高效毛細管電泳技術(shù)

高效毛細管電泳技術(shù)環(huán)境科學

高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!一、高效毛細管電泳技術(shù)概述二、高效毛細管電泳儀器流程和主要部件三、高效毛細管電泳理論基礎(chǔ)四、高效毛細管電泳分離模式五、高效毛細管電泳應用高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!1.1電泳及電泳技術(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。由于不同離子所帶電荷及性質(zhì)的不同，遷移速率不同，可實現(xiàn)分離。利用電泳現(xiàn)象對某些化學或生物物質(zhì)進行分離分析的方法和技術(shù)叫電泳法或電泳技術(shù)。高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!2.1毛細管電泳的工作流程圖CE設(shè)備的基本裝置包括一個高壓直流電源、一根毛細管、一個檢測器及兩個供毛細管兩端插入而又可和電源相連的緩沖液貯瓶。圖1高效毛細管電泳流程圖高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!

2.毛細管柱（1）材料：石英：各項性能好；玻璃：光學、機械性能差；（2）規(guī)格：內(nèi)徑20～75μm，外徑350～400μm；長度<=1m3.緩沖液池化學惰性，機械穩(wěn)定性好4.檢測器要求：具有極高靈敏度，可柱端檢測；

高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!3.2電滲現(xiàn)象與電滲流CE所用的石英毛細管柱，在pH>3時，石英毛細管壁上的硅醇基(—SiOH）在水溶液中發(fā)生電離，產(chǎn)生的SiOˉ負離子使毛細管壁內(nèi)表面帶負電，和溶液接觸時相應的緩沖液帶正電，形成了雙電層。圖3毛細管電泳中形成雙電層現(xiàn)象高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!3.3電滲流的方向

電滲流的方向取決于毛細管內(nèi)表面電荷的性質(zhì)：（1）內(nèi)表面帶負電荷，溶液帶正電荷，電滲流流向陰極；（2）內(nèi)表面帶正負電荷，溶液帶負電荷，電滲流流向陽極；（3）石英毛細管；帶負電荷，電滲流流向陰極。

高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!3.5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

)·E1、正離子的運動方向和電滲流一致，故最先流出；2、中性粒子的電泳速度為0，故其遷移速度相當于電滲流速度；

高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!四、分離模式毛細管電泳毛細管區(qū)帶電泳（CZE）毛細管膠束電動色譜（MECC）毛細管凝膠電泳（CGE）毛細管等電聚焦（CIEF）根據(jù)試樣的性質(zhì)不同，可采用不同的分離模式。高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!4.2毛細管膠束電動色譜（MECC）

MECC是在緩沖液中加入表面活性劑，當其濃度高于臨界濃度時形成膠束。在電場力的作用下，毛細管水相可看作流動相，膠束相可看作“準固定相”，溶質(zhì)由其在膠束相和水相中的分配系數(shù)不同而在不同時間流出。可以用來分離中性物質(zhì)，擴展了高效毛細管的應用范圍，同時也能和色譜技術(shù)聯(lián)合起來。圖8毛細管膠束電動色譜分離模式示意圖高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!4.4毛細管等電聚焦（CIEF）1、根據(jù)等電點的差別分離生物大分子的高分辨率電泳技術(shù)；2、毛細管內(nèi)充有兩性電解質(zhì),陽極端裝稀磷酸溶液，陰極端裝稀NaOH溶液；當施加一定直流電壓時，管內(nèi)將建立一個由陽極到陰極逐步升高的pH梯度；3、氨基酸、蛋白質(zhì)、多肽等的所帶電荷與溶液pH有關(guān)，在酸性溶液中帶正電荷，反之帶負電荷。在其等電點時，呈電中性，淌度為零；高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!4.5毛細管電泳的特點

由于毛細管具有良好的散熱效能，允許在窄內(nèi)徑毛細管兩端加上高達30kV的高電壓，可以在很短的時間內(nèi)達到很高的分離效率，具有以下特點：（1）分離速度快（2）分離效率高（3）運行成本低（4）樣品與試劑消耗量少（5）可供選擇的分離模式多，應用范圍廣（6）分離一般在水溶液介質(zhì)中進行（7）方法簡單，儀器自動化程度高

高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!陰離子分析陰離子電泳方向和電滲流方向相反、速度接近，分析時間長、效率低；質(zhì)量小、電荷密度大的離子如：SO24-、Cl-、F-等，電泳速率大于電滲流，陽極端流出，在陰極端無法檢測；加入電滲流改性劑，十六烷基三甲基溴化胺等，使電泳方向和電滲流方向一致，可在3.1min內(nèi)分離36種陰離子；陰極進樣，陽極檢測；常用于離子價態(tài)及存在形態(tài)分析。圖10陰離子毛細管分離圖高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!采用MECC模式，鑒定違禁藥物；5.3手性化合物分析合成獲得單一手性化合物困難；檢測分析非常困難；HPCE分離分析手性化合物的方法：加入手性選擇劑；根據(jù)形成配合物的穩(wěn)定常數(shù)有差異進行分離和檢測。圖11違禁藥物毛細管膠束電動色譜分離圖高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!5.5高效毛細管電泳在環(huán)境中的應用

1、CE成為元素形態(tài)分析的一種新型分離技術(shù)。目前用于形態(tài)分析的通用檢測器主要是紫外分光檢測器,主要方式是CZE。間接紫外檢測法是指在緩沖液中加入具有紫外吸收的物質(zhì),當那些沒有或有很小紫外吸收的分析物通過檢測窗口時引起吸光度的減小,為自身沒有發(fā)色團的無機離子及其無機和有機絡合物提供了可能的檢測方式。高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!1.2高效毛細管電泳

（HighPerformanceCapillaryElectrophoresis，HPCE）簡稱毛細管電泳（CapillaryElectrophoresis，CE），指以高壓電場為驅(qū)動力，以毛細管為分離通道，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現(xiàn)分離的一種液相分配技術(shù)。在形態(tài)分析中，對不同形態(tài)的同一元素，只要有結(jié)構(gòu)或電荷上的差別，即可用CE進行分離和檢測。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。高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!2.2主要部件1.高壓電源（1）0～30kV穩(wěn)定、連續(xù)可調(diào)的直流電源；（2）具有恒壓、恒流、恒功率輸出；（3）電場強度程序控制系統(tǒng)；（4）電壓穩(wěn)定性；（5）電源極性易轉(zhuǎn)換；圖2高效毛細管電泳基本裝置高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!

3.1電泳現(xiàn)象

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為電場強度,q為離子電荷量，η為介質(zhì)粘度，r為離子半徑。Vep=μep·E=q6πηr·E高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!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極方向移動，該現(xiàn)象稱為電滲現(xiàn)象，并形成電滲流（electro-osmoticflow,EOF）電滲流速度可表示為：

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)Veo=μeo·Eεξη·E=圖4毛細管電泳的電滲現(xiàn)象和電滲流高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!3.4HPCE中電滲流的流形

電荷均勻分布，整體移動，電滲流的流動為平流，塞式流動（譜帶展寬很?。?；液相色譜中的溶液流動為層流，拋物線流型，管壁處流速為零，管中心處的速度為平均速度的2倍（引起譜帶展寬較大）。圖5毛細管電泳電滲流流形和液相色譜流形的比較。高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!3、負離子的運動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，各種粒子因遷移速度不同而實現(xiàn)了分離。圖6各種離子的分離高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!4.1毛細管區(qū)帶電泳（CZE）

CZE又稱毛細管自由電泳，是毛細管電泳中最基本、應用最普遍的一種模式。它在毛細管中僅填充緩沖液，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。圖7區(qū)帶毛細管電泳示意圖高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!4.3毛細管凝膠電泳（CGE）將聚丙烯酰胺等在毛細管柱內(nèi)交聯(lián)生成凝膠。其具有多孔性，類似分子篩的作用，試樣分子按大小分離。能夠有效減小組分擴散，分離效率高。蛋白質(zhì)、DNA等的電荷/質(zhì)量比與分子大小無關(guān)，CZE模式很難分離，采用CGE能獲得良好分離，是DNA排序的重要手段。高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!4、具有不同等電點的生物試樣在電場力的作用下遷移，分別到達滿足其等電點pH的位置時，呈電中性，停止移動，形成窄溶質(zhì)帶而相互分離；5、加壓將毛細管內(nèi)分離后的溶液推出經(jīng)過檢測器檢測。高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!五、毛細管電泳的應用5.1離子分析（analysisofion）陽離子分析：遷移方向和電滲流方向一致；4.5min內(nèi)分離了24種金屬離子；陽極進樣，陰極檢測；具有很高的靈敏度；圖9陽離子分離毛細管電泳圖高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!5.2藥物分析

檢測體液或細胞中某些代謝產(chǎn)物的分析；尿液中的氨基酸含量作為臨床診斷糖尿病的輔助手段；采用毛細管區(qū)帶電泳方式，在11min內(nèi)分離17種藥物。

高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!5.4氨基酸與蛋白質(zhì)分析

采用毛細管膠束電動色譜（MECC）模式，在25分鐘內(nèi)可以分離了23種氨基酸；HPCE可取代傳統(tǒng)的氨基酸分析儀。

圖1223種氨基酸的毛細管膠束電動色譜圖高效毛細管電泳技術(shù)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!間接紫外檢測目前已應用于Fe(CN)64-/Fe(CN)63-,F