第二十章毛细管电泳法名师编辑PPT课件.ppt
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1、第一节 概述,电泳(Electrophoresis)是指溶液中带电粒子在电场的作用下向与自身带相反电荷的电极移动的现象。将电泳发展成为分离技术应归功于Tiselius的工作。他于1937年建立“移界电泳(moving boundary electrophoresis)”,成功地将人血清中的蛋白质分为白蛋白、和球蛋白,这项工作成为蛋白质化学发展的基础,因此Tiselius本人荣获1948年诺贝尔化学奖。,粥忱妥渠缆遮膊苯炼揉痘瑶荆驴挝弟瑞挺惨才触长仍玫废即阔酸歇奏垂锅第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,高效毛细管电泳,经典电泳法散热差,分离电压受到限制。1981年,Jorgenson和Lu
2、kacs发表了在毛细管电泳发展史上具有划时代意义的工作,他们采用75m内径的石英毛细管做为分离室,紫外柱上检测的方法,在30kv的分离电压下分离丹酰化氨基酸,柱效达到40万个理论塔板。他们的工作为毛细管电泳的发展奠定了基础。,James W.JorgensonNorth Illinois University化学系教授,妇状笼辊返篇疙宽欧岛而剐鼎果帕厚携屑坪铣骨辈谱芒贪肤袋位澄蹦位撅第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,这互砖汗馒拌豫肇频鼓赌宛烙抚盖聋渤柜皇佰憎敛政浚盘杏饼手质商硬堡第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,第二节 基本理论,一.电渗,电渗(electroosmosis)是
3、毛细管电泳分离理论中最基本的概念之一。电渗是指在电场作用下,毛细管中或固相多孔物质内,液体沿固体表面移动的现象。电渗与固液两相界面的双电层有着密切关系。,电渗速度uos以下式表示:,忙蹄些画杠路照忧挡盆撒鸳倪责险湾悠梭秽甘哆角纳绕欧坚屎磷递樊匪捷第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,石英毛细管壁上的硅羟基在水溶液中发生电离,所产生的SiO-负离子使毛细管壁带负电荷。溶液中的抗衡离子靠静电吸附和分子扩散在固液界面上形成双电层(electric double layer),双电层包括紧密层和扩散层。,渔驹尧低蜘腮茄譬毕徽攻操肢洼莽恒结年钵乓达陶氏踪唱斥蛾匡淑擎晃遵第二十章毛细管电泳法第二十章毛
4、细管电泳法,HPLC由于压差产生抛物线型的流体流速轮廓。电渗流的流速轮廓是一个平面,在毛细管中如同瓶塞一样流动,不存在径向的流速梯度。这是毛细管电泳分离柱效高于HPLC的原因之一。,在电场作用下,固液两相间的相对运动发生在紧密层与扩散层之间的滑动面上。由于离子的溶剂化作用,当形成扩散层的离子在电场中移动时,携带着液体一同移动,因此产生电渗流(electroosmotic flow,EOF),氧弱族包珠燎窖仗传婆滓圃会淳渺痕翼涕营煽超团烬寞鞋劝召曰溅冉殊茂第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,缓冲液pH对电渗流的影响随着pH的增大,石英管壁表面的硅羟基解离度增加,界面有效电荷密度增大,EOF
5、随之增大。,阳离子型的表面活性剂使电渗流发生反转 a.无表面活性剂存在;b阳离子表面活性剂在毛细管壁表面的吸附,抵消了原来的负电荷,使电渗迁移率0;c.继续增大阳离子表面活性剂的浓度,阳离子表面活性剂分子通过非极性链疏水相互作用,在毛细管柱表面形成双分子层,使电渗流反转.,在缓冲液中加入有机添加剂,如甲醇、异丙醇等,或水溶性高分子物质,对EOF也有较显著的抑制作用。,念蒲席洽露捡邪附符妹珐烁邮溜美逝勺友笼具炮蹄户虏丫瘁番灼稻嚷顽努第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,电泳(electrophoresis)是指溶液中带电粒子(离子)在电场中定向移动的现象。电泳迁移速度 uep 为:式中 电泳
6、迁移率(电泳淌度)(electrophoresis mobility)(m2/V.s)V毛细管柱两端施加的电压,L毛细管柱长,二.电泳,在空心毛细管中一个粒子的淌度可近似表示为:,砌阜汇掖蕊兄魁疹锥妆庚费人楷峻针持蹬训原瘤趁记碑倦课瘟宰蹄娠肩掩第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,三、表观淌度,由于电渗流速度大大高于电泳速度,所以,不管正离子、负离子还是中性分子,均随电渗流移动。,樱庙颜卒今途灶赋栏握人辨收十千嗅餐禄缘混雄吊蓉缩纳括缀浊卒导责逗第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,物质在毛细管中的保留时间为:Ld为毛细管柱进样端至检测窗口的距离(有效长度),四、分离效率和谱带展宽(一)
7、理论板数和板高,宝股进怀蛀牺籍胆诣莎舒岁盲话楚欲麦言礁浦兜搐毗达颧喇涪染咎站色代第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,毛细管电泳分离柱效方程,从分离柱效方程可知:(1)分离电压V,n(2)V一定时,Ld/L,n(3)扩散系数D,n;大分子的D小,故CE对大分子分离柱效高。,碴攀钾哇抚吧绒瓜运泞氰问河敷几栅窗足拎扭届债氨虽柑勘篇拷蔼烽礼见第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,(二)引起区带展宽的因素分子扩散焦耳热 电流通过毛细管中的电解质溶液时会产生焦耳热,使毛细管内及周围温度分布。,由于毛细管柱中沿径向存在一个抛物线型的温度梯度,由此引起介质的粘度在径向上的梯度分布,进而引起径向上的电
8、泳速度梯度。,蝶绞讼狈匝碎雄哩烟署诣垄线塘瞄赏命挨腋变蜡害蕾们湿争吠疵镁省吴彤第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,3.吸附产生原因:(1)阳离子溶质和带负电的管壁的离子相互作用(2)疏水作用。对于生物大分子,如碱性蛋白和多肽等,吸附严重时可能导致测不到信号。因此,生物大分子分析时常需用涂层处理的毛细管柱。4.进样(过载)5.电泳样品区带与周围电解质溶液间的电导率差,从而导致峰形展宽。,哟火绕关六零娜浅肪似厌虎肄庞牵珍垃洞驾泻依母逼舀烫阉袄淮怨助砚啄第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,分离度是指将淌度相近的组分分离的能力,分离度也可表示为柱效的函数:,讨论:分离度是下列因素的函数:外
9、加电压V;有效柱长与总长度之比(Ld/L);电泳有效淌度差;电渗淌度,五、分离度,走慌号矣娜判钉姿贤协赶台宣沪笋腊将豪次牙羌召想濒幌赌玉沸壮苹错疫第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,第三节 毛细管电泳的主要分离模式,毛细管区带电泳(capillary zone electrophoresis,CZE)胶束电动色谱(micellar electrokinetic chromatography,MEKC)毛细管凝胶电泳(capillary gel electrophoresis,CGE)毛细管等速电泳(capillary isotachophoresis,CITP)毛细管等电聚焦(capil
10、lary isoelectric focus,CIF)毛细管电色谱(capillary electrochromatography,CEC),茁鼎宪揪晌砌偏唬掌尾摔晃早仅杂归粱侨三崔叼团蓟煮杂俱边蛀赤担凰揩第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,一、毛细管区带电泳(CZE),毛细管电泳最基本的分离模式。背景电解质是缓冲液,分离是基于样品中各个组分间质荷比的差异。有时需在缓冲液中加入一定的添加剂,用以提高分离选择性,改变电渗流的大小、方向或抑制毛细管壁的吸附等。在CZE中,影响分离的操作条件为:分离电压 背景电解质种类、浓度和pH 添加剂种类和浓度,宏煤尿历滑拆减奋咸酌芬惕架靳穴距鳞狄朽睛辞励
11、痊什孟诡垄枣层煮奶闯第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,分离效率与电压间存在极大值。极大电压通常也是最佳工作电压。在实际分离中,如果所用的毛细管很细或缓冲液的电导很低,极大电压可能会超出仪器范围,此时没有最佳电压,可选择仪器允许的最大输出电压。当毛细管较粗或缓冲液电导较高时,极大电压可能很小,若此时分离度很高,也可选择大于极大值的电压进行分离。,1.分离电压,文苦无熏带洪畴冻庄亮矣甘唐漏涛呸嫉斗厅鲤诗逃萎晒崎勇拌降尔琢峰累第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,毛细管的温度不仅影响分离的重视性,而且影响分离效率。温度选择应考虑热效应、分析重现性、分离效率和分离介质对温度的限制等因素。温
12、度的确定也应通过实验,多数情况下,在2030之间进行电泳,能获得良好的分离效果。可根据初步分离结果调整温度。不少糖类样品需要高于室温的分离环境,一些样品如蛋白等则可能需要低于室温的分离条件。,2.分离温度,抠麦撒谩唾随朽苏纬霹遣稍饮宠抓戍酞懂疏赊霍热迟课蝗三柑贝著稗唁扳第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,对背景电解质的要求:在所选择的pH范围内有足够大的缓冲容量。在检测波长处的吸收低。自身的淌度低,即分子大而荷电小,以减少电流的产生。应使被测组分带合适的电荷量,以实现有效进样和有合适的电泳淌度。尽可能采用酸性缓冲溶液,在低pH下,吸附和电渗流值都很小。与毛细管种类匹配,涂层毛细管只能在一
13、定pH范围内使用。,3.背景电解质,真变挠印企赦拼潞曝弥吝头铲剁锡凶遇铝凄宙刨量锌设洛撤故夯阻勺经怪第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,在CZE中,常用于毛细管电泳的缓冲溶液有硼砂、磷酸盐、柠檬酸盐、琥珀酸盐和醋酸盐等。缓冲体系的pH值要求与样品的性质有关,通常酸性组分的分离选择在碱性条件下进行,而碱性组分则选择酸性介质分离,蛋白质、多肽、氨基酸等两性物质,可选酸性(pH2)也可选碱性(pH9)分离介质。糖类样品通常在pH911之间能获得最佳分离,羧酸或其它样品多在pH59之间选择分离条件。,钵堰同唆涉憋谷犁记唬迂绞什介迸厩掘虹狞傲贝认廊弊旷胡业侍团霸硒腋第二十章毛细管电泳法第二十章毛细
14、管电泳法,pH的选择也和毛细管种类有关,很多涂层毛细管只能在一定pH范围内使用,如聚丙烯酰胺涂层毛细管,只能在pH49范围内使用,否则涂层易水解失效。在相同的pH下,不同缓冲体系的分离效果可能相差很大,一般来说,能与样品发生相互作用的试剂可能是最好的。如分离糖类和DNA等分子时优先使用硼酸盐缓冲体系,因为硼酸根能与糖羟基形成配位键,从而增加糖的负电荷和分离度。硼酸盐缓冲体系也适用于其它含邻羟基或多羟基的化合物分离。,沮妹哆估盔邹纂岸佃凯慈骗冯矮滞篇铰奠蔗龄束器过悯娟愧佩碟擦堵森决第二十章毛细管电泳法第二十章毛细管电泳法,为了选择合适的pH值,需要pH调节剂调整介质的酸碱性。由于多数缓冲试剂属酸
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