●000●00● 高效毛细管电泳 Capillary electrophoresis 复旦大学化学教学实验中心 雷杰 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 高效毛细管电泳 Capillary Electrophoresis 复旦大学 化学教学实验中心 雷 杰
●000●00● 电源( eletrophoresis:滑电教子在电悟中的定甸动。 Sample Sample 1937年,瑞典科学家 Tiselius设计 Cathode 了世界上第一台电泳仪,建立了移 界电泳法,并于1948年荣获诺贝尔 lastic frame 奖。多年以来,电泳技术围绕制胶、 电泳、染色三个技术环节,不断改 Anode 进,以实现下列目标 Buffer 1、提高分辨率及灵敏度。 2、简化操作,缩短电泳时间。 点样区 3、扩大应用范围 各类电泳技术已广泛应用于生命科 学各个领域 Experimental Center for Chemical education, FDU 缓冲溶 导化学款学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 一、电 泳(eletrophoresis)：带电粒子在电场中的定向移动。 • 1937年，瑞典科学家Tiselius设计 了世界上第一台电泳仪，建立了移 界电泳法，并于1948年荣获诺贝尔 奖。多年以来，电泳技术围绕制胶、 电泳、染色三个技术环节，不断改 进，以实现下列目标： 1、提高分辨率及灵敏度。 2、简化操作，缩短电泳时间。 3、扩大应用范围。 • 各类电泳技术已广泛应用于生命科 学各个领域
●000●00● 三、毛细管电源( Capillary electrophoresis) 毛细管电泳(CE)又称高效毛细管电泳(HPCE),是指离子 或带电粒子以毛细管为分离介质,以高压直流电场为驱动 力,依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实 现分离的液相分离分析技术。由于毛细管内径小,表面积 和体积的比值大,易于散热,因此毛细管电泳可以减少焦 耳热的产生,这是CE和传统电泳技术的根本区别 采用了005mm内径的毛细管; 采用了高达数千伏的电压 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 二、毛细管电泳(Capillary Electrophoresis) • 毛细管电泳(CE)又称高效毛细管电泳(HPCE)，是指离子 或带电粒子以毛细管为分离介质，以高压直流电场为驱动 力，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实 现分离的液相分离分析技术。由于毛细管内径小，表面积 和体积的比值大，易于散热，因此毛细管电泳可以减少焦 耳热的产生，这是CE和传统电泳技术的根本区别。 • 采用了0.05 mm内径的毛细管； • 采用了高达数千伏的电压
●000●00● 三、毛卿管电派基碑原理 (一)基本概念 毛细管有效长度(cm)毛细管的入口端到检测窗口的距离; 毛细管总长度Lcm) 迁移时间(tmin)带电粒子在电场作用下做定向移动的时间; 电场强度(E,Vm)电场强度毛细管总长度; 电泳速度(vcm/s)在单位时间内,带电粒子定向移动的距离; 电泳淌度(μcm2/(Vs))带电粒子在毛细管中定向移动的速 度与所在电场强度之比; Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 （一） 基本概念 毛细管有效长度 (l , cm) 毛细管的入口端到检测窗口的距离； 迁移时间 (t , min) 带电粒子在电场作用下做定向移动的时间； 电泳速度（v cm/s） 在单位时间内，带电粒子定向移动的距离； 电场强度(E, V/cm) 电场强度/毛细管总长度； 电泳淌度（m cm2 /(V·s) ）带电粒子在毛细管中定向移动的速 度与所在电场强度之比； 三、毛细管电泳基本原理 毛细管总长度 (L, cm)
●000●00● 毛细管(内径50m,外径375μm) 入口到检测窗总长(D) 毛细管全长(L) Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 毛细管 (内径50 mm , 外径375 mm ) 毛细管全长（L） 入口到检测窗总长（l）
●000●00● (二)电渗现象与电渗流 (electroosmosis and electroosmotic flow) 当固体与液体接触时,固体表面带一种电荷,因静电引 力使其周围液体带有相反电荷,在液-固界面形成双电层。 当液体两端施加电压时,就会 毛细管内壁 发生液体相对于固体表面的移动, 这种现象叫电渗现象。 e⊙ 电渗现象中整体移动着的液体 叫电渗流( electroosmotic flow,简 ④ 称EOF) 吸附层扩散层 双电层 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 当固体与液体接触时，固体表面带一种电荷，因静电引 力使其周围液体带有相反电荷，在液-固界面形成双电层。 当液体两端施加电压时，就会 发生液体相对于固体表面的移动， 这种现象叫电渗现象。 电渗现象中整体移动着的液体 叫电渗流（electroosmotic flow ，简 称EOF）。 （二）电渗现象与电渗流 （electroosmosis and electroosmotic flow）
●000●00● 塞流 层流 石英毛细管柱,内充液 pH>3时,表面电离成-SO ,管内壁带负电荷,形成 双电层后,电渗流方向为 由正极到负极。 HPCE HPLC 毛细管电泳中,溶液整体移动,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 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 毛细管电泳中，溶液整体移动，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。 石英毛细管柱，内充液 pH >3时，表面电离成-SiO- ，管内壁带负电荷，形成 双电层后，电渗流方向为 由正极到负极
电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5~7倍; 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为: +=V电渗流+V+er阳离子运动方向与电渗流一致; v=V电渗流V=e阴离子运动方向与电渗流相反; o=V电渗流 中性粒子运动方向与电渗流一致; (1)可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离; (2)改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性, 如同改变LC中的流速; (3)电渗流的微小变化影响结果的重现性; 在HPCE中,控制电渗流非常重要。 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5～7倍； 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为： ν+ =ν电渗流 + ν+ef 阳离子运动方向与电渗流一致； ν- =ν电渗流 - ν-ef 阴离子运动方向与电渗流相反； ν0 =ν电渗流 中性粒子运动方向与电渗流一致； （1）可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离； （2）改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性， 如同改变LC中的流速； （3）电渗流的微小变化影响结果的重现性； 在HPCE中，控制电渗流非常重要
i-Sro-Si-Sio-Si-sr-si + Nat Cl- 电泳 电泳 电渗 迁移速度矢量速度 合速度 Nat Cl- Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 Si O Si Si O Si Si O Si O O O Si O O O - + Na+ Cl- 电泳 电泳 电渗 迁移速度 Na+ Cl- 矢量速度 合速度
●000●00● (三)影响电渗流的因素 1.电场强度的影响 电渗流速度和电场强度成正比,当毛细管长度一定时, 电渗流速度正比于工作电压。 玻璃 石英 2.毛细管材料的影响 不同材料毛细管的表面电 荷特性不同,产生的电渗流大x 聚四氟乙烯 小不同; 3456 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心
成人与继续教育学院 职 业 教 育 学 院 Experimental Center for Chemical education, FDU 化学教学实验中心 博博 学学 而而 笃笃 志志 切切 问问 而而 近近 思思 电渗流速度和电场强度成正比，当毛细管长度一定时， 电渗流速度正比于工作电压。 不同材料毛细管的表面电 荷特性不同，产生的电渗流大 小不同； （三）影响电渗流的因素 2.毛细管材料的影响 1.电场强度的影响