高效毛细管电泳81496.doc

高效毛细管电泳（HPCE）的基本原理  高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis，HPCE）是近年来发展起来的一种分离、分析技术，它是凝胶电泳技术的发展，是高效液相色谱分析的补充该技术可分析的成分小至有机离子、大至生物大分子如蛋白质、核酸等可用于分析多种体液样本如血清或血浆、尿、脑脊液及唾液等，HPLC分析高效、快速、微量电泳迁移不同分子所带电荷性质、多少不同，形状、大小各异一定电解质及PH的缓冲液或其它溶液内，受电场作用，样本中各组分按一定速度迁移，从而形成电泳电泳迁移速度(v)可用下式表示：v=uE其中E为电场强度(E＝V/L，V为电压，L为毛细管总长度)u为电泳淌度电渗迁移电渗迁移指在电场作用下溶液相对于带电管壁移动的现象特殊结构的熔合硅毛细管管壁通常在水溶液中带负电荷，在电压作用下溶液整体向负极移动，形成电渗流带电微粒在毛细管内实际移动的速度为电泳流和电渗流的矢量和分离分析类型根据其分离样本的原理设计不同主要分为以下几种类型：①毛细管区带电泳（capillary zone electrophoresis，CZE）；②毛细管等速电泳（capillary chromatography，CITP）；③毛细管胶速电动色谱（miceller electrokinetic capillary chromatography，MECC）；④毛细管凝胶电泳（capillary gelelectrophoresis，CGE）；⑤毛细管等电聚焦（capillary isoelectric focusing ，CIEF）。

毛细管区带电泳（CZE）为HPCE的基本操作模式，一般采用磷酸盐或硼酸盐缓冲液，实验条件包括缓冲液浓度、ｐＨ值、电压、温度、改性剂（乙腈、甲醇等），用于对带电物质（药物、蛋白质、肽类等）分离分析，对于中性物质无法实现分离毛细管胶束电动色谱（MECC）为一种基于胶束增溶和电动迁移的新型液体色谱，在缓冲液中加入离子型表面活性剂作为胶束剂，利用溶质分子在水相和胶束相分配的差异进行分离，拓宽了CZE的应用范围，适合于中性物质的分离，亦可区别手性化合物，可用于氨基酸、肽类、小分子物质、手性物质、药物样品及体液样品的分析毛细管等速电泳（CITP）采用先导电解质和后继电解质，构成不连续缓冲体系，基于溶质的电泳淌度差异进行分离，常用于离子型物质（如有机酸），并因适用较大内径的毛细管而可用于微制备，但本法空间分辨率较差毛细管等电聚焦电泳（CIEF）用于具兼性离子的样品（蛋白质、肽类），等电点仅差0.001可分离的物质毛细管凝胶电泳（CGE）依据大分子物质的分子量大小进行分离，主要用于蛋白质、核苷酸片段的分离此外，还有毛细管电色谱（CEC）及非水毛细管电泳（CNACE），用于水溶性差的物质和水中难进行反应的分析研究。

目前CZE和MECC用得较多，本文以这两种方法为例来说明HPLC的原理CZE的基本原理HPLC选用的毛细管一般内径约为５０μｍ（２０～２００μｍ），外径为３７５μｍ，有效长度为５０ｃｍ（７～１００ｃｍ）毛细管两端分别浸入两分开的缓冲液中，同时两缓冲液中分别插入连有高压电源的电极，该电压使得分析样品沿毛细管迁移，当分离样品通过检测器时，可对样品进行分析处理HPLC进样一般采用电动力学进样（低电压）或流体力学进样（压力或抽吸）两种方式在毛细管电泳系统中，带电溶质在电场作用下发生定向迁移，其表观迁移速度是溶质迁移速度与溶液电渗流速度的矢量和所谓电渗是指在高电压作用下，双电层中的水合阴离子引起流体整体地朝负极方向移动的现象；电泳是指在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象溶质的迁移速度由其所带电荷数和分子量大小决定，另外还受缓冲液的组成、性质、ｐＨ值等多种因素影响带正电荷的组份沿毛细管壁形成有机双层向负极移动，带负电荷的组分被分配至毛细管近中区域，在电场作用下向正极移动与此同时，缓冲液的电渗流向负极移动，其作用超过电泳，最终导致带正电荷、中性电荷、负电荷的组份依次通过检测器。

MECC的基本原理MECC是在CZE基础上使用表面活性剂来充当胶束相，以胶束增溶作为分配原理，溶质在水相、胶束相中的分配系数不同，在电场作用下，毛细管中溶液的电渗流和胶束的电泳，使胶束和水相有不同的迁移速度，同时待分离物质在水相和胶束相中被多次分配，在电渗流和这种分配过程的双重作用下得以分离MECC是电泳技术与色谱法的结合，适合同时分离分析中性和带电的样品分子§5.9.3 高效毛细管电泳的特点与应用 一、特点(1) 高分辨率：理论塔板数高达数百万块，甚至数千万块2) 高灵敏度：可检测出低至10-21 mol/L浓度的物质3) 高分析速度：可在3分钟内分离30种阴离子；1.7分钟分离19种阳离子;4分钟可分离10种蛋白质4) 试样用量少：仅需几nL（10-9 L）的试样5) 仪器简单，操作成本低：分析一个试样仅需几毫升流动液不足之处：(1) 进样不够方便应用范围相对较窄2) 分析阴离子时，由阴极进样，在阳极检测但电渗流方向与阴离子受电场力作用移动方向相反，出峰时间较长 二、影响柱效的因素及改进方法1. 热效应焦耳热仍是影响柱效的主要因素采用外部冷却的方法散热，择合适的电压和电解质也是提高柱效的有效途径。

消除方法：选择合适的电解质降低电阻，电流低于200微安，一般几十微安2. 电渗流控制电渗流的大小和方向依赖于毛细管壁与溶液间电势的极性和大小使用添加剂可以改变其大小和方向，如添加NaCl和甲醇可降低电渗流；加入乙腈则可以增大电渗流加入反转剂，则可以改变电渗流的方向 三、应用由于高效毛细管电泳具有很高的分离效率，其在生化试样的分析分离方面有着重要用途，特别是氨基酸分析、蛋白质结构分析、遗传密码破译等方面发挥着其他仪器不可替代的作用。