《分析化学》课程教学资源（PPT课件）第二十一章 高效毛细管电泳（High performance capillary electrophoresis,HPCE）

第二十一章高效毛细管电泳Highperformance capillaryelectrophoresis,HPCE第一节毛细管电泳的特点和分类2025/4/10

2025/4/10 第二十一章 高效毛细管电泳 第一节 毛细管电泳的特点和分类 High performance capillary electrophoresis,HPCE

一、概述generalization在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象，称之为电泳（electrophoresis）。由于不同离子所带电荷及性质的不同，迁移速率不同，可实现分离。1937年，Tiselius(瑞典)将蛋白质混合液放在两段缓冲溶液之间，两端施以电压进行自由溶液电泳，第一次将人血清提取的蛋白质混合液分离出白蛋白和α、β、球蛋白；发现样品的迁移速度和方向由其电荷和尚度决定；第一次的自由溶液电泳；第一台电泳仪；1948年，获诺贝尔化学奖2025/4/10

2025/4/10 一、概述 generalization 在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作 用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现 象，称之为电泳（electrophoresis）。由于不同离子所带电荷 及性质的不同，迁移速率不同，可实现分离。 1937年，Tiselius(瑞典)将蛋白质混合液放在两段缓冲溶液之 间，两端施以电压进行自由溶液电泳，第一次将人血清提取 的蛋白质混合液分离出白蛋白和α、β、γ球蛋白； 发现样品的迁移速度和方向由其电荷和淌度决定； 第一次的自由溶液电泳；第一台电泳仪； 1948年，获诺贝尔化学奖；

一经典电泳分析traditional electrophoresis市法利用电泳和技术蛋白质溶液装有凝胶按形按载自由电泳玻板传统走法与其他生纸上电泳1981圆盘电泳板上电泳本变行电泳革，迅速发展成为可与GC、HPLC相媲美的斩新的分离分析技术高效毛细管电泳。2025/4/10

2025/4/10 二、经典电泳分析 traditional electrophoresis 利用电泳现象对某些化学或生物物质进行分离分析的方法 和技术叫电泳法或电泳技术。 按形状分类：U型管电泳、柱状电泳、板电泳； 按载体分类：滤纸电泳、琼脂电泳、聚丙烯酰胺电泳、自 由电泳； 传统电泳分析：操作烦琐，分离效率低，定量困难，无法 与其他分析相比。 1981年，Jorgenson和Luckas，用75um内径石英毛细管进 行电泳分析，柱效高达40万/m，促进电泳技术发生了根本变 革，迅速发展成为可与GC、HPLC相媲美的崭新的分离分析 技术——高效毛细管电泳

HPCE三、高效毛细管电泳分析highperformancecapillaryelectrophoresis高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进：是采用了50um内径的毛细管，；二是采用了高达数干伏的电压·毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大减小了温度效应，使电场电压可以很高。·电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小，柱长增加，·高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理论塔板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万。2025/4/10

2025/4/10 三、高效毛细管电泳分析 HPCE high performance capillary electrophoresis 高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进： 一是采用了50um内径的毛细管,； 二是采用了高达数千伏的电压。 • 毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大减小了温 度效应，使电场电压可以很高。 • 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小，柱长 增加， • 高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理论塔板数 高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万

分离过程V电修流V电话ee田田电场S管柱中田田甲d0e象和电池+带电装量和。流出：正离吉生安+中性后流出；阴离永时,阴离子除中性粒在负极量子外,同种类离子由于受到的电场力大小不一样也同时被相互分离。2025/4/10

2025/4/10 分离过程  电场作用下，毛细 管柱中出现：电泳现 象和电渗流现象。  带电粒子的迁移速度=电泳+电渗流；两种速度的矢量和。  正离子：两种效应的运动方向一致，在负极最先流出；  中性粒子无电泳现象，受电渗流影响，在阳离子后流出；  阴离子：两种效应的运动方向相反。ν电渗流 >ν电泳时,阴离子 在负极最后流出,在这种情况下,不但可以按类分离,除中性粒 子外,同种类离子由于受到的电场力大小不一样也同时被相互 分离

电泳与色谱分离原理：电泳是带电粒子在一定介质中因电场作用而发生定向运动，离子电荷数、形状和离解度不同而迁移速度不同色谱是广义上的分配系数不同而分离分离过程：差速迁移过程，同样的理论和参数仪器流程：进样、分离柱、检测器、数据处理2025/4/10

2025/4/10 电泳与色谱 分离原理： 电泳是带电粒子在一定介质中因电场作用而发生定 向运动，离子电荷数、形状和离解度不同而迁移速 度不同 色谱是广义上的分配系数不同而分离 分离过程： 差速迁移过程，同样的理论和参数 仪器流程： 进样、分离柱、检测器、数据处理

高效毛细管电泳的特点1.仪器简单、易自动化电源、毛细管、检测器、溶液瓶2.分析速度快、分离效率高在3.1min内分离36种无机及有机阴离子4.1min内分离了24种阳离子；分离柱效：105～107/m理论塔板数；3.操作方便、消耗少进样量极少，水介质中进行；4.应用范围极广有机物、无机物、生物、中性分子；生物大分子等；分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等；2025/4/10

2025/4/10 高效毛细管电泳的特点 1.仪器简单、易自动化 电源、毛细管、检测器、溶液瓶 2.分析速度快、分离效率高 在3.1min内分离36种无机及有机阴离子，4.1min内分离了 24种阳离子；分离柱效：105～107 /m理论塔板数； 3.操作方便、消耗少 进样量极少，水介质中进行； 4.应用范围极广 有机物、无机物、生物、中性分子；生物大分子等； 分子生物学、医学、药学、化学、环境保护、材料等；

毛细管电泳的分类填充物形状自由溶液/非自由溶液毛细管电泳机制电泳型、色谱型、电泳/色谱型分离模式毛细管区带电泳胶束电动毛细管色谱微乳液电动毛细管色谱毛细管凝胶电泳毛细管等电聚焦毛细管电色谱非水毛细管电泳2025/4/10

2025/4/10 毛细管电泳的分类 填充物形状 自由溶液/非自由溶液毛细管电泳 机制 电泳型、色谱型、电泳/色谱型 分离模式 毛细管区带电泳 胶束电动毛细管色谱 微乳液电动毛细管色谱 毛细管凝胶电泳 毛细管等电聚焦 毛细管电色谱 非水毛细管电泳

第二十一章高效毛细管电泳分析法highperformancecapillaryelectrophoresis,HPCE第二节高效毛细管电泳理论基础basic theoryof HPCE2025/4/10

2025/4/10 第二十一章 高效毛细管电泳分析法 第二节 高效毛细管电泳理论基础 high performance capillary electrophoresis,HPCE basic theory of HPCE

高效毛细管电泳(HPCE）基本原理basicprinciples of HPCE电泳是指带电离子在电场中的定向移动，不同离子具有不同的迁移速度，迁移速度与哪些因素有关？当带电离子以速度u在电场中移动时，受到大小相等、方向相反的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。Uep =μep-Eμ.电泳消度：溶质在给定缓冲溶液中和单位电场强度下单位时间内移动的距离&ErHep=4元mBufferSampleBuffer+8介质介电常数，n介质黏度，HElectrodE,粒子的zeta电势，近似正比于Z/M2/3Electrode2025/4/10

2025/4/10 一、高效毛细管电泳(HPCE)基本原理 basic principles of HPCE 电泳是指带电离子在电场中的定向移动，不同离子具有不同的迁移 速度，迁移速度与哪些因素有关？ 当带电离子以速度u在电场中移动时，受到大小相等、方向相反的电 场推动力和平动摩擦阻力的作用。 2 3 i i ep ep ep ep zeta Z M 4 : u E 粒子的 电势，近似正比于 介质介电常数， 介质黏度， 单位电场强度下单位时间内移动的距离 电泳淌度 溶质在给定缓冲溶液中和         =  =  