毛细管区带电泳
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 管中按其淌度或和分配系 数不同进行高效、快速分 离的电泳新技术，也称为 高效毛细管电泳。
20世纪30－40年代 蒂塞利乌斯 (A.W.K.Tiselius） 建立了移动界面电泳，将电泳发 展成分离技术 获得1948年诺贝尔化学奖
实验中，只发生电泳时有效淌度
μef =υef ﹒ (L /V) =( l / tm )﹒(L /V)
毛细管有效长度
迁移时间 毛毛细管细电泳管法 总长度
电压
2 电泳和电渗
电渗
与固液界面的双电层有着密切的关系
在毛细管壁双电层的扩散层中的阳离子，相对于毛 细管壁的负电荷表面，形成一个圆筒形的阳离子鞘， 在电场作用下，溶剂化了的阳离子，沿滑动面与紧 密层作相对运动，携带着溶剂一起向阴极迁移，便 形成了电渗流（electroosmotic flow , EOF）。
1981年 J.W.Jorgenson,K.D.Lukacs实验上和理论 上为毛细管电泳的发展奠定了基础。 上一世纪后二十多年分析化学领域中发展最迅速的分离 分析方法。
主要内容
毛细管电泳的原理 分离模式 进样与检测 毛细管电泳的应用
一 毛细管电泳的原理
1 装置
电极 缓冲液
毛细管
数据处理
毛细管电泳法
2 电泳和电渗
µeo正比于Zeta电势和介质的 介电常数
改变电渗流的方法
反比于介质的黏度
Zeta电势正比于双电层厚度 和界面有效电荷密度
1. 改变外加径向电场
反比于介质的介电常数
2. 改变缓冲液成分和浓度
Zeta电势
3. 改变缓冲液pH 4. 加入添加剂
毛细管电泳法
在毛细管中施加电场，带电粒子在电场的作用下产生迁移，由于迁移速度与粒 子所带电荷、半径、质量等因素有关，因此不同粒子在电场中产生不同的迁移 速度，从而实现分离。
发展历程
01
02
03
1980年代初期
毛细管电泳法由 Jorgenson和Lukacs首次 提出并实验验证。
1980年代中期
该技术逐渐成熟，被广泛 应用于生物、医药、环境 等领域。
饮用水安全
毛细管电泳法能够检测饮用水中 的消毒副产物、有机污染物等， 保障饮用水安全。
在食品检测领域的应用
食品添加剂分析
毛细管电泳法能够分离和检测食品中 的添加剂，如色素、防腐剂等，有助 于食品安全监管。
营养成分分析
毛细管电泳法能够快速分析食品中的 营养成分，如氨基酸、维生素等，有 助于食品质量控制和营养评价。
核酸分析
毛细管电泳法能够分离和检测核酸片段，用于基 因诊断、基因表达研究和法医学鉴定。
3
临床检验
毛细管电泳法可用于检测体液中的小分子代谢物， 如氨基酸、糖类等，辅助临床诊断。
在环境监测领域的应用
污染物分析
毛细管电泳法能够分离和检测水 体、土壤中的有害物质，如重金 属、农药残留等，有助于环境监 测和污染治理。
在化学分析领域的应用
有机物分析
毛细管电泳法能够分离和检测有机化合物，如药物、染料等 ，在药物研发、化工生产等领域有广泛应用。
金属离子分析
毛细管电泳法能够高灵敏度地检测金属离子，如铅、汞、镉 等，可用于地质、冶金和环境等领域的研究。
谢谢
THANKS
加样
将处理好的样品加入毛 细管中，注意控制加样
量。
施加电压
启动电源，施加适当的 电压，使带电粒子在电
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。
毛细管区带电泳
毛细管区带电泳的定义
区带电泳的分离原理
区带电泳的操作条件
毛细管区带电泳的应用
毛细管区带电泳的定义
＊毛细管区带电泳（capillary zone electrophoresis）：
也称为毛细管区带电泳自由溶液电泳，是毛细管电泳最基本
基于试样组分质荷比的差异。
＊毛细管区带电泳的分离对象：
特别适合分离带电化合物，包括 无机阴离子、无机阳离子、有机酸、胺类化合物、氨基酸、蛋白质等，不能 分离中性化合物。
毛细管区带电泳的分离原理
＊溶质中具有不同质荷比的带 电粒子在电渗流的作用下流出 速度的差异，达到分离。
＊溶质的流出顺序：阳离子> 中性粒子>阴离子
＊质荷比越大的粒子流出上网 速度越快。
2.手性添加剂
手性冠醚、环糊精的加入可以实现对光学异构体的手性拆分。
3.添加高分子非电解物质
高分子添加剂的加入可以形成分子或者特殊的局部结构，从而影响分离 过程，如纤维素、聚乙烯醇、多糖等。
4.表面活性剂
表面活性剂具有增溶， 吸附形成胶束的功能。低浓 度的阳离子表面活性剂，能 在毛细管壁形成单层或者双 层吸附，改变电渗流的大小 甚至方向。必须说明的是， 加入的表面活性剂的浓度必 须小于其临界胶束浓度。
硼酸盐、三羟甲基氨基甲烷等缓冲溶液，因缓冲容量大，背景干扰小，经 常被作为缓冲溶液使用。
缓冲溶液的pH决定了弱电离试样的有效淌度，同时控制着电渗流的大小和 方向，一般通过实验来优化最佳pH值。
添加剂的种类及作用
1.中性盐
加入高浓度的中性盐，大量的阳离子争夺毛细管壁的负电荷从而降低管 壁对蛋白质的吸附。
capillaryzoneelectrophoresis毛细管区带电泳的定义区带电泳的分离原理区带电泳的操作条件毛细管区带电泳的应用毛细管区带电泳的定义毛细管区带电泳capillaryzoneelectrophoresis
毛细管电泳技术及应用
毛细管电泳技术能够高效分离蛋白质 ，包括白蛋白、球蛋白、酶等，为生 物制药、蛋白质组学等领域提供有力 支持。
DNA和RNA分析
毛细管电泳可用于分析DNA和RNA片 段，在基因诊断、基因工程和生物信 息学等领域有广泛应用。
药物分析
药物成分分离
毛细管电泳能够分离和检测药物中的有效成分和杂质，有助于药物质量控制和研发。
仪器设备与操作
仪器设备
包括高压电源、进样系统、毛细管、检测器和数据采集系统等部分。
操作步骤
首先将样品注入毛细管一端，然后施加电压使带电粒子在电场中移动，同时通 过检测器对分离出的粒子进行检测，最后通过数据采集系统记录数据并进行分 析。
02
毛细管电泳的分离模式
区带电泳
总结词
区带电泳是毛细管电泳中最简单的一种形式，其原理是将样 品加在毛细管的一端，然后施加电压，使样品在电场的作用 下进行分离。
详细描述
在区带电泳中，样品在毛细管中形成一色带，由于不同组分 在电场中的迁移率不同，因此会以不同的速度向另一端移动 ，从而实现分离。这种分离模式适用于简单样品，如氨基酸 、肽和蛋白质等。
胶束电动色谱
总结词
胶束电动色谱是在毛细管电泳中加入一种称为表面活性剂的物质，使溶液的离子 强度和粘度发生变化，从而影响离子的迁移率。
要点二
血液中成分分析
通过毛细管电泳技术，可以分析血液中的离子、小分子和 蛋白质等成分，为临床诊断和治疗提供依据。
04
毛细管电泳技术的优缺点
优点
高分离效率
毛细管电泳技术利用电场对带电粒子的作用力，使其在毛 细管中分离，具有极高的分离效率，特别适合于复杂样品 的分离。
高灵敏度
毛细管电泳技术结合了多种检测手段，如紫外-可见光谱 、荧光光谱等，可以实现高灵敏度的检测，有利于痕量物 质的检测。
毛细管电泳和毛细管电色谱
其他领域
毛细管电泳还应用于食品分析 、冶金、地质等领域，可用于 金属离子、矿物成分等的分离
和检测。
02 毛细管电泳技术
CHAPTER
进样技术
压力进样
通过施加压力使样品进 入毛细管，适用于大体
积样品。
电动进样
利用电场力驱动样品进 入毛细管，适用于低粘
电解质浓度
影响电场强度和离子迁移率。
温度
影响分子热运动和扩散系数。
毛细管材料和内壁处理
影响样品在毛细管内的吸附和分离效 果。
03 毛细管电泳实验
CHAPTER
实验流程
安装毛细管
选择合适的毛细管，将其插入 仪器，确保密封良好。
运行实验
设定合适的实验参数，如电压、 温度、检测波长等，开始实验。
准备毛细管电泳仪
进系统
用于将样品注入到毛细管中。
实验材料
毛细管
具有微米级内径的玻璃或石英管，是电泳的分离通道。
电解质溶液
用于提供电泳所需的离子环境。
样品
待测物质，需进行适当预处理。
清洗液
用于清洗毛细管和仪器，保持实验的准确性。
04 毛细管电色谱简介
CHAPTER
定义与原理
定义
毛细管电色谱（CEC）是一种将高效电泳分离与高效液相色谱的固定相相结合 的分离技术。
亲和电泳
利用特异性亲和作用进行分离 ，如抗体-抗原、酶-抑制剂等
。
检测方法
紫外可见光谱
利用紫外可见光谱检测分离出的组分。
电化学检测
利用电化学方法对分离出的组分进行检测。
荧光检测
利用荧光物质标记待测组分，通过荧光信号 进行检测。
毛细管区带电泳法测定4种抗HIV-1活性的化合物与牛血清白蛋白的结合常数
［$， !］
与传统的测定结合常数的电位法、 平衡透析法、 光度 @. 用 于 分 子 间 相 法、 高效液相 色 谱 法 等［ * & % ］相 比， 互作用的研究具有以下优点： 分析速度快， 分离效率 高， 样品 用 量 少 （ 9%") 级 ） ， 对受体的纯度要求不 高， 可在溶液中进行， 可保持生物分子相互作用所需 要的生理条件， 更接近体内的结合行为， 有多种模式
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高效毛细管电泳HPEC
青霉素发酵液的高效毛细管电泳图
1. 青霉素G钠 ；2. 6-氨基青霉烷酸； 3. 对羟基苯乙酸 ；4. 邻羟基苯乙酸 ；5. 苯乙酸
2. 中药成分分析 如：黄酮及其苷类分析
HPCE条件
毛细管40cm×50μm (Bio-Rad) 检测波长：UV275nm 进样：10psi × sec 操作压力：20KV(+)→(-) 柱温：20℃ 缓冲液：50mmol/L磷酸二氢钠-12.5mmol/L硼 砂(pH8.0)
北沙参供试品溶液的毛细管电泳图
1. 补骨脂素; 2. 花椒毒素; 3. 异茴芹内酯; 4. 佛手柑内酯; 5. 东莨菪内酯。
复方生脉散的毛细管电泳指纹 图谱研究
利用毛细管电泳(CE)方法建立中药复方 生脉散(红参、麦冬、五味子)的指纹图谱。
采用序贯式均匀设计的方法优化CE分离 条件，确定生脉散指纹图谱 电泳条件为:以pH为9.5、44 mmol/L硼砂、 34 mmol/L SDS为缓冲溶液体系， 运行电压25 kV，温度25℃， 压力进样50 mbar×100 s， 检测波长200 nm。
3. 毛细管凝胶电泳 凝胶的网络结构对溶质具 有分子筛的作用，可分离质荷 比相同但分子大小不同的组分。 在分子生物学和蛋白质化 学上有着十分广泛的应用。
4. 毛细管等电聚焦
根据蛋白质的等电点不同 而进行分离。
E B B F A B D A C F C A B A A E D D D E AE D C C E B B AA BB AA BB CC DD CC DD EE EE FF FF
低
pH梯度
高
毛细管电泳的操作
将运行缓冲液充满毛细管柱 移去进样端缓冲液池，用样品池代替 用电动或压力进样方式进样 将进样端缓冲液放回 毛细管两端加操作电压进行电泳分离 分离样品迁移至检测窗检测，数据记录 和处理
毛细管电泳法
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
上一世纪后二十年分析化学领域中发展最迅速的分离分析方法
4
高效毛细管电泳（High-Performance CE）
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 一是采用了细内径的毛细管（ 一是采用了细内径的毛细管（ 2-75 µm ）； 二是采用了高达数千伏至数万伏的电压
毛细管电泳
Capillary Electrophoresis, CE
1
1937年，Tiselius(瑞典)将蛋白 质混合液放在两段缓冲溶液之间， 两端施以电压进行自由溶液电泳， 第一次将人血清提取的蛋白质混合 液分离出白蛋白和α、β、γ球蛋 白； 发现样品的迁移速度和方向由 其电荷和淌度决定； 其电荷和淌度决定； 第一次的自由溶液电泳； 第一次的自由溶液电泳；第一 的自由溶液电泳 电泳仪； 台电泳仪； 1948年，获诺贝尔化学奖； 年 获诺贝尔化学奖；
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5 HPCE中电渗流的流型 HPCE中电渗流的流型
电荷均匀分布，整体移动，电渗流的流动为平流，塞式 流动（谱带展宽很小）； 液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁处流 速为零，管中心处的速度为平均速度的2倍（引起谱带展宽 较大）。
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6 HPCE中电渗流的作用 HPCE中电渗流的作用
电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5～7倍； 电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为： 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为：
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(3)电泳淌度 电泳淌度(Electric Field Mobility，简称µep ) 电泳淌度 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 µep = Vep /E = ─── V/Lt Vep:电泳速度 E：电场强度 Ld: 毛细管入口端至检测器长度 (4) ξ电势(Zeta Potential) 电势(Zeta 参与形成双电层被毛细管表面吸附的一层离子与溶液中的游离阳离子之间会 产生一个电势，称为毛细管壁Zeta电势。毛细管壁为高电位区，中心点为低 电位区，毛细管的半径越大电位差越大，形成的ξ电势越大。
毛细管电泳法
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。
毛细管电泳仪原理
毛细管电泳仪原理
毛细管电泳仪是一种利用毛细管中的电泳现象进行物质分离的仪器。
其原理简述如下：
1. 毛细管: 毛细管是一种细长而细腻的玻璃管或石英管，内径通常为10-100微米。
毛细管的内壁具有一定的静电性质，可以吸附带电物质。
2. 缓冲液: 毛细管中填充有一种称为缓冲液的溶液。
缓冲液可以调节溶液的pH值，并提供离子，以保持毛细管内部电荷平衡。
3. 样品注入: 需要分离的样品溶液通过吸管或注射器被注入毛细管中。
4. 应用电场: 在毛细管的两端施加电压，产生电场。
由于毛细管内部具有一定的电导性，电场会导致带电物质在毛细管中移动。
5. 分离过程: 带电物质在电场的作用下，根据其电荷大小和分子大小的不同，会以不同的速度向毛细管两端移动。
带电物质移动的速度与其电荷量和分子大小成反比。
6. 检测: 分离过程中，可以通过光散射、荧光等方法对物质进行检测。
常见的检测方法包括紫外吸收检测和荧光检测。
通过调节电场强度、缓冲液pH值和样品注入量等参数，可以
实现对不同样品的有效分离和检测。
毛细管电泳仪因其高效、高灵敏度和快速的优点，在生化、制药、环境监测等领域有广泛的应用。
毛细管电泳的主要分离模式 免费
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）。
毛细管电泳
分离的原因：电泳迁移，电渗迁移电泳迁移：在高压电场下，带电离子向相反的方向移动。
电渗迁移：当毛细管内充满缓冲溶液时，毛细管壁上的硅羟基发生解离，生成氢离子溶解在溶液中，这样就使毛细管壁带上负电荷与溶液形成双电层，在毛细管的两端加上直流电场后，带正电的溶液就会整体的向负极端移动，这就形成了电渗流。
在操作缓冲溶液中，带电粒子的运动速度等于电泳速度和电渗速度的矢量和，电渗速度一般大于电泳速度，因此即使是阴离子也会从阳极端流向阴极端。
加大缓冲溶液的酸度、在缓冲溶液中加入有机试剂都会减少硅羟基的解离，减小电渗流。
分离模式毛细管电泳的分离模式有以下几种。
（1）毛细管区带电泳（CZE）将待分析溶液引入毛细管进样一端，施加直流电压后，各组分按各自的电泳流和电渗流的矢量和流向毛细管出口端，按阳离子、中性粒子和阴离子及其电荷大小的顺序通过检测器。
中性组分彼此不能分离。
出峰时间称为迁移时间（tm），相当于高效液相色谱和气相色谱中的保留时间。
（2）毛细管凝胶电泳（CGE）在毛细管中装入单体和引发剂引发聚合反应生成凝胶，这种方法主要用于分析蛋白质、DNA等生物大分子。
另外还可以利用聚合物溶液，如葡聚糖等的筛分作用进行分析，称为毛细管无胶筛分。
有时将它们统称为毛细管筛分电泳，下分为凝胶电泳和无胶筛分两类。
（3）毛细管等速电泳（CITP）采用前导电解质和尾随电解质，在毛细管中充入前导电解质后，进样，电极槽中换用尾随电解质进行电泳分析，带不同电荷的组分迁移至各个狭窄的区带，然后依次通过检测器。
（4）毛细管等电聚焦电泳（CIEF）将毛细管内壁涂覆聚合物减小电渗流，再将样品和两性电解质混合进样，两个电极槽中分别加入酸液和碱液，施加电压后毛细管中的操作电解质溶液逐渐形成pH梯度，各溶质在毛细管中迁移至各自等电点（pI）时变为中性形成聚焦的区带，而后用压力或改变检测器末端电极槽储液的pH值的办法使溶质通过检测器。
（5）胶束电动毛细管色谱（MEKC或MECC）当操作缓冲液中加入大于其临界胶束浓度的离子型表面活性剂时表面活性剂就聚集形成胶束，其亲水端朝外憎水非极性核朝内，溶质则在水和胶束两相间分配，各溶质因分配系数存在差别而被分离。
毛细管区带电泳技术及应用
毛细管区带电泳技术及应用毛细管区带电泳技术（Capillary Zone Electrophoresis，CZE）是一种高效的分离和分析技术，利用背景电解质在毛细管中形成的电动流动及外加电场的作用，将被检测的样品分离开来。
毛细管区带电泳技术具有高分离效率、灵敏度高、样品需量小、分析速度快、适用于各种离子、小分子有机化合物、大分子如蛋白质和核酸等的分析等优点。
下面将介绍毛细管区带电泳技术的基本原理及其应用。
1. 毛细管区带电泳技术基本原理：毛细管区带电泳技术是基于电泳分离原理的一种分析方法。
毛细管内的电测电流和电压作为工具信号直接测量电导率，由于电导率与离子浓度成正比，通过计算可知样品中离子的浓度。
其基本原理如下：- 外加电场：在毛细管两端施加直流电场，样品中的带电粒子会被拉动向阳极或阴极方向移动。
- 毛细管内电动流动：在毛细管内部，背景电解质（电导率较高的缓冲溶液）通过浓度梯度与电场作用下形成电动流动，背景电解质的流动速度较高，背景电解质流动会带动样品分子的运动。
- 电渡效应：毛细管内的带电粒子在电渡效应的作用下会不同程度地移动，不同的离子在电场下移动速率不同，从而实现离子和样品分子的分离。
2. 毛细管区带电泳技术的应用：毛细管区带电泳技术在分析化学、生物医学等领域得到广泛应用，下面列举几个常见的应用领域：- 离子分析：毛细管区带电泳技术可以用于离子的分离和测定。
它可以是无色离子，如金属离子、无机阴离子、有机阴离子等的分析，也可以是发色离子的分析。
- 小分子有机物分析：毛细管区带电泳技术可以用于分离和检测食品、药物、环境样品等中的小分子有机物。
例如，可以用于药物成分的分析、食品添加剂的检测等。
- 蛋白质分析：毛细管区带电泳技术在蛋白质分析方面得到广泛应用。
由于毛细管区带电泳技术分离效率高、分析速度快，对蛋白质样品需求量小，可以有效地分离和定量测定多肽、蛋白质混合物。
- 核酸分析：毛细管区带电泳技术可用于分离和分析DNA、RNA等核酸样品。
毛细管电泳的原理
毛细管电泳的原理
毛细管电泳是一种高效液相色谱技术，利用电场的作用将样品中的化合物沿着内径较小的毛细管进行分离和分析。
在毛细管电泳中，有两种常用的电泳模式：毛细管区带电泳和开列电泳。
毛细管区带电泳中，毛细管两端分别注入带有不同荧光标记的样品，再施加直流电场，荧光标记的样品由于在电场作用下带电移动，在毛细管中形成不同带电物质的区带；而在开列电泳中，毛细管中注入样品后，在施加电场的同时使用在线探测器进行实时监测，通过测量峰面积或峰高来判断样品的含量。
毛细管电泳的分离机理主要包括电泳迁移和色谱效应两个因素。
电泳迁移是指样品分子在电场作用下由于带电而移动，其移动速度与电场强度和分子带电量有关；色谱效应是指毛细管内壁与样品分子的相互作用，在毛细管中形成不同的分离机制，如离子交换、氢键作用、静电作用等。
毛细管电泳的原理还与毛细管内径、电场强度、缓冲液pH值
等因素有关。
毛细管内径越小，分离效率越高；电场强度越大，迁移速度越快，但也会增加毛细管的热效应；缓冲液pH值的
选择要根据样品的性质来确定。
在实际应用中，毛细管电泳具有分离效率高、分析速度快、耗样量小、操作简便等优点。
它广泛应用于生物医药、环境监测、食品安全等领域。
同时，还可以与其他技术如质谱联用，进一步提高分析的灵敏度和准确性。
毛细管电泳
种现象称为电渗流，用EOF表示。
一般情况下，电渗流的运动方向与电泳运动方向相反，
电渗流迁移速度与电泳速度一样，受电场强度、溶液粘度， Zeta电势等因素有关联。电渗速度(Veo)的表达式为： 电渗流迁移速度Veo = ── E 4 : 电解常数 : 毛细管壁与表面平切面的Zeta电势 ：缓冲液黏度
(5)电势(Zeta Potential) 参与形成双电层被毛细管表面吸附的一层离子与溶液中的 游离阳离子之间会产生一个电势，称为毛细管壁Zeta电势 。毛细管壁为高电位区，中心点为低电位区，毛细管的半 径越大电位差越大，形成的电势越大。
(6)电渗流(Electroosmetic Flow) 用EOF表示 在高电压下毛细管电泳溶液中的正电荷与毛细管内壁表面 上的负电荷之间相互作用，导致流体朝负极方向运动，这
核磁共振检测器，灵敏度可达到10-21g
3.4制冷系统
(1)空气制冷：在毛细管分析室内输入制冷空气使毛细管迅
速冷却，达到制冷的目的。
(2)液体制冷：在毛细管的夹层中输入制冷液体达到制冷的
目的。
3.5电极槽 主要与存放电极缓冲液和进样，由于毛细管电泳是超微量 分析，电极液用量很少，使用的电泳槽很小。
(1)毛细管性质
不同材质制成的毛细管性能有所不同，
聚四氟乙烯毛细管：电渗小，但性能不太稳定。
普通玻璃毛细管：价格便宜，但电渗大，吸附作用大。 石英玻璃毛细管：性能稳定，电渗较大，但也有一定的 吸附。 (2)型号 细管（内经2－5m） 中粗管（内径 25－75m）
粗管（内径100－250m）
(3)毛细管的改性：
今后发展新型的毛细管电泳分离模式提供了依据。
1987年H.Jerten把等电聚焦电泳、凝胶电泳引入到毛细管 电泳中。 1989年改用10-25m的毛细管电泳,并获得满意的分离效果 1994 年又推出了 2 － 5m 的毛细管柱，使得毛细管电泳在 分析领域有了很大的发展。
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Ｒ Ｄ ｇｎ Ｓ Ｓ ｎｏ，Ｗ．Ｗｏｔ （ｄ） ａａｉ ． ｔｓｎ ， ｉ ｒ ｙ ｅｓ， ｈ ． Ｃ Ｅ ， ａ ｈ ８１８ ． ＆ Ｎ Ｍ ｒ ７２（ ８ ｃ ， ９） ４ Ｓ Ｈｅ ｅ， ｈｏ ａ ｇ Ｒｖ ， ２１ ７． 〕 ． ｊ ｔ Ｃ ｒｍ ｔ ｒ ｅ ｒｎ ｏ ． ．９１ （ ６） ２ ９ 〔 〕 Ｆ Ｍ Ｅ ｅ ｅｔ Ｗ． ． ． ｏｉ —Ｋ ｕ － ５ ． ． ｖｒ ｒ， Ｍ Ｌ Ｈ ｖ ｇ ｅｌ ａ ｓ ｎ ｅ ｍ ｎ ＳｉＴ ｏ ， ７ ５１ ０． ａｓ ｃ ｏｌ １， （ ７） ， ． ｓ ２ ９ ６ Ｆ Ｅ Ｐ Ｍｉ ｅ， ． Ｅ ｅ ｅｓ Ｐ ． ． 〕 ． ． ． ｋ ｒ Ｆ Ｍ． ｖ ａ ｔ ． Ｍ ｋｓ ｒ ｒ， Ｅ Ｖ ｒ ｇ ｎ Ｊ Ｃ ｒｍ ｔ ｒ １９１ １ ９． ｅ ｅｇ ， ． ｈｏ ａ ｇ ，６， （９ ） ｈ ｅ ｏ． ７ ７ Ｆ Ｅ Ｐ Ｍ ｋｅ ， ． ． ｖｒｅｓ ＰＥＭ 〕 ． ． ． ｉｋｒ Ｆ Ｍ Ｅ ｅ ｒ ， ． ．． ｓ ａｔ Ｖｒｅ ｅ， Ｃ ｒｍ ｔ ｒ１９１（ ７） ｅ ｇ ｎ ． ｈ ａ ｇ ６，１１ ９． ｈｇ Ｊ ｏ ｏ． ９ ８ ＪＷ Ｊｒｅ ｏ，．．ｕａ ， Ｃ ｒｍ ｔ ｒ ． ｏ ｎ ｎ ＤＬ ｋｃ Ｊ ｈ ａ ｇ， ｇｓ Ｋ ｓ． ｏ ｏ．
Ｃ Ｅ还有其他问题，如怎样定量控制电渗 速 Ｚ 度时〔 １ ８等。但不管困难如何，Ｃ Ｅ已经受到越来 Ｚ
越普遍的重视 １３。 ｒｅ 认为，几年内Ｃ Ｅ — Ｋａ ｒ ｇ Ｚ
就会推广开来，成为分析及生化工作者的 重 要 工 具１ ５。 参 考 文 献
〔 〕 “ Ｐ Ｅ８， ｉｔ ｅ ａｏａ Ｓｍ ｏｉ １ Ｈ Ｃ ＇ Ｆｒ Ｉｔ ｎｔｎｌ ｐｓ ｍ ９ ｓ ｎｒ ｉ ｙ ｕ
发展了电 化学检测系统〔－ ７ ｈｎ Ｙｎ－ ２ ２ ；Ｃ ｅｇ ｇ ４ ｕ Ｆ ｎ等发展了激光荧 ｏｇ 光检测法２ 。 ８ 这几项研究成
果，使Ｃ Ｅ Ｚ 的检出限降至ａ ｏｅ ｍ ｌ 级，效率超过１６ ０
ＮＰ Ｔ ，逼近理论极限。 特别是电化学检测 统的 系
品仪器生产的竞争也颇为激烈，美国至少有１家厂 ２ 商竞先研制实用仪器 ３， 世界上已有５ 家厂商声称 推出了产品〔 ２，其中Ｂ Ｏ ＲＡ Ｉ － Ｄ公司生产的ＨＰ Ｅ －０型仪器正向中国试销，我国也在酝酿研制此类 １０ 仪器。 出现，使Ｃ Ｅ Ｚ 可以用１． ｉ ． ２ ７ｍ ．的管子分析单个神 ｄ 经细胞内液样品〔 ２ ７。Ｊ ｒｅｓｎ研制出定量的自 ｏｇｎｏ 动进样操作系统，使Ｃ Ｅ完成了完全自动化的操 Ｚ 作〔 Ｍｏｒ 还发展了激光拉曼光谱检测法 ３ ２ ９。 ｒｉ ｓ ０。
（ 三）关键操作条件 高压Ｃ Ｅ操作的关键是把电流控制 在２０Ａ Ｚ ０ 以下〔０ ４ 。Ｋａ ｅ认为绝热时，焦耳热导致的管中 ｒｒ ｇ 心与管壁的温差为 １ ５：
Ｔ可大于５ ０ 温差会引起对流和改变平衡常数， 使 在径向上形成梯度，对分离影响极大，所以要 选用薄壁管并恒温操作。由电化学理论知道：
此两式表明要控制电流应选用细管子（ ａ Ｔ Ｉ ２ ａ ，这是最主要的一步。还可减少背景电解质浓 ４
前伸，ｒ 的拖尾。当 ｉ ＜ｌ ０ 时，Ｅｉ Ｅｂ 峰又变 得对称，即由扩散决定，此即Ｊ ｒｅｓｎ研究的情 ｏｇｎｏ
即越 。Ｉ小 ｒ，效 越 ， ｒ１ Ｎ大 ｉ ， ｉ者 率 高对 者 越对
ｏ ｓ 为管内壁电动电位。区带电泳是在均匀连 续 的 ｐ 缓冲介质中进行的，所以组分各以 ｉ Ｈ 独立泳动， 最后分成相应的不连续区带，快的在 前，慢 者 居 后。设 ｏ － ｓ 并流向负极，根据（ ） ２ 有区带顺：
ｋ 是类似于色谱中容量因子的纯数，其中ｎＤ 和ｎ ＳＳ ｓ
分别为样品在 胶束和溶剂中 的摩尔数。Ｓ Ｓ胶束 Ｄ
表面有很高的负电荷密度，负离子很难接近，但可 利用Ｓ Ｓ ｕ＋Ｚ ２或Ｍｇ＋ Ｄ 和Ｃ ２、 ｎ＋ ２等形成的新 表面 来
为相邻峰有效淌度平均值， 为其差值。显然 ｏ和 ｉ 必须反向才能增加分离度，最大分 离在 我们曾考察了 ｉ 在径向上为抛物线型分布的情
度Ｃ及提高 ｉ 介质粘度 来减 小电流Ｉ在自由 。 溶液电
泳时， ｉ Ｃ 不可小于 １ Ｍ， ｍ 否则难以达到高效分离。 在凝胶介质下， 很大，Ｉ 一般很小。（３说明选用 １）
当 量电导 ｉ 小和价 ｉ 数Ｚ低的背景电解可以减少Ｉ ，
但此种选择有限，通常不予考虑。
三、特点与应用
Ｃ Ｅ 的 突出特点是简单、高效、快速、样品 Ｚ 用量小，易自动化操作，比传统电泳如薄层电泳或
微量注射器、阀门、电泳 和压力差等法〔 。前两 ２ ９
种只适用于 ａ ０ ｍｍ以上管子，后两种是比较理 ． １ 想因而常用的方法。但是电泳法的进样量与淌度成 正比，淌度过小的组分可能检不出，压力差法重现 性稍差。Ｃ Ｅ的检测最初采用紫外、荧光和电导 Ｚ 等法，近两年来多种先进的方法被应用进来，如质 谱〔 — ３，电化学系统〔 —２ ２ ２ ０ ２ ７，激光荧光〔 ４ ２ ８， 激光拉曼光谱 ３〕 ０等，但这些方法都有各 自的 局 限。 质谱受分子量限制， 电化学法只能测定易氧化或 还原的组分， 激光法装置昂贵。 发展更新更适用的检
背景 电解质浓度，ｒ ｉ ｅ ｉ （－ ｐｒ／ ｉ ｅ ，ａ １ ｒ ｉ ／ｓ ／） （－ ｐ， 和 为与同号和 １ ｒ 下标ｓ ｐ ｉ 反号的背景电 解质离
等。Ｍｃｏ ｉ Ｃ ｍｃ ｋ发现，升压方式对Ｎ有不可忽视的
表 １ Ｚ ＰＣ２Ｅ（ 电泳）的比 ＣＥＨＬ Ｄ 双向 较
影响 １ 如何表达这些因素，需进一步研究。 ９，
国际 等速电泳会议的主题之一〔，在８年的Ｐｔ－ ２ ８ ｉｓ ｔ ｂｒ会上受到高 ｕｇ 度重视〔。 ３ 其首届专题国际会议也 于今 月在美国的波士顿举行〔 ３ Ｚ 年４ １ 。Ｃ Ｅ的商 ，
用含Ｓ Ｓ（ Ｄ 十二烷基磺酸钠） 胶束溶液分离了中性
分子〔 １ ２。１８年 Ｌａｅ 高ｐ ９８ ｕ用 Ｈ缓冲液分离蛋白
柱电泳有强得多的分析功能。Ｃ Ｅ Ｚ 不但能分析
ＨＰ ＬＣ （ 高效液相色谱 ）颇胜任的中小分子样 品，
而且更适合于分析扩散系数小，ＨＰ Ｃ甚感困难 Ｌ
的大分子样品，更详细的比较见表 １１， —４ ５ ０ ２。 ４ Ｃ Ｅ是化学超微量分析的有效手段，可用于生物、 Ｚ 医学、环境和工业生产等各个方面的分析工作中， 到目前为止，Ｃ Ｅ测 定 过 的 对 象 有：无 机离 Ｚ 子〔，１⒂有 机物 （ ６３、 胺、酚、酮、酯、羧酸、硝基 苯、 多环芳烃等）２， 氨基酸 （ ４ 包括光学异构体的
ｏ Ｈｇ Ｐｒｒ ａｃ Ｃｐｌｒ Ｅｅｒ－ ｎ ｈ ｆ ｍ ｎｅ ｉａ ｉ ｅｏ ａ ｌｙ ｌｔ ｃｏ
ｐｏ ｓ” Ｂｓ ｎ Ｍ ｓ ｃ ｓｔ Ｕ Ａ ｈｒ ｉ ， ｏ ｏ， ａ ａ ｕｅｓ Ｓ ， ｅｓ ｔ ｓ ｈ ｔ，
Ａ ｒ １—１，９９ ｐｉ ０ ２１８． ｌ
２ “ｔ Ｉｔ ｎｔ ｎｌ ｍ ｏ ｕ ｏ Ｉ ｔ ｈ－ 〕 ６ ｎｅ ａ ｏａ Ｓ ｐｓ ｍ ｓ ａ ｏ ｈ ｒ ｉ ｙ ｉ ｎ ｃ ｏ ｐｏ ｓ ａｄ ｐｌ ｙ ｎ Ｅｅ ｒｐｏｅ ｈｒ ｉ ｎ Ｃ ｉａ Ｚ ｅ ｃｏｈｒ ｅ ｓ ａ ｌｒ ｏ ｌｔ －
ｉ Ｃ 为摩尔浓度，Ｄｉ 为扩散系数。不同的假设，结
果不同。Ｍｉ ｅｓ ｋ ｒ等考察了 ｋ 无扩散项时１ 价样品 —１
的电迁移情况 ６：
Ｅｉ 为区带电场，Ｅｂ为背景电场 ｉ Ｃ／ ｂ ｂ ｉ ，Ｃ为 Ｃ
地解释了Ｃ Ｅ现象，可做条 Ｚ 件选择的参考，但 未
能 达到 定量水平。 影响Ｎ的 因素很多，如 吸附、对流 、进样 方 式
质，效率 高达１６Ｔ ３１ ０ Ｐ１ ４，充分揭示了 Ｚ 的 Ｎ ． ＣＥ
高效特点。１ 、９８ 年由于许多色谱权威参加 ９７１８ 两
了Ｃ Ｅ Ｚ 研究， 取得了 丰硕的 成果。Ｃｈｎ Ｔｒ ｅ ｏｅ， ｅａ ， ｂ
Ｋａｇｒ ｒｅ 等人用 Ｃ Ｅ拆分氨基酸的光学异构体、 Ｚ 含氧同位素苯甲酸，用凝胶介质分析ＤＮＡ及其片 断 １—１ Ｍｃ ｏ ｉ 在低ｐ 介质中分析蛋白质， ５ ８。 Ｃ ｍｃ ｋ 效果很好〔 １ ９。Ｓ ｉ ｍｔ ｈ等利用电喷雾法实现了Ｃ Ｅ Ｚ 与质谱的 联用 〔 －２ ２ ３；Ｗａｌｇｏｄ和Ｅｗｎ ０ ｌｎｆｒ ｉ ｉ ｇ
ｓ”Ｖｅｎ， ｕｒ， ｂｔ， ｅｔ２— ３ ｉ， ｉ ａＡ ｓｉ Ａ ｓ．Ｓｐ １ ２， ｓ ｎ ｔａ ｒ ．
１ ８ ９８ ．
拆分）， 肽和蛋白 Ｒ 、 Ｎ 及 质，ＮＡＤ Ａ 基片断〔 ，多 １ ５
糖 ２，红细胞等〔０ ３ 图２ ４， ４ 举出几个分离例 子， 条件见所示文献。
四、问题与展望
Ｃ Ｅ的 问题有三：进样、检测、吸附，均已 Ｚ 获得相当程度的解决，但还不够。目前进样方法有
７年，Ｍｉｋｒ等进行了理论研究，认为减小进样 ｋ ｅｓ 量并采用细毛细管可以抑制区带电场畸变和对流，
接荧光法成功分析了 氨基酸 ３ ２。 二、理
（ ） 一 原 理
论
电泳是根据组分在电场Ｅ中有不同的有效迁移
速度 ｉ ｅ 来分离的：
获得高效率。他们通过实验证明 ｐ ｏ 在 ｍｌ ｅ级进 样
量下，０ ｍ ｄ的管子可以获得小于２ ． ｍｉ ２ ０ｍ板高的
况，结果如 下〔６ ７， ３， ３
分离， 这是一种配体交换过程。 Ｄ 若Ｓ Ｓ胶束中含
有手性中心，可以分离光学异构体〔５。 １
Ｋａ ｅ ｒｒ ｇ 在毛细管中做 凝胶电泳是按离子大小
分离的。Ｔ ｒｂ分离同位素则是根据 ｉ ｅａｅ 的差异〔８ １ （ 二）理论效率 Ｃ Ｅ的效率通常用理论板数Ｎ或板 高Ｈ 表 Ｚ 示〔 ３ ３，其表达式可以从连续方程求得〔 ３—３ ６ ４ ７： ． Ｉ ＇ 为约化初始区带宽度， ｉ ｄｉ ｓ 为Ｇｉｄ ｇ 系数 ３ ｎ ３， １ 为毛细管长度， ＇为管壁ｉ ｉ ｅ 处的有效淌度， 为淌 度的温度系数，ｇ为介质的电导率，ｋ为介质的导 热系数，ａ 为毛细管内半径。计算结果表 明：Ｎｉ ～ ａ蚇 ～Ｉ 和Ｎｉ 线与Ｌ ｋｃ实验结果相同〔 獻 ｕａｓ ３ ８；Ｎｉ Ｖ线 ～ 玍 和Ｔ ｕｓ ｓｄ结果相同〔 ３ ９，另外，Ｎ ｐ 线 为峰形 ｉ Ｈ 线。当 ｉ １ ａＩ ０ ， ／ 时，（１ （ ） 琣 １） ９ 。本方程较好