内蒙古大学：《仪器分析化学》课程教学资源（PPT课件）第十一章 高效毛细管电泳分析法 第二节 高效毛细管电泳的理论基础

PHCE基本原理 第十一章 basic principles of PHCE 高效毛细管电泳 二、电渗现象与电渗流 electroosmosis and electroosmotic 分析法 flow high performance capillary 三、影响电渗流的因素 factors influenced electroosmosis electrophoresis,HPCE 四、淌度 第二节 mobility 高效毛细管电泳理论 PHCE中的参数与关系 基础 parameters and relation in HPCE basic theory of HPCE 六、影响分离效率的因素 factors influenced separation efficiency 下一页 23:10:08

23:10:08 第十一章 高效毛细管电泳 分析法 一、PHCE基本原理 basic principles of PHCE 二、电渗现象与电渗流 electroosmosis and electroosmotic flow 三、影响电渗流的因素 factors influenced electroosmosis 四、淌度 mobility 五、PHCE中的参数与关系 式 parameters and relation in HPCE 六、影响分离效率的因素 factors influenced separation efficiency 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 basic principles of PHCE 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ⅴ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。 电场力：FE=qE 阻力：F=fN 故： QE =fv q一离子所带的有效电荷： E一电场强度； y一离子在电场中的迁移速度； Electrode f一平动摩擦系数（对于球形离子：f=6π：y一离子的表观液态动力 学半径；”一介质的粘度：)】 23:10:08 下

23:10:08 一、高效毛细管电泳(HPCE)基本原理 basic principles of PHCE 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ν 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。 电场力：FE = qE 阻 力：F = fν 故： qE = fν q—离子所带的有效电荷； E —电场强度； ν—离子在电场中的迁移速度； f —平动摩擦系数( 对于球形离子：f =6πηγ；γ —离子的表观液态动力 学半径；η —介质的粘度； )

所以，迁移速度： (球形离子) 物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。 淌度：单位电场强度下的平均电泳速度。 Capillary Buffer Sample Electrode Electrode 23:10:08

23:10:08 所以，迁移速度： E q f qE    6π = = （球形离子） 物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。 淌度μ ：单位电场强度下的平均电泳速度。     6π q E = =

、电渗现象与电渗流 electroosmosis and electroosmotic flow 1.电渗流现象 当固体与液体接触时，固体表面由于某种原因带一种电 荷，测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，二者之间存在电位差。 当液体两端施加电压时， 毛细首电泳中的 电渗流 就会发生液体相对于固体表面 的移动，这种液体相对于固体 表面的移动的现象叫电渗现象。 电渗现象中整体移动着的 液体叫电渗流(electroosmotic f1ow,简称EOF)。 23:10:08

23:10:08 二、电渗现象与电渗流 electroosmosis and electroosmotic flow 1.电渗流现象 当固体与液体接触时，固体表面由于某种原因带一种电 荷，则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，二者之间存在电位差。 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，这种液体相对于固体 表面的移动的现象叫电渗现象。 电渗现象中整体移动着的 液体叫电渗流（electroosmotic flow ，简称EOF）

2.HPCE中的电渗现象与电渗流 石英毛细管柱，内充液pH>3时，表面电离成-Si0,管 内壁带负电荷，形成双电层。 在高电场的作用下，带正电荷的溶液表面及扩散层向阴 极移动，由于这些阳离子实际上是溶剂化的，故将引起柱中 的溶液整体向负极移动，速度V电渗流。 毛细营电泳中的 电秀流 /nm 吸附层 紧密层 扩撒层 23:1008

23:10:08 2.HPCE中的电渗现象与电渗流 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。 在高电场的作用下，带正电荷的溶液表面及扩散层向阴 极移动，由于这些阳离子实际上是溶剂化的，故将引起柱中 的溶液整体向负极移动，速度ν电渗流

3.HPCE中电渗流的大小与方向 电渗流的大小用电渗流速度V电渗流表示，取决于电渗淌 度和电场强度E。即 V电渗流=uE 电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即 u=ε0ε5 ￡o一真空介电常数；e一介电常数；5一毛细管壁的Zeta电势。 V电渗流=e0e5E 实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算 V电渗流=Lef/teo Let一毛细管有效长度：teo一 电渗流标记物（中性物质）的迁移时间。 23:10:08

23:10:08 3.HPCE中电渗流的大小与方向 电渗流的大小用电渗流速度ν电渗流表示，取决于电渗淌 度μ和电场强度E。即 ν电渗流 = μ E 电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即 μ = ε0εξ ε0—真空介电常数；ε—介电常数；ξ—毛细管壁的Zeta电势。 ν电渗流 = ε0εξE 实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算 ν电渗流 = Lef/teo Lef —毛细管有效长度； teo—电渗流标记物（中性物质）的迁移时间

HPCE中电渗流的方向 电渗流的方向取决于毛细管内表面电荷的性质： 内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极； 内表面带正负电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极； 石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极； 改变电渗流方向的方法： 毛细营电冰中的 (1)毛细管改性 表面键合阳离子基团； (2)加电渗流反转剂 内充液中加入大量的阳离子表面活性剂，将使石英毛细 管壁带正电荷，溶液表面带负电荷。电渗流流向阳极。 23:10:08

23:10:08 HPCE中电渗流的方向 电渗流的方向取决于毛细管内表面电荷的性质： 内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极； 内表面带正负电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极； 石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极； 改变电渗流方向的方法： （1）毛细管改性 表面键合阳离子基团； （2）加电渗流反转剂 内充液中加入大量的阳离子表面活性剂，将使石英毛细 管壁带正电荷，溶液表面带负电荷。电渗流流向阳极

HPCE中电渗流的流形 电荷均匀分布，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)。 塞流 层流 毛细首电泳中的 电海流 HPCE HPLC 23:10:08

23:10:08 4. HPCE中电渗流的流形 电荷均匀分布，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）

5. HPCE中电渗流的作用 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+=V电渗流+V+ef 阳离子运动方向与电渗流一致； V=V电渗流 V-ef 阴离子运动方向与电渗流相反； V0=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。 23:10:08

23:10:08 5. HPCE中电渗流的作用 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

三、HPCE中影响电渗流的因素 factors influenced electroosmosis 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 3 不同材料毛细管的表面电 荷特性不同，产生的电渗流大 聚四氟乙烯 小不同 PH 23:10:08 页下

23:10:08 三、HPCE中影响电渗流的因素 factors influenced electroosmosis 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。 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 小不同；