四氟乙烯，聚苯乙烯等也會(huì)因?yàn)闅埩舻聂然a(chǎn)生負(fù)電荷，其結(jié)果是產(chǎn)生指向負(fù)極的電滲。因此，在通常的毛細(xì)管區(qū)帶電泳條件下，電滲流從陽極流向陰極，其大小受電場(chǎng)強(qiáng)度、Zeta電勢(shì)、雙電層厚度和介質(zhì)粘度的影響。一般，Zeta電勢(shì)越大，雙電層越薄，粘度越小，電滲流值越大。在一般情況下，電滲流的速度是電泳速度的5~7倍。3、表觀淌度和權(quán)均淌度在毛細(xì)管電泳中，同時(shí)存在著電泳流

11、和電滲流，在不考慮相互作用的前提下，粒子在毛細(xì)管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)當(dāng)是兩種速度的矢量和，即：Euuuosefosefap)(??????(215)或osepap?????（216）uap為表觀遷移速度，ap稱為表觀淌度（apparentmobility）。當(dāng)把試樣從正極端注入到毛細(xì)管內(nèi)時(shí)，不同符號(hào)的離子將按表212的速度向負(fù)極遷移。分離后出峰的次序是：正離子中性分子負(fù)離子。中性分子都與電滲流速度相同，不能相互分離。表212212在電泳中的組