毛細管電泳法

1、毛細管電泳法電泳（electrophesis）是電解質(zhì)中帶電粒子在電場作用下想電荷相反方向遷移的現(xiàn)象，利用種現(xiàn)象對物質(zhì)進行分離分析的方法，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，1948年榮獲諾貝爾化學獎。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），這種影響隨電場強

2、度的增大而迅速加劇，因此限制了高壓電的應(yīng)用。毛細管電泳（CapillaryelectrophesisCE）是在散熱效率很高的毛細管內(nèi)進行的電泳，可以應(yīng)用高壓電，極大地改善了分離效果。毛細管電泳的開創(chuàng)性工作一般認為是在1981年，Jgenson和Lukacs使用內(nèi)徑75m的毛細管柱，分離丹酰化氨基酸，獲得了40萬米理論塔板數(shù)的高柱效，充分展現(xiàn)了細內(nèi)經(jīng)毛細管電泳的巨大潛力。他們還從理論上證明，毛細管電泳柱效與電場強度成正比，與分子擴散系數(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，毛細管電泳開始突飛猛進的發(fā)展。近年來又建立了芯片式毛細管電泳（Chipcapillaryelectrophesis；CCE）和陣列毛細管電泳（capillaryarrayelectrophesis；CAE）。芯片式毛細管電泳利用刻制在載玻片上的毛細通道進行電泳，可以在秒級時間內(nèi)完成上百的樣品的同時分析。陣列式毛細管

4、芯片有多條電泳通道，如Mathies實驗室理由具有96條放射狀分布的陣列毛細管芯片在25min內(nèi)完成了四色M13標準DNA的測序工作。此外，還實現(xiàn)了樣品預(yù)處理及柱后衍生化芯片式毛細管電泳。毛細管電泳對單細胞成分的分析、對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)毛細管電泳的特點和分類一、電、電泳與色譜毛細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)中因電場作用而

5、發(fā)生定向運動，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（固定相和流動相）中的分配系數(shù)的不同而分離。但毛細管電泳的一些分離模式也包含了色譜的分離機制。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管電泳中。3.儀器流程色譜與電泳的儀器，都包括進洋部分、分離柱。檢測器和數(shù)據(jù)處理等部分。2、毛

6、細管電泳的特點毛細管電泳和高效液相色譜一樣，同是液相分離技術(shù)，它們可以互為補充，但無論從效率、速度、樣品用量和成本來說，毛細管電泳都顯示了一定的優(yōu)勢。毛細管電泳柱效更高，可達105~106m1，故也稱為高效毛細管電泳（highperfmancecapillaryelectrophesis；HPCE），分離速度更快，幾十秒至幾十分鐘內(nèi)即可完成一個式樣的分析；溶劑和試樣的消耗極少，試樣用量僅為納升級；毛細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，毛細管電泳有很大的選擇性，可以對性質(zhì)不同的各種分離對象進行有效的分離。毛細管電泳的特點可以概括為“高效、低耗、快速、應(yīng)用廣泛”。3、毛細管電泳的分類按毛細管中填充物質(zhì)的性狀可分為自由溶液和非自有溶液毛細管電泳；按機制可分為電泳型、色譜型和電泳色譜型三類。常用于藥物分析的毛細管電泳的分離模式詳見表211表211211毛細管電泳主要分離模式毛細管電泳主要分離模式式中αi為樣品分子的第i級離解度，i?為活

8、度系數(shù)或其他平衡離解度。由上而見，荷電粒子在電場中的遷移速度，除與電場強度和介質(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于帶電的管壁移動的現(xiàn)象。電滲的產(chǎn)生和雙點層有關(guān)，由于用作毛吸管材料的石英的等電點約為1.5左右，因此在常用緩沖溶液pH（pH2）下，管壁帶負電，即石英毛細管內(nèi)壁覆蓋一層硅醇基陰離子，并吸引溶液中的陽離子，由此在毛細管內(nèi)壁形成表面帶陰離子的雙點層。雙點層中處于擴散層的陽離子

9、，在負電荷表面形成一個圓筒形的陽離子塞流，在外加電場作用下，朝向陰極方向運動，如圖212。由于這些陽離子是溶劑化的，當它們沿剪切面作相對運動時，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，下標os表示電滲

10、。在多數(shù)水溶液中，石英和玻璃毛細管表面因硅醇基離解會產(chǎn)生負電荷，許多有機材料如聚四氟乙烯，聚苯乙烯等也會因為殘留的羧基而產(chǎn)生負電荷，其結(jié)果是產(chǎn)生指向負極的電滲。因此，在通常的毛細管區(qū)帶電泳條件下，電滲流從陽極流向陰極，其大小受電場強度、Zeta電勢、雙電層厚度和介質(zhì)粘度的影響。一般，Zeta電勢越大，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)均淌度在毛細管電泳中，同時存在著電泳流

11、和電滲流，在不考慮相互作用的前提下，粒子在毛細管內(nèi)的運動速度應(yīng)當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）。當把試樣從正極端注入到毛細管內(nèi)時，不同符號的離子將按表212的速度向負極遷移。分離后出峰的次序是：正離子中性分子負離子。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