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高效毛细管电泳法

高效毛细管电泳（ high performance capillary electrphoresis，HPCE），指以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和（或）分配行为上的差异而实现分离的一种液相分离技术。

高效毛细管电泳基本装置.png

电泳.png

在电解质溶液中，带电粒子在电场力作用下，以不同的速度向电荷相反方向迁移的现象。利用这种现象对化学和生物化学组分进行分离分析的方法称之为电泳法。

电泳-基本原理.png

高效毛细管电泳大多使用石英毛细管，在内充缓冲液pH>3时，管壁的硅醇基（）离解成硅醇基阴离子（），管内壁带负电荷，吸引电解质溶液中的水合阳离子形成双电层。

电渗和电渗流.png

电渗现象.png

当固体与液体相接触时，如果固体表面因某种原因带一种电荷，则因静电引力使其周围液体带相反电荷，当液体两端施加一定电压时，就会发生液体相对于固体表面的移动，这种现象叫做电渗。

电渗流的流形2.png

高效毛细管的电渗流的流形和HPLC中靠泵驱动的流动相的流形完全不同：

前者在外电场驱动下产生的电渗流为平流，即塞式流形。

后者称为层流，液体流动速度除在管壁附近因摩擦力迅速减小到零以外，其余部分几乎处处相等。

带电粒子在电场中的迁移速度.png

不同的带电粒子在电场中迁移速度不同是电泳分离的基础。

粒子在缓冲溶液中的迁移速度与电泳迁移的淌度和电场E成正比：

淌度，定义为单位电场强度下的平均电泳速度,取决于带电粒子和介质两者的性质。

带电粒子在CE中的迁移速率.png

带电粒子在CE中的迁移速率可以用这个公式来表示：

=（ +）

阳离子：和电渗方向一致，电泳速度与电渗速度之和。

中性粒子：电泳流速为零，即电渗速度。

阴离子：与电渗流方向相反，电泳速度与电渗速度之差。

电渗流的速度为一般为离子电泳速度的5～7倍，因此，所有粒子在CE中运动的方向由电渗流方向决定。

CE中影响电渗流的因素.png

在CE中，控制电渗流非常重要。

改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性，如同改变LC中的流速；它的微小变化也会影响重现性。

·电场强度的影响

电渗流速度和电场强度成正比，当毛细管长度一定时，电渗流速度正比于工作电压。

·毛细管的材料也会影响电渗流。

·缓冲液种类、浓度等对电渗流有重要影响。加大缓冲液浓度，溶液离子强度增大，使溶液的黏度增大，电渗流减小。

·温度 温度越高，扩散严重，峰展宽

毛细管电泳的特点.png

·简单方便，仪器简单。

·操作模式多，分析方法开发容易。

·成本低，所需样品为nl级, 流动相用量也只需几毫升。

·高效快速。

·应用广泛，通过改变操作模式和缓冲液的成分，CE有很大的选择性，特别是手性分子和生物大分子方面有突出的表现。

毛细管电泳仪.png

毛细管电泳仪结构比高效液相色谱仪简单。CE只需高压直流电源、进样装置、毛细管和检测器等。

毛细管电泳仪.png

进样系统.png

进样系统与液相不同，一般的进样方式是电动进样和压力进样。

·电动进样

将毛细管柱的一端及其相应端的电极从缓冲池中移出，放入试样杯中，然后在一准确时间范围内施加电压，使试样因离子移动和电渗流进入毛细管柱。

通过此法直接由柱头进人毛细管中的样品量Q由下式给出:

电动进样.png

·压力进样

最常用虹吸进样方式。

通过调节进样槽和出口槽之间的相对高度使之产生虹吸作用，将样品引入。

毛细管柱.png

数据处理系统.png

紫外-可见光分光检测、激光诱导荧光检测、电化学检测和质谱检测均可用作毛细管电泳的检测器，其中以紫外-可见光分光光度检测器应用最广。

将毛细管接近出口端的外层聚合物剥去约2mm一段，使石英管壁裸露，毛细管两侧各放置一个石英聚光球，使光源聚焦在毛细管上，透过毛细管到达光电池, 实行柱上检测。

数据处理系统与一般色谱数据处理系统基本相同。

主要分离模式及应用.png

毛细管区带电泳，简称CZE，CZE是最基本、应用最广的分离模式。

·分离原理

毛细管区带电泳.png

毛细管区带电泳也称为自由溶液溶液区带电泳，这种电泳模式的特征是整个系统都用同一种缓冲溶液充满，带电粒子的迁移速度是电泳和电渗流速度的矢量和。

阳离子：两种效应的运动方向一致，在负极最先流出。

中性粒子：无电泳现象，随电渗流同行，在阳离子后流出。但不同结构的中性分子无法相互分离。

阴离子：两种效应的运动方向相反，>ν电泳，阴离子在负极最后流出。

胶束电动毛细管色谱（MECC或MEKC）.png

胶束电动毛细管色谱（MECC或MEKC）是在缓冲溶液中加入浓度高于胶束临界浓度的表面活性剂，胶束相在分离中起到了准固定相的作用，是电泳技术与色谱技术的结合。

·分离原理

把离子型表面活性剂 (如十二烷基硫酸钠)加到缓冲液中，当其浓度超过临界浓度后就形成有一疏水内核、外部带负电的胶束。虽然胶束带负电，但电渗流的速度仍大于胶束的迁移速度, 故胶束将慢速向负极移动。

中性粒子按其疏水性不同，在缓冲溶液（流动相）和胶束（准固定相）之间分配。疏水性强、亲水性弱的粒子分配到胶束中的多，分配到缓冲溶液中的少；反之，亲水性强、疏水性弱的溶质分配到胶束中的少，分配到缓冲溶液中的多。当溶质进入胶束时，以胶束的速度慢速迁移；溶质进入缓冲溶液时，以电渗的速度快速前移。分配系数越大的粒子，在柱中迁移速度慢，从而使疏水性稍有差别的中性物质在电泳中得以分离。

MECC的突出优点是除能分离离子化合物外，还能分离不带电荷的中性化合物。

毛细管凝胶电泳.png

毛细管凝胶电泳（CGE）将聚丙烯酰胺等在毛细管柱内交联生成一个细长的网状多孔凝胶，其具有多孔性，类似分子筛的作用。电荷/质量比相等但大小不同的分子，在电场力的作用下发生迁移，其运动速度受到凝胶网状结构的阻碍。大分子受到的阻力大，移动速度慢，小分子受到的阻力小，移动速度快，从而使它们得以分离。

蛋白质、DNA等的电荷/质量比与分子大小无关，在CZE模式中，淌度几乎没有差别，很难分离，采用CGE能获得良好分离，是研究DAN排序的重要手段。

毛细管电色谱.png

毛细管电色谱（CEC）将细粒径固定相填充到毛细管中或在毛细管内壁键合固定相，毛细管两端施加高电压，以电渗流驱动操作缓冲液。它也包含了电泳和色谱两种机制，溶质根据它们在流动相和固定相中的分配系数不同和自身淌度的差异得以分离。

电渗泵产生的是塞子式流动轮廓，而不是流体动力学层流轮廓，因此毛细管电色谱的分离柱效比高效液相色谱法高。

目前反相毛细管电色谱研究应用最多。

体内药物与毒物分析课程列表：

1.绪论

-1.1体内药物分析相关的基础理论概述

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体内药物与毒物分析课程列表：

1.绪论

2.体内药物分析相关的基础理论概述

3.生物样品的制备和预处理

4.生物样品分析方法的建立与验证

5.色谱及其联用技术

6.免疫分析法

7.前沿分析技术

8.典型药物的体内分析

9.典型毒物的体内分析

10.典型毒品的体内分析

11.禁毒关键技术虚拟仿真实验

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