第21章 毛细管电泳和毛细管电色谱（课件）- 《分析化学》同步教学（武汉大学版）

第21章 毛细管电泳和毛细管电色谱 capillary electrophoresis 毛细管电泳（capillary electrophoresis;CE）是一类以高压直流电场为驱动力，毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和分配行为的差异而实现分离的新型液相分离分析技术。 毛细管电泳是分析科学中继高效液相色谱之后的又一重大进展，它使分析科学从微升水平得以进入纳升水平，并使单细胞分析成为可能。 毛细管电色谱（capillary electrochromatography; CEC）是毛细管电泳与液相色谱相结合形成的一种高效、快速微分离分析技术。 21.1． 毛细管电泳和毛细管电色谱的基本理论 21.1.1． 双电层和Zeta电势 21.1.2． 电泳 在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度或速率向其所带电荷相反电场方向迁移的现象叫作电泳。阴离子向正极方向迁移，阳离子向负极方向迁移，中性化合物不带电荷，不发生电泳运动。 在充满自由溶液开口管中球形粒子的电泳速率公式为： 电泳淌度（μep)定义为单位场强下离子的平均电泳速率，即 21.1.3． 电渗流 电渗是毛细管中整体溶剂或介质在轴向直流电场作用下发生的定向迁移或流动。 电渗的产生和双电层有关，当在毛细管两端施加高压电场时，双电层中溶剂化的阳离子向阴极运动，通过碰撞作用带动溶剂分子一起向阴极移动，形成电渗流(EOF)。 度量电渗流大小是单位电场下的电渗流速率即电渗淌度(eo)或电渗速率(ueo)，可用Smoluchowski 方程表示： 21.1.3． 电渗流 以电场力驱动产生的溶液EOF，与高效液相色谱中由高压泵产生的液体流型不同： 电渗是CE的基本现象之一，它可以控制组分的迁移速率和方向，进而影响CE的分离效率和重现性，所以电渗流控制是CE中的关键问题或技术之一。 21.1.4. 电渗流的控制 影响电渗流的因素很多，直接影响因素有： 1. 电场强度 2. 温度 3. pH值 4. 缓冲液溶剂 5. 离子强度 6. 添加剂 7. 管壁涂层 21.1.5. 分离原理 电泳和电渗流并存，在不考虑相互作用的前提下，粒子在毛细管内电介质中的迁移速率是两种速率的矢量和： 令µapp=µep + µeo，称之为表观淌度，即从毛细管电泳测量中得到的淌度为粒子自身的电泳淌度和由电渗引起的淌度之和，并有 在典型的毛细管电泳分离中，溶质的分离基于溶质间电泳速率的差异。电渗流的速率绝对值一般大于粒子的电泳速率，并有效地成为毛细管电泳的驱动力。溶质从毛细管的正极端进样，带正电的粒子最先流出，中性粒子次之，带负电的粒子在中性粒子之后流出。溶质依次通过检测器，得到与色谱图极为相似的电泳分离图谱。 21.1.5. 分离原理 毛细管电色谱由于引入了色谱机制，其保留机理包括两个方面: 其一，如同HPLC，基于溶质在固定相和流动间分配过程； 其二，如同CE，基于溶质电迁移过程。CEC容量因子可用下式表示： 由于CEC既能分离电中性溶质，又能分离带电溶质，对复杂的混合样品显示出强大的分离潜力。 21.1.6. 柱效和分离度 与色谱相同，CE和CEC的柱效一般也用塔板数N或塔板高度H来表示。实际应用中，可根据以下公式计算： 从理论上分析，CE分离的柱效可表示为 D为扩散系数，样品相对分子质量越大，扩散系数越小，柱效越高，所以毛细管电泳比色谱更适合于生物大分子分离分析。 21.1.6. 柱效和分离度 类似于HPLC，CEC的柱效可用vanDeemter方程表征： 作为一种重要的分离分析手段，CE和CEC仍沿用分离度R作为衡量分离程度的指标，并定义如下： 21.2. 毛细管电泳和电色谱仪器装置 21.2.1.仪器基本结构 1 高压电源；2 毛细管；3 检测器；4 电极；5 缓冲液瓶；6 恒温系统；7 记录仪 21.2.2. 进样系统 毛细管分离通道十分细小，整个柱体积一般只有4~5μL，所需的样品区带只有几纳升。 毛细管电泳的进样方式一般是将毛细管的一端从缓冲液移出，放入试样瓶中，使毛细管直接与样品接触，然后由重力、电场力或其他动力来驱动样品流入管中。进样量可以通过控制驱动力的大小或时间长短来控制。CE进样技术均适用于CEC。 目前有三种方法可以让样品直接进入毛细管： 电动法、压力法和浓差扩散法。 21.2.3. 电源及其回路 电流回路系统包括高压电源、电极、电极槽、导线