1、高效毛細管電泳高效毛細管電泳High performance capillary electrophoresis HPCE北京凱奧科技發展有限公司1 概述2 特點與用途3 毛細管電泳與凝膠電泳、高效液相色譜的比較4 基本原理5 結構組成6 毛細管電泳的分離分析類型7 K1050與K1060高效毛細管電泳儀8 典型分離圖譜內容摘要內容摘要毛細管電泳(capillary electrophoresis，CE）又稱高效毛細管電泳(HPCE)或毛細管電分析法（CESM）。 它是以毛細管為分離通道，以高壓直流電場為驅動力的新型液相分離分析技術。 毛細管電泳實際上包含電泳、色譜及其交叉內容，是分析科學中繼

2、高效液相色譜之后的又一重大進展，他使分析科學得以從微升水平進入納升水平，并使單細胞分析，乃至單分子分析成為可能。 毛細管電泳是凝膠電泳技術的發展，是高效液相色譜分析的補充。1 概述概述 2 特點與用途特點與用途 毛細管電泳突出的優點：n高效（105TP/m-107TP/m）、快速（幾十秒至幾十分鐘）；n分離模式多，選擇自由度大；n分析對象廣，小到無機離子大至整個細胞，具有“萬能”分析功能或潛力；n操作可高度自動化；n進樣所需的體積可小到1ul，消耗體積在1-50nl；n試劑消耗量小，運轉費用低，無環境污染問題。用途用途n可用于分析有機化合物、無機離子、中性分子、藥物、手性化合物、蛋白質和多肽、

3、DNA及其碎片、糖及糖蛋白、細胞分離等。n可應用于分子生物學、基因組學、蛋白質組學、糖生物學、各種生物技術、生物化學、細胞學等生物或生命科學以及醫藥、食品、環境、公安偵破、農業、化學和化工等不同領域。 3 3 毛細管電泳與凝膠電泳、毛細管電泳與凝膠電泳、 高效液相色譜高效液相色譜的比較的比較 毛細管電泳實際上包含電泳、色譜及其交叉內容，毛細管電泳的基本原理是電泳和色譜，它是經典電泳技術與現代微柱分離技術相結合的產物，是分析化學中繼液相色譜之后的又一重大進展。 3.2 3.2 毛細管電泳與凝膠電泳的區別毛細管電泳與凝膠電泳的區別 凝膠電泳儀已成為生化實驗室的常用儀器，用于蛋白質、核酸的分析、制備

4、，以及細胞的分析等。傳統電泳最大的局限是難以克服由兩端高電壓所引起的電介質離子的自熱，導致區帶展寬，影響遷移，降低效率。這種影響由于電場強度的增長而迅速加劇，限制了高電壓的使用。 毛細管能提高散熱效率，從而能夠引入高的電場強度，改善分離質量。3.2 3.2 毛細管電泳與高效液相色譜毛細管電泳與高效液相色譜的區別的區別 高效液相色譜是以泵的高壓泵的高壓為驅動力，在色譜柱中依據組分在兩相中的分配比例不同，進而達到分離的目的。 高效毛細管電泳是以高壓直流電場高壓直流電場為驅動力，以毛細管為分離通道，依據電滲流和各組分電泳速度的不同而實現分離的一類液相分離技術。 電泳的色譜圖譜帶要比液相色譜要窄許多，

5、這也是電泳分離效率高的原因之一。4 4 基本原理基本原理n在電解質溶液中，帶電粒子在電場作用下以不同的速度定向遷移的現象叫電泳。nCE所用的石英毛細管柱，在pH3的情況下，其內表面帶負電，和溶液接觸時形成雙電層。在高電壓的作用下，雙電層中的水合陽離子引起流體整體向負極方向遷移的現象叫電滲。電滲是毛細管中的溶劑因軸向直流電場的作用而發生的定向流動。n各種粒子在毛細管內電解質中的遷移速度等于電泳和電滲流兩種速度的矢量和。4 4 基本原理基本原理n在電解質溶液中，帶電粒子在電場作用下以不同的速度定向遷移的現象叫電泳。nCE所用的石英毛細管柱，在pH3的情況下，其內表面帶負電，和溶液接觸時形成雙電層。

6、在高電壓的作用下，雙電層中的水合陽離子引起流體整體向負極方向遷移的現象叫電滲。電滲是毛細管中的溶劑因軸向直流電場的作用而發生的定向流動。n各種粒子在毛細管內電解質中的遷移速度等于電泳和電滲流兩種速度的矢量和。n正離子的運動方向和電滲流一致，故最先流出；n中性粒子的電泳速度為零，故其遷移速度等于電滲流速度；n負離子的運動方向和電滲流方向相反，但因電滲流速度一般都大于電泳速度，故它將在中性粒子之后流出。n各種粒子因遷移速度不同而實現分離。CE分離原理示意圖5 結構組成結構組成 毛細管電泳儀主要由5部分組成：毛細管、進樣系統、高壓系統、檢測系統和數據采集系統組成。 毛細管電泳儀工作示意圖 5.1 高

7、壓電源（1）穩定、連續可調的直流電源，一般最高電壓可達到30-50kV， 最大電流為200-300mA ； （2）具有恒壓、恒流、恒功率輸出；（3）電場強度程序控制系統；（4）電壓穩定性：0.1%；（5）電源極性易轉換；（6）有良好的絕緣性能。5.2 5.2 毛細管毛細管材料：材料：要求具有化學、電學惰性，紫外-可見光透光性，柔韌性，高強度，價廉。 普通玻璃毛細管：價格便宜，但電滲大，吸附作用大。 石英玻璃毛細管：目前常用，外層涂聚酰亞胺。性能穩定，電滲較大，但也有一定的吸附。 聚四氟乙烯毛細管：新材料，電滲小，但性能不太穩定。規格：規格：內徑20200m，外徑350400m；長度=1m ；5

8、.3 毛細管電泳進樣方式毛細管電泳進樣方式進樣量：進樣量：毛細管長度的1%-2%；納升級、非常小。進樣系統：進樣系統：手動進樣系統和自動進樣系統。進樣方式一般有：n電動進樣n壓差進樣n擴散進樣5.3.1 電動進樣電動進樣n將毛細管的陽極直接與樣品接觸，短時間內施加電壓，使樣品通過電遷移的方式進入毛細管的陽極端。n進樣量：進樣量：與溶質濃度，加電壓的強度，電遷移時間，電遷移速度，電滲速度等因素有關。n優點：優點：進樣準確，容易控制重復性好。n缺點：缺點：對濃度低的組分有歧視效應。5.3.2 壓差進樣壓差進樣 (1)(1)虹吸進樣虹吸進樣n進樣時將陽極槽抬高形成槽的落差，利用液體重力差將樣品吸入陽

9、極端的毛細管內。n進樣：進樣：量與落差、樣品濃度、進樣時間成正比，與樣液粘度成反比n優點：優點：操作簡便，重復性好。n缺點：缺點：比較適于自由電泳，而不適于凝膠電泳。(2)(2)加壓進樣加壓進樣n進樣時將陽極端密閉，施加一定的液壓把樣品吸入毛細管內。n進樣量：與液壓強度、樣品濃度、進樣時間成正比，與樣液粘度成反比。(3)(3)真空進樣真空進樣n利用兩端的氣壓差將樣品送入毛細管內。n進樣量：與真空度、樣品濃度、進樣時間成正比，與粘度成反比。 5.3.3 擴散進樣n當將毛細管插入一樣品溶液時，樣品分子因管口界面存在濃度差而向管內擴散。n進樣量：與擴散系數，樣品濃度，進樣時間成正比。 類型類型 檢測

10、限檢測限/mol/mol 紫外-可見 10-1310-15 熒光 10-1510-17 激光誘導熒光 10-1810-20 電導 10-1810-19 5.4 5.4 檢測器檢測器 毛細管電泳配置的檢測器與高效液相色譜使用的檢測器大致相同，都屬于超微量分析，對檢測器的靈敏度要求比較高，要求：要求：具有極高靈敏度，可柱端檢測；檢測器、數據采集與計算機數據處理一體化； 紫外檢測器：紫外檢測器：氘燈（波長范圍190-400nm），有機物一般在254nm 波長處有吸收。也可進行全波長掃描。(1)空氣制冷空氣制冷：在毛細管分析室內輸入制冷空氣使毛細管迅速冷卻，達到制冷的目的。(2)液體制冷液體制冷：在毛

11、細管的夾層中輸入制冷液體達到制冷的目的。 熱效應：熱效應： 在高電場下毛細管中的電解質和電流發生劇烈的摩擦，產生大量的熱，這種自熱現象，稱之為熱效應。5.5 5.5 制冷系統制冷系統6 6 毛細管電泳的分離分析類型毛細管電泳的分離分析類型類型縮寫說明毛細管區帶電泳CZE毛細管和電極槽灌有相同的緩沖液毛細管凝膠電泳CGE管內填充凝膠介質，用CZE緩沖液毛細管膠速電動色譜MECC在CZE緩沖液中加入一種或多種膠束親和毛細管電泳ACE在CZE緩沖液或管內加入親和作用試劑毛細管等電聚焦CIEF管內裝pH梯度介質，相當于pH梯度CZE毛細管等速電泳CITP使用兩種不同的CZE緩沖液毛細管電滲色譜CEC在

12、毛細管壁上鍵合或涂漬高效液相色譜的固定液各種分離分析方法的應用范圍各種分離分析方法的應用范圍應用范圍離子小分子肽類蛋白質類核苷酸類核酸類電CZEMECCCIEFCZECGECGE泳CITPCZEMECCCGEMECC 方CIEFCITPCIEF 式CGECIEF （一）毛細管區帶電泳（一）毛細管區帶電泳(CZE) CZE分離機理是基于各被分離物質的凈電荷與其質量比(荷質比)間的差異。迄今CZE仍是應用最多的模式，應用范圍包括氨基酸、肽、蛋白、離子、對映體拆分和很多其它帶電物質的分離。CZE常用介質為電解質水溶液，根據情況可加入不同有機溶劑或其它添加劑。（二）毛細管凝膠電泳（二）毛細管凝膠電泳(

13、CGE) CGE是將平板電泳的凝膠移到毛細管中作支持物進行電泳，不同體積的溶質分子在起“分子篩”作用的凝膠中得以分離。常用于蛋白質、寡聚核苷酸、核糖核酸（RNA）、DNA片段分離和測序及聚合酶鏈反應(PCR)產物分析。CGE能達到CE中最高的柱效。特點:抗對流性好，散熱性好，分離度極高。（三）毛細管膠束電動色譜（三）毛細管膠束電動色譜(MECC) 采用表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉，SDS)在運動緩沖液內形成一疏水內核、外部帶負電的動態膠束相，利用溶質具有不同的疏水性，因而在水相和膠束相(準面定相)間分配的差異進行分離，既能分離中性溶質又能分離帶電組分的CE模式。MECC拓寬了CE的應用范圍，主

14、要用于小分子、中性化合物、手性對映體和藥物等。優點優點 增強對弱極性物質的分離度，在中藥分析，天然產物分析，農藥分析中經常使用。缺點缺點 穩定性不佳，達到好的重復性比較困難。（四）毛細管等電聚焦電泳（四）毛細管等電聚焦電泳(CIEF)(CIEF) 用兩性電解質在毛細管內建立pH梯度，使各種具有不同等電點的蛋白質在電場作 用下遷移到等電點的位置，形成窄的聚焦區帶,從而達到分離的目的。已成功地用于測定蛋白質等電點，分離 異構體等。（五）毛細管等速電泳（五）毛細管等速電泳(CITP)(CITP) 采用先導電解質和尾隨電解質。使溶質按其電泳淌度不同得以分離，是一種較老的方式。現在常用作柱前濃縮方法用以

15、富集樣品，以解決CE測定中濃度靈敏度不如服比的問題，如HPLC的問題，如在線ITPCZE即是成功的模式。特點：特點：界面明顯，富集、濃縮作用（六）毛細管電滲色譜（六）毛細管電滲色譜(CEC)(CEC) 將HPLC中眾多的固定相微粒填充到毛細管中(或涂漬到管壁)。以樣品與固定相之間的相互作用為分離機制，以電滲流為流動相驅動力的色譜過程稱為CEC。CEC將CE的高效和HPLC的高選擇性相結合，得到了CE研究者的青睞。90年代初解決了毛細管填充技術后，CEC發展迅速。主要有兩種類型：填充柱毛細管電色譜和膠束電動毛細管色譜7 K1050與K1060高效毛細管電泳儀K1060K1060高效毛細管電泳儀技

16、術指標高效毛細管電泳儀技術指標高壓電源高壓電源輸出電壓范圍：35KV（可選30KV、-30KV），連續可調輸出電流范圍：0-1000A 電壓輸出誤差：0.5%電流輸出誤差：0.5%時漂： 0.05%溫漂： 0.05% 紫外檢測器紫外檢測器進口德國諾爾（Knauer）紫外檢測器光路系統： 衍射光柵單色儀，光電二極管燈源： 氘燈，邊緣濾波，370nm波長范圍： 190-740nm帶寬： 8nm波長精度： 1nm靈 敏 度： 210-5AU在254nm,t=1sGLP功能： 詳細報告，點燈時間和點燈次數噪 聲： 510-5AU基線漂移： 110-3AU/h檢 測 限： 110-6g/ml定量重復性： RSD%3.0%定性重復性： RSD%1.3%毛細管的最小長度：25cm陽離子分析陽離子分析 遷移方向和電滲流方向一致； 4.5min內分離了24種金屬離子； 陽極進樣，陰極檢測； 具有很高的靈敏度；8 典型分離圖譜典型分離圖譜陰離子分析陰離子分析 陰離子電泳方向和電滲流方向相反、速度接近，分析時間長、效率低； 質量小、電荷密度大的離子如：SO4-2、Cl-、F-等，電泳速率大于電滲流，陽極端流出，在陰極端無法檢測； 加入電滲流改性劑，十六烷基三甲基溴化胺等，使電泳方向和電滲流方向一