毛细管电泳的介绍及基本原理

互联网2013-08-27

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本文介绍了毛细管电泳的兴起与发展、毛细管电泳基本原理。毛细管电泳于1981年由Jorgenson等人创立至今已发展达到国际先进水平。

毛细管电泳的介绍及基本原理

毛细管电泳仪

一、毛细管电泳的兴起与发展

毛细管电泳(capillary electrophoresis, CE)，又称高效毛细管电泳(HPCE)是近年来发展最快的分析化学研究领域之一.1981年Jorgenson等在75μm内径的毛细管内用高电压进行分离，创立了现代毛细管电泳。1984年Terabe等[2]发展了毛细管胶束电动色谱(MECC)。1987年比Hjerten[3]建立了毛细管等电聚焦(CIEF)，Cohen和Karger[4]提出了毛细管凝胶电泳(CGF)。1988—1989年出现了第一批CE商品仪器，1989年第一届国际毛细管电泳会议召开，标志了一门新的分支学科的产生.短短的几年内，由于CE符合了以生物工程为代表的生命科学各领域中对生物大分子(肽、蛋白、DNA等)的高度分离分析的要求，得到了迅速发展，正逐步成为生命科学及其它学科实验室中一种常用的分析手段.近三年来国际毛细管电泳会议与会者均达700—800人，1996、1997两年公开发表的有关CE论文达3600余篇。可参见相关综述则[5-8]。欧洲、美国国内及日本也相继召开CE地区性国际会议。

我国在CE领域研究起步早、发展快、研究工作较全面、有的研究成果达到国际先进水平。定期召开全国CE会议及亚太地区国际会议，在国际上已有一定的影响。1984年中国科学院化学所竺安教授在国内率先开展CE研究，迄今国内已有几百个单位开展CE研究和应用.从CE理论到各种模式及各方面应用，国内均在进行。1998年举行的第三届全国CE会议共收录论文129篇，同时举行的第二届亚太国际会议也取得了成功。毛细管电色谱(CEC)、CE/MS联用、低背景毛细管梯度凝胶电泳、手性药物分离、逆流聚焦及脱氧核糖核酸(DNA)各种CE测定方法等一批研究成果均达到国际先进水平。

二、毛细管电泳基本原理

CE是以高压电场为驱动力。以毛细管为分离通道，依据样品中各组成之间淌度和分配行为上的差异，而实现分离的一类液相分离技术.仪器装置包括高压电源、毛细管、柱上检测器和供毛细管两端插入又和电源相连的两个缓冲液贮瓶，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称电泳。

CE所用的石英毛细管在PH>3时，其内液面带负电，和溶液接触形成一双电层.在高电压作用下，双电层中的水合阳离子层引起溶液在毛细管内整体向负极流动，形成电渗液。带电粒子在毛细管内电解质溶液中的迁移速度等于电泳和电渗流(EOF)二者的矢量和。带正电荷粒子最先流出;中性粒子的电泳速度为“零”，故其迁移速度相当于EOF速度;带负电荷粒子运动方向与EOF方向相反，因EOF速度一般大于电泳速度，故它将在中性粒子之后流出;各种粒子因迁移速度不同而实现分离，这就是毛细管区带电泳(capillary zone electrophoresis，CZE)的分离原理。CZE的迁移时间t可用下式表示：

式中，μep为电泳淌度，μen为电渗淌度，V为外加电压，ιt为毛细管总长度，ιd为进样到检测器间毛纫管长度.理论塔板数N为：

式中，D为扩散系数。分离度R为

式中，μ1，μ2分别为二溶质的电泳淌度，μep为二溶质的平均电泳淌度。