4. CE中电渗流的流形
电荷均匀分布，整体移动，电渗流的流动为平流，塞式 流动（谱带展宽很小）；
液相色谱中的溶液流动为层流，抛物线流型，管壁处流 速为零，管中心处的速度为平均速度的2倍（引起谱带展宽 较大）。
5. CE中电渗流的作用
电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5～7倍；
各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为： ν ν ν
ap=μap
E
CE中的参数与关系式
parameters and relation in HPCE
1.迁移时间（保留时间）
CE兼具有电化学的特性和色谱分析的特性。有关色谱 理论也适用。
t Lef
ap

Lef
ap E

Lef L
ap V
V—外加电压；L—毛细管总长度；
一、 简介
毛细管电泳（Capillary Electrophoresis, CE)又称高效毛细 管电泳(HPCE)，是以毛细管为分离通道，以高压电场为驱 动力的新型液相分离分析技术。
毛细管电泳技术在八十年代得以迅速发展，是分析科学中继 高效液相色谱之后的又一重大进展，也是近年来分析化学中 发展最为迅速的领域之一。 目前，在药物分析、临床医学、生命科学、以及从小分子、 离子到单细胞分析的一系列领域得到了广泛的应用。
Lef —毛细管有效长度； teo—电渗流标记物（中性物质）的迁移时间。
CE中电渗流的方向
电渗流的方向取决于毛细管内表面电荷的性质： 内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极； 内表面带正电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极； 石英毛细管；带负电荷，电渗流流向阴极；
改变电渗流方向的方法：
（1）毛细管改性 表面键合阳离子基团； （2）加电渗流反转剂 内充液中加入大量的阳离子表面活性剂，将使石英毛细 管壁带正电荷，溶液表面带负电荷。电渗流流向阳极。
小了温度效应，使电场电压可以很高。
• 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小， 柱长增加。
• 高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理论塔
板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万。
经典电泳技术与现代微柱分离技术完美结合的 产物，兼有高压电泳及高效液相色谱的优点
二、毛细管电泳基本原理
Basic principles of CE
2. CE中的电渗现象与电渗流
石英毛细管柱，内充液pH>3时，表面电离成-SiO-,管 内壁带负电荷，形成双电层。
在高电场的作用下，带正电荷的溶液表面及扩散层向阴
极移动，由于这些阳离子实际上是溶剂化的，故将引起柱中 的溶液整体向负极移动，速度ν
电渗流。
3. CE中电渗流的大小与方向
电渗流的大小用电渗流速度ν 度μeo和电场强度E。即
2.分离效率（塔板数） 在CE中，仅存在纵向扩散，σ 2=2Dt
n
apVLef
2 DL

ap ELef
2D
;
扩散系数小的溶质比扩散系数大的分离效率高，分离生 物大分子的依据。
t n 5.54 R Y 1/ 2
2
3.分离度
R 0.177
apVLef
第三章 色谱基本分离模式
Basic chromatographic modes
3.1 气相色谱 3.2 高效液相色谱 3.3 毛细管电泳 凝胶电泳 等速电泳 手性毛细管电泳 毛细管电色谱
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简介 毛细管电泳的基本原理及特点 仪器流程及主要部件 毛细管电泳的分离模式 CE相关技术 毛细管电泳的应用与发展动向 毛细管电泳发展趋势
1.纵向扩散的影响
在CE中，纵向扩散引起的峰展宽：σ 2=2Dt
由扩散系数和迁移时间决定。大分子的扩散系数小，可 获得更高的分离效率，大分子生物试样分离的依据。
2.进样的影响
当进样塞长度太大时，引起的峰展宽大于纵向扩散。分 离效率明显下降；理想情况下，进样塞长度： Winj= (24D t )1/2 实际操作时进样塞长度小于或等于毛细管总长度的1%～2%。
电泳是指带电离子在电场中的定向移动，不同离子具有 不同的迁移速度，迁移速度与哪些因素有关？ 当带电离子以速度ν 在电场中移动时，受到大小相等、 方向相反的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。
电场力：FE = qE
阻 力：F = fν 故： qE = fν
q—离子所带的有效电荷； E —电场强度； ν—离子在电场中的迁移速度；
加入不同阳离子表面活性剂 来控制电渗流。 加入阴离子表面活性剂，如 十二烷基硫酸钠（SDS），可以使 壁表面负电荷增加，zeta电势增 大，电渗流增大； （3）加入有机溶剂如甲醇、乙腈， 使电渗流增大。
淌度
Mobility
淌度：带电离子在单位电场下的迁移速度； 淌度不同是电泳分离的基础。
1.绝对淌度(absolute mobility)μab
毛细管电泳发展史上的里程碑
电泳--
在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电
场力的作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向 迁移的现象，称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的 不同，迁移速率不同，可实现分离。 1937年，Tiselius将蛋白质混合液放在两段缓冲溶液之 间，两端施以电压进行自由溶液电泳，第一次将人血清提 取的蛋白质混合液分离出白蛋白和α 、β 、γ球蛋白； 发现样品的迁移速度和方向由其电荷和淌度决定；
焦耳热：毛细管溶液中有电流通过时，产生的热量； HPCE中的焦耳热与背景电解质的摩尔电导、浓度及电场 强度成正比。 温度每变化1，将引起背景电解质溶液黏度变化2%～3%；
5. 添加剂的影响
（1）加入浓度较大的中性盐，如K2SO4，溶液离子强度增大， 使溶液的黏度增大，电渗流减小。
（2）加入表面活性剂，可改变电 渗流的大小和方向；
无限稀释溶液中带电离子在单位电场强度下的平均迁移 速度，简称淌度。可在手册中查阅。
2.有效淌度(effective mobility)μef
实际溶液中的淌度(实验中测定的)。 μef=∑aiμi
ai —溶质i
的解离度；μi —溶质i 在解离状态下的绝对淌度
3.表观淌度 μap 离子在实际分离过程中的迁移速度（表观迁移速度）： ν
电中心作用，浓度约为溶质的100-1000倍时，抑制对蛋白质 吸附，又不增加溶液电导，对电渗流影响不大。
DL
平均
平均
ap1 ap2
2
影响分离度的主要因素；工作电压V；毛细管有效长度 与总长度比；有效淌度差。分离度可按谱图直接由下式计算：
2(t 2 t1 ) R W2 W1
影响分离效率的因素—区带展宽
factors inຫໍສະໝຸດ luenced the efficiency—band broadening
第一次的自由溶液电泳；第一台电泳仪；
1948年，获诺贝尔化学奖。
1983年 Hjerten先后提出了毛细管凝胶电泳和毛细管等电 聚焦电泳，大幅提高了分离效率，操作自动化，便于定性和 定量。

1984年 Terabe将胶束引入毛细管电泳，开创了毛细管电 泳的重要分支：胶束电动毛细管色谱（MEKC）。
电渗流表示，取决于电渗淌
ν
电渗流
= μeo E
0ε
电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即 μeo = ε
ξ /η
η
ε 0—真空介电常数；ε —介电常数；ξ —毛细管壁的Zeta电势。
ν ν
电渗流
= ε 0ε ξ E / = Lef/teo
实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算
电渗流
1999年
加入国际基因组学研究
逐渐成为标准和常规的研究方法， 进入“寻常百姓”家！
经典电泳分析 &毛细管电泳分析
traditional electrophoresis & capillary electrophoresis 利用电泳现象对某些化学或生物物质进行分离分析的方 法和技术叫电泳法或电泳技术。 电泳是指带电离子在电场中的定向移动， 不同离子具有不同的迁移速度
毛细管电泳（CE）的发展历史

1937年 A. Tiselius 提出移界电泳
诺贝尔奖

1967年 Hjerten最先提出在直径为3mm的毛细管中做自由 溶液的区带电泳
毛细管电泳的起点

1981年 Jorgenson和Lukacs使用了75um的毛细管柱，用荧 光检测器对多种组分实现了分离，提出了现在的毛细管 电泳技术。
按形状分类：U型管电泳、柱状电泳、板电泳；
按载体分类：滤纸电泳、琼脂电泳、聚丙烯酰胺电泳、 自由电泳；
传统电泳分析：操作烦琐，分离效率低，定量困难，无 法与其他分析相比。
高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进 ：
一是采用了小内径的毛细管；
二是采用了高达数万伏的电压。
• 毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大减

1988~1989年 商品化的毛细管电泳仪推出，毛细管电泳 技术迅速发展起来。

1989年 第一届国际毛细管电泳会议召开。 一门新的分支学科的产生
我国CE技术的发展
1984年 由竺安教授首先启动 中科院化学学院&浙江大学
1986年
1993年
陆续在有关会议和杂志上发表研究结果
第一届全国毛细管电泳学术研讨会
4.溶质与管壁间的相互作用
存在吸附与疏水作用，造成谱带展宽； 蛋白质、多肽带电荷数多，有较多的疏水基，吸附问题 特别严重，是目前分离分析该类物质的一大难题。 细内径毛细管柱，一方面有利于散热，另一方面比表面 积大，又增加了溶质吸附的机会。 减小吸附的方法和途径：加入两性离子代替强电解质，