电泳技术基本原理

任何一种物质的质点，由于基本身在溶液中的解离或由于其表面对其他 带电质点的吸附，会在电场中向一定的电极移动。倒如，氨基酸、蛋白质、 酶、激素、核酸及其衍 生物 等物质都具有许多可解离的酸性和碱性基因，它 们在溶液中会解离而带电。一般说来，在碱性溶液中（即溶液的pH 值大于 等电点pI），分子带负电荷，在电场中向正极移动。而在酸性溶液中，分子 带正电荷，在电场中分子向负极移动。移动的速度取决于带电的多少和分子 的大小。
不同的质点在同一电场中泳动速度不同，常用泳动度（或迁移率）来表 示。泳动度的定义是带电质点在单位电场强度下的泳动速度。
泳动度首先取决于带电质点的性质，即质点所带净电荷的量、质点的大 小和质点的形状。一般来说，质点所带净电荷越多，质点直径越小，越接近 于球形，则在电场中的泳动速度越快；反之，则越慢。泳动度除受质点本身 性质的影响外，还受其他外界因素的影响，如溶液的粘度等。影响泳动速度 的主要外界因素还有下列几种：
（一）电场强度（电势梯度）
电场强度是指cm 的电压降，它对泳动速度起着十分重要的作用。例如， 纸上电泳的支持物滤纸两端相距20cm，如电压降为200V，则电场强度为 200V/20cm=10V/cm。电场强度越高，带电质点移动速度越快，根据电场强 度的大小，可将电泳分为常压（100~500V）电泳和高压（500~10000V）电 泳。常压电泳的电场强度一般为2~10V/cm，电泳分离时间较长，有时需要 几小时至几天；高压电泳的电场强度为20~200V/cm，电泳分离时间较短， 有时仅需几分钟。常压电泳多用于分离蛋白质等大分子物质，而高压电泳则 用来分离 氨基酸 、小肽、核苷酸等小分子物质。在生产中有时需要进行快速 的中间分析，如果没有高压电泳设备，可以把常压电泳小型化，缩短滤纸两 端距离，也可达到高压快速的目的。如将原来两端相距20cm 的滤纸改为 5cm，外加电压仍为200v，电场强度则变为40v/cm，这样就加快了电泳速 度。
（二）溶液的pH 值
溶液的pH 值决定带电质点解离的程度，也决定物质质点所带净电荷的 多少。对蛋白质、 氨基酸 等两性电解质而言，pH 值距等电点越远，质点所 带净电荷越多，泳动速度也越快；反之，则越慢。因此，当分离某一蛋白质 混合物时,应选择一个合适的pH 值，使各种蛋白质所带净电荷的量差异较 大，以利于分离。为了使电泳过程中溶液的pH 值恒定，必须采用缓冲溶液。
（三）溶液的离子强度
离子强度代表所有类型的离子所产生的静电力，也就是全部的离子效应， 它取决于离子电荷的总数，而与溶液中盐类的性质无关。溶液的离子强度越 高，带电质点的泳动速度越慢；离子强越低，质点泳动的速度越快。一般最 适合的离子强度在0.02~0.2 之间.
在稀溶液中，离子强度的计算方法，是将每一离子浓度乘以其价数的平 方，再将所有乘积相加，以2 除和。计算公式如下：
离子强度（I）=0.5ΣCZZ
式中：C 为离子的摩尔浓度（mol/L）；
Z 为离子的价数。
（四）电渗现象
液体在电场中对于一个固体支持物的相对移动，称为电渗现象。例如， 在纸电泳时，由于纸上带有负电荷，而与纸接触的水溶液因为静电感应带有 正电荷，在电场的作用下溶液便向负极移动并带动着质点向负极移动。假如 这时进行电泳，则质点移动的表面速度是质点移动速度和由于溶液移动而产 生的电渗速度的加和。若质点原来向负极移动，则其表面速度比电泳速度快。 若质点原来向正极移动，则其表面速度比电泳速度慢。因此，在电泳时应尽 量避免使用具有高电渗作用的支持物。