河南农业大学：《仪器分析》课程教学资源（PPT课件）第十三章 毛细管电泳（Capillary Electrophoresis，CE）

第十三章 毛细管电泳 （ Capillary Electrophoresis， CE ） 第一节 概述 早在一百多年以前，较原始的电泳实验，是在 一个U形一管中进行的，管中盛有溶液，两端置有 电极，加上几百伏电压后，首次实验了对毒素和抗 毒素的分离。1909年，L.Michaelis提出“电泳”这 一术语，他的实验是用于测定蛋白质的等电点

第十三章 毛细管电泳 （ Capillary Electrophoresis， CE ） 第一节 概述 早在一百多年以前，较原始的电泳实验，是在 一个U形一管中进行的，管中盛有溶液，两端置有 电极，加上几百伏电压后，首次实验了对毒素和抗 毒素的分离。1909年，L.Michaelis提出“电泳”这 一术语，他的实验是用于测定蛋白质的等电点

此后，许多的研究报告涉及氨基酸、肽类、 蛋白质的分离。为了防止电泳完成了的溶液中， 再次发生对流混合，曾使用了各种稳定介质， 如琼脂、纤维粉、玻璃丝、硅胶及丙烯酸胺； 为了防止热扩散而使用了一种内径小的管 道，管道内径由3mm缩小至75μm。1981年， Jorgenson．和Lukacs 使用75μm内径的熔融石 英毛细管，电泳分离氨基酸和肽。至此，出现 了毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE） 技术

此后，许多的研究报告涉及氨基酸、肽类、 蛋白质的分离。为了防止电泳完成了的溶液中， 再次发生对流混合，曾使用了各种稳定介质， 如琼脂、纤维粉、玻璃丝、硅胶及丙烯酸胺； 为了防止热扩散而使用了一种内径小的管 道，管道内径由3mm缩小至75μm。1981年， Jorgenson．和Lukacs 使用75μm内径的熔融石 英毛细管，电泳分离氨基酸和肽。至此，出现 了毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE） 技术

➢ 毛细管电泳，又称高效毛细管电泳 （High Performance capillary electrophoresis，HPCE）， 它不同于经典的区带电泳，有如下特点： （1）它是在内径（10～200）μm的石英毛细管 中进行的，在毛细管中的散热较好，沿着管截面的 温度梯度很小，因此，可以提高加在毛细管两端的 电压，所加电压可高达几十千伏。 （2）它不需要阻流介质，但可使用凝胶作分子筛 介质

➢ 毛细管电泳，又称高效毛细管电泳 （High Performance capillary electrophoresis，HPCE）， 它不同于经典的区带电泳，有如下特点： （1）它是在内径（10～200）μm的石英毛细管 中进行的，在毛细管中的散热较好，沿着管截面的 温度梯度很小，因此，可以提高加在毛细管两端的 电压，所加电压可高达几十千伏。 （2）它不需要阻流介质，但可使用凝胶作分子筛 介质

（3）可使用在柱检测法，缩短分析时间，结合 计算机处理数据，可实现自动化操作。 （4）灵敏度高，检测限可达（10-13～10-15） mol，使用激光诱导的荧光检测限可达（10-19～ 10-21）mol。 （5）分辨率高，理论塔板数为几十万至几百万 ／米。 （6）取样量少，有时只需几个纳升（nL，10- 9L），流动相只需几毫升

（3）可使用在柱检测法，缩短分析时间，结合 计算机处理数据，可实现自动化操作。 （4）灵敏度高，检测限可达（10-13～10-15） mol，使用激光诱导的荧光检测限可达（10-19～ 10-21）mol。 （5）分辨率高，理论塔板数为几十万至几百万 ／米。 （6）取样量少，有时只需几个纳升（nL，10- 9L），流动相只需几毫升

第二节 高效毛细管电泳的基本原理 ➢ 溶质在毛细管区带电泳过程中的传递 含离子的溶液，在电场中所发生的物理过程 服从欧姆定律，当有直流电通过溶液时，阴离子 向阳极迁极，阳离子向阴极迁移，溶液的导电率 取决于离于浓度和其迁移率(又称淌度，即指溶质 在单位时间和单位电场强度下移动的距离)。离子 迁移率以μ表示，其大小受溶质的电荷／离子大 小比例所控制

第二节 高效毛细管电泳的基本原理 ➢ 溶质在毛细管区带电泳过程中的传递 含离子的溶液，在电场中所发生的物理过程 服从欧姆定律，当有直流电通过溶液时，阴离子 向阳极迁极，阳离子向阴极迁移，溶液的导电率 取决于离于浓度和其迁移率(又称淌度，即指溶质 在单位时间和单位电场强度下移动的距离)。离子 迁移率以μ表示，其大小受溶质的电荷／离子大 小比例所控制

在电场的影响下，带电荷的质点受到的力 Fe，等于其净电荷q与电场强度E的乘积，即 Fe = q×E。电场强度E以每单位长度所加的电 压U来表示，即E=U/L，其中L是毛细管长度。 Fe对正电荷为正值，对负电行为负值。 电场力促使带电质点向两极移动，质点在 移动过程中，也受到一种与电场力方向相反的 阻滞力Fd，阻止其移动，此阻滞力与质点的电 泳速度υ成正比，由下式结出

在电场的影响下，带电荷的质点受到的力 Fe，等于其净电荷q与电场强度E的乘积，即 Fe = q×E。电场强度E以每单位长度所加的电 压U来表示，即E=U/L，其中L是毛细管长度。 Fe对正电荷为正值，对负电行为负值。 电场力促使带电质点向两极移动，质点在 移动过程中，也受到一种与电场力方向相反的 阻滞力Fd，阻止其移动，此阻滞力与质点的电 泳速度υ成正比，由下式结出

Fd =f×υ 式中，f是质点平移动所受的摩擦阻力，对小的球状 物质点，可用斯托克斯（Stokes）定律表示，即： f=6πηr 式中，η是溶液的粘度，r是离子半径。即摩擦阻力 正比于溶液的粘度、质点大小和其电泳速度。由于 存在摩擦阻力，一种带电质点在电场中运动，被加 速到一有限速度，此速度取决于Fe和Fd，这一有限 速度称为电泳速度，υep 。当促进力与阻滞力达到平 衡时，则

Fd =f×υ 式中，f是质点平移动所受的摩擦阻力，对小的球状 物质点，可用斯托克斯（Stokes）定律表示，即： f=6πηr 式中，η是溶液的粘度，r是离子半径。即摩擦阻力 正比于溶液的粘度、质点大小和其电泳速度。由于 存在摩擦阻力，一种带电质点在电场中运动，被加 速到一有限速度，此速度取决于Fe和Fd，这一有限 速度称为电泳速度，υep 。当促进力与阻滞力达到平 衡时，则

υep ＝q·E／f 将上述表达式合并，作为电泳迁移率（或电泳 淌度）μep 。表示式，则 μep＝υep／E＝q士／6πηr 电泳迁移率定义为：一种质点在每单位电场强 度下的稳态速度

υep ＝q·E／f 将上述表达式合并，作为电泳迁移率（或电泳 淌度）μep 。表示式，则 μep＝υep／E＝q士／6πηr 电泳迁移率定义为：一种质点在每单位电场强 度下的稳态速度

μep 值的大小，取决于分子的净电荷数及 其摩擦性质，（分子大小和形状）以及 所用介质的介电常数ε和粘度η。因而， 对于每一种质点，在电场作用下的迁移 均具有特定的速度。 对于大分子或胶体，其关系可表示为     ep = • f • K 3 2

μep 值的大小，取决于分子的净电荷数及 其摩擦性质，（分子大小和形状）以及 所用介质的介电常数ε和粘度η。因而， 对于每一种质点，在电场作用下的迁移 均具有特定的速度。 对于大分子或胶体，其关系可表示为     ep = • f • K 3 2

➢ HPCE分离，几乎都是在熔融石英毛细管 中完成的，熔融石英是一种高度交联的 SiO2聚合物，具有很好的抗拉强度。石英 毛细管表面含有许多硅酸基（Si—OH）， 在一定的条件下可离解。使表面带有负电 荷。 由于表面带负电，因此，带负电荷的 离子被表面排斥，而带正电均离子则被毛 细管壁吸引

➢ HPCE分离，几乎都是在熔融石英毛细管 中完成的，熔融石英是一种高度交联的 SiO2聚合物，具有很好的抗拉强度。石英 毛细管表面含有许多硅酸基（Si—OH）， 在一定的条件下可离解。使表面带有负电 荷。 由于表面带负电，因此，带负电荷的 离子被表面排斥，而带正电均离子则被毛 细管壁吸引