仪器分析：毛细管电泳及其应用

1、毛细管电泳及其应用,一、毛细管电泳简介 二、毛细管电泳和高效液相色谱的比较 三、实验内容,内容组成,Capillary Electrophoresis, High Performance Capillary Electrophoresis,简称CE或HPCE 毛细管分离通道，高压电场驱动力，依靠分配行为不同 得到分离 包括电泳、色谱以及相关交叉内容，是分析科学中继高效液相 色谱技术之后又一重大进展，它使得分析科学得以从微升水平 进入纳升水平,一、毛细管电泳简介,1. CE的历史,早在一百多年以前就发现了电泳现象。 电泳: 带电粒子 外电场 电介质溶液中 以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现

2、象。 传统电泳的局限性: 难以克服由两端高压所带来的焦耳热，难以加快分析速度和分离质量。,在二十世纪六十年代，电泳从经典传统电泳进入了毛细管电泳时代 。 最大优点: 电泳过程在散热效率极高的毛细管内进行，从而可以确保引入高的电场强度，全面改善分离质量。 1967年Hjerten率先提出在高电场强度、窄孔径毛细管中进行自由溶液区带电泳历史起点。 真正轰动分析技术界的是1981年Jorgenson 和Lukacs的开创性研究成果。在75 m的毛细管内实现了丹酰化氨基酸样品的快速、高效的分离，并阐明了CE的有关理论，成为CE发展史上划时代的里程碑。 随着商品仪器在1988年的迅速推出，CE开始突飞猛

3、进地进入发展的黄金时期。,2、 CE的基本原理,基本结构示意图如下：,1-高压电源，2-缓冲池，3-毛细管， 4-检测器，5-数据采集处理系统, 电泳: 带电离子在电场作用下的迁移，速度电泳, 在pH2.5的碱性或弱酸性的溶液中，毛细管内表面因Si-OH基电离 而带负电荷，负电荷表面和溶液接触形成双电层。在电场作用下， 双电层中的水合阳离子层引起溶液在毛细管内整体向负极流动，形 成电渗流。, 迁移速度等于电泳和电渗流两种速度的矢量和。, CZE的基本分离原理 : 各种粒子在毛细管内的迁移速度不同而实现分离, 迁移时间做定性 ，峰高或峰面积定量。,毛细管电泳的特点 高效：效率在105-106片/

4、m间，CGE效率可达107片/m以上 (2) 快速：几十秒至十几分钟完成分离； (3) 微量：进样所需的体积小到1L，消耗体积在1-50nL； (4) 多模式：可根据需要选用不同分离模式且仅需一台仪器 (5) 样品对象广：从无机离子到整个细胞，具有“万能”分析 功能或潜力； (6) 经济：实验消耗不过几毫升缓冲溶液，维持费可用分 人 民币计算； (7) 自动：CE是目前自动化程度最高的分离方法之一； (8) 洁净：通常使用水溶液，对人对环境无害。,2、CE的操作模式 毛细管区带电泳(CZE)，胶束电动毛细管色谱(MEKC)，毛细管等电聚焦(CIEF)，毛细管等速电泳(CITP)，毛细管凝胶电泳

5、(CGE)，非水毛细管电泳(NACE)，芯片毛细管电泳(CCE)等多种模式。,3、CE的检测技术,常见的检测方法：紫外可见吸收检测、激光诱导荧光检测、化学发光检测 电化学检测方法：电位检测、安培检测、电导检测 其它方法：质谱检测、激光发热检测、折射指数检测、间接检测 CE-电化学检测(CE-ECD)自八十年代问世以 来，已迅速发展成为一种重要的分离分析方法 。,CE-ECD的独特优点：,仪器简单，价格低廉，易于普及；易于微型化； 安培检测：原理 电活性物质 氧化还原反应 响应不依赖光程（可用窄毛细管） 优势 检测灵敏度高 选择性好,左图：安装后的微型电化学检测池,分离毛细管，2. 工作电极，

6、3, 4, 6. 参比电极，辅助电极， 接地电极， 5. 缓冲液池,电导检测：原理 荷电物质 电导率差,背景电解质,接触式电导检测 电感耦合 非接触式电导检测 电容耦合,优势,通用性好，线性范围宽，光学检测无能为力时更有用，仪器结构比光学检测的简单(不需光学元件)，仅需简单的电极和响应电路，造价低廉，易于微型化,分类,CE与HPLC的比较,1. 空心柱，柱子不易污染，即使污染液也易于全面清洗，价格便宜，不必担心报废； 2. 样品前处理要求简单 3. 分析时间相对较短 4. 柱效高，适合多组分分析 5. 进样体积小，所用化学试剂量小，成本低 6. 仪器结构简单，自动化程度高 7. 多种分离模式

7、8. 环境友好、洁净、水溶液,实验内容,1.实验目的 2. 实验原理 3.仪器与试剂 4.实验步骤 5.结果分析 6.问题讨论,1.实验目的,了解毛细管电泳仪的基本原理和操作 了解分离电压对组分迁移时间的影响 了解不同缓冲液对组分分离的影响,2. 实验原理,V=（ep + eo）E V: 组分迁移速度, m/s；E：外加电场强度, V/m ep：待测组分淌度，m2/s/V eo: 电渗流淌度， m2/s/V 一定条件下，待测组分有效淌度不同，给定电场强度条件下，迁移速度不同，从而得到分离。,3.仪器与试剂,北京彩陆高效毛细管电泳仪 缓冲液：20mmol/L磷酸二氢钠溶液用0.1mol/L氢氧化

8、钠调节pH5.8； Samples: 吡啶、苯酚、苯甲酸钠浓度均为1，实验前用水稀释至50倍进样,4.实验步骤,1)开机，进入软件系统，设参数如下： 分离电压20 kV(正极进样，负极检测)进样时间:3S，检测器：254nm 2)毛细管清洗 3)分别单组分进样，确定迁移时间 4)进混合样品 5)改变电压，考察电压对分离的影响,5. 结果分析,不同电压下三组分的迁移时间及分离度 不同buffer条件下，大黄中五种组分的迁 移时间和分离度,D:HPCECEtest08-4-24254nm -20kV20mmol/LNaH2PO4 -NaOH调pH5.6混标100ug-ml-2s 000001(00001,15;44;17).hw,D:HPCECEtest08-4-24254nm -27kV20mmol/LNaH2PO4 -NaOH调pH5.6混标100ug-ml-2s 000002(00001,15;44;17).hw,D:HPCECEtest15kV254nm25mmol/L硼砂25mmol/LSDS 15乙睛调pH8.33大黄五