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1、第21章毛細(xì)管電泳和毛細(xì)管電色譜capillaryelectrophoresis毛細(xì)管電泳（capillaryelectrophoresis;CE）是一類以高壓直流電場為驅(qū)動(dòng)力，毛細(xì)管為分離通道，依據(jù)樣品中各組分之間淌度和分配行為的差異而實(shí)現(xiàn)分離的新型液相分離分析技術(shù)。毛細(xì)管電泳是分析科學(xué)中繼高效液相色譜之后的又一重大進(jìn)展，它使分析科學(xué)從微升水平得以進(jìn)入納升水平，并使單細(xì)胞分析成為可能。毛細(xì)管電色譜（capillaryelectrochromatography;CEC）是毛細(xì)管電泳與液相色譜相結(jié)合
2、形成的一種高效、快速微分離分析技術(shù)。21.1．毛細(xì)管電泳和毛細(xì)管電色譜的基本理論21.1.1．雙電層和Zeta電勢21.1.2．電泳在電解質(zhì)溶液中，帶電粒子在電場作用下，以不同的速度或速率向其所帶電荷相反電場方向遷移的現(xiàn)象叫作電泳。陰離子向正極方向遷移，陽離子向負(fù)極方向遷移，中性化合物不帶電荷，不發(fā)生電泳運(yùn)動(dòng)。在充滿自由溶液開口管中球形粒子的電泳速率公式為：電泳淌度（μep)定義為單位場強(qiáng)下離子的平均電泳速率，即21.1.3．電滲流電滲是毛細(xì)管中整體溶劑或介質(zhì)在軸向直流電場作用下發(fā)生的定向遷移或流
3、動(dòng)。電滲的產(chǎn)生和雙電層有關(guān)，當(dāng)在毛細(xì)管兩端施加高壓電場時(shí)，雙電層中溶劑化的陽離子向陰極運(yùn)動(dòng)，通過碰撞作用帶動(dòng)溶劑分子一起向陰極移動(dòng)，形成電滲流(EOF)。度量電滲流大小是單位電場下的電滲流速率即電滲淌度(?eo)或電滲速率(ueo)，可用Smoluchowski方程表示：21.1.3．電滲流以電場力驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的溶液EOF，與高效液相色譜中由高壓泵產(chǎn)生的液體流型不同：電滲是CE的基本現(xiàn)象之一，它可以控制組分的遷移速率和方向，進(jìn)而影響CE的分離效率和重現(xiàn)性，所以電滲流控制是CE中的關(guān)鍵問題或技術(shù)之一。2
4、1.1.4.電滲流的控制影響電滲流的因素很多，直接影響因素有：1.電場強(qiáng)度2.溫度3.pH值4.緩沖液溶劑5.離子強(qiáng)度6.添加劑7.管壁涂層21.1.5.分離原理電泳和電滲流并存，在不考慮相互作用的前提下，粒子在毛細(xì)管內(nèi)電介質(zhì)中的遷移速率是兩種速率的矢量和：令μapp=μep+μeo，稱之為表觀淌度，即從毛細(xì)管電泳測量中得到的淌度為粒子自身的電泳淌度和由電滲引起的淌度之和，并有在典型的毛細(xì)管電泳分離中，溶質(zhì)的分離基于溶質(zhì)間電泳速率的差異。電滲流的速率絕對值一般大于粒子的電泳速率，并有效地成為毛細(xì)管
5、電泳的驅(qū)動(dòng)力。溶質(zhì)從毛細(xì)管的正極端進(jìn)樣，帶正電的粒子最先流出，中性粒子次之，帶負(fù)電的粒子在中性粒子之后流出。溶質(zhì)依次通過檢測器，得到與色譜圖極為相似的電泳分離圖譜。21.1.5.分離原理毛細(xì)管電色譜由于引入了色譜機(jī)制，其保留機(jī)理包括兩個(gè)方面:其一，如同HPLC，基于溶質(zhì)在固定相和流動(dòng)間分配過程；其二，如同CE，基于溶質(zhì)電遷移過程。CEC容量因子可用下式表示：由于CEC既能分離電中性溶質(zhì)，又能分離帶電溶質(zhì)，對復(fù)雜的混合樣品顯示出強(qiáng)大的分離潛力。21.1.6.柱效和分離度與色譜相同，CE和CEC的柱效
6、一般也用塔板數(shù)N或塔板高度H來表示。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)以下公式計(jì)算：從理論上分析，CE分離的柱效可表示為D為擴(kuò)散系數(shù)，樣品相對分子質(zhì)量越大，擴(kuò)散系數(shù)越小，柱效越高，所以毛細(xì)管電泳比色譜更適合于生物大分子分離分析。21.1.6.柱效和分離度類似于HPLC，CEC的柱效可用vanDeemter方程表征：作為一種重要的分離分析手段，CE和CEC仍沿用分離度R作為衡量分離程度的指標(biāo)，并定義如下：21.2.毛細(xì)管電泳和電色譜儀器裝置21.2.1.儀器基本結(jié)構(gòu)1高壓電源；2毛細(xì)管；3檢測器；4電極；5緩沖液瓶
7、；6恒溫系統(tǒng)；7記錄儀21.2.2.進(jìn)樣系統(tǒng)毛細(xì)管分離通道十分細(xì)小，整個(gè)柱體積一般只有4~5μL，所需的樣品區(qū)帶只有幾納升。毛細(xì)管電泳的進(jìn)樣方式一般是將毛細(xì)管的一端從緩沖液移出，放入試樣瓶中，使毛細(xì)管直接與樣品接觸，然后由重力、電場力或其他動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)樣品流入管中。進(jìn)樣量可以通過控制驅(qū)動(dòng)力的大小或時(shí)間長短來控制。CE進(jìn)樣技術(shù)均適用于CEC。目前有三種方法可以讓樣品直接進(jìn)入毛細(xì)管：電動(dòng)法、壓力法和濃差擴(kuò)散法。21.2.3.電源及其回路電流回路系統(tǒng)包括高壓電源、電極、電極槽、導(dǎo)線和電解質(zhì)緩沖溶液等。CE
8、和CEC一般采用0~±30kV連續(xù)可調(diào)的直流高壓電源。理想的電源應(yīng)具備：1.能輸出單極直流高壓(一端接地)；2.電壓、電流、功率輸出模式任意可選；3.能控制電壓、電流或電功率的梯度；4.電壓輸出精度應(yīng)高于1%。CE的電極通常由直徑0.5~lmm的鉑絲制成。電極槽，即緩沖液瓶，通常是帶螺口的小玻璃瓶或塑料瓶(1~5mL不等)，要便于密封。緩沖液內(nèi)含電解質(zhì)，充于電極槽和毛細(xì)管中，通過電極、導(dǎo)線與電源連通，一同構(gòu)成整個(gè)電流回路。21.2.4.毛細(xì)管及其溫度控制熔融石英毛細(xì)管在CE中應(yīng)用最
