高效毛细管电泳的原理及应用

在电解质溶液中，电场中的带电离子在电场的作用下，以不同速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象，称为电泳。由于不同离子所带电荷及性质不同，可依据其在电场中的迁移速率不同而实现分离。

高效毛细管电泳的基本原理与电容相同，改进的部分是：采用内径0.05mm的毛细管；采用高达数千伏的电压来提高柱效。

在电场作用下，毛细管柱中除了电泳现象使带电离子产生迁移（移动速度为υ电泳）外，还存在电渗流现象，即由于毛细管管壁表面存在硅羟基，在pH＞3时，管内表面带负电荷，而溶剂表面带正电荷，使得在界面处形成双电层。双电层中的水合阳离子在高电场作用下的迁移引起柱中的溶液整体向负极移动，速度为υ电渗流。带电粒子在毛细管内溶液中的迁移速度等于电泳和电渗流两种速度的矢量和。对于阳离子，两种效应的运动方向一致，在负极最先流出；中性粒子不存在电泳现象，仅受到电渗流的影响，在阳离子之后流出；阴离子的电泳速度与电渗流流动方向相反，当υ电渗流＞υ电泳时，阴离子在负极最后流出。在这种情况下，不仅可以按类分离，除中性粒子外，同种类离子由于受到的电场力也不一样，也能被相互分离。

在高效毛细管电泳中，电渗流是推动溶液移动的驱动力，它使柱中溶液整体向前匀速移动，界面滞留现象很小，故毛细管电泳中的峰宽很小，柱效较高。

毛细管电泳的仪器装置如图8-17所示，主要由高压电源、电极与缓冲溶液、进样系统、毛细管柱、检测器及数据处理等部分组成。

图8-17　毛细管电泳仪的基本结构与流程

1—高压电极槽与缓冲液　2—铂丝电极　3—填灌清洗机构　4—进样装置
5—检测器　6—低压电极槽与缓冲液(www.xing528.com)

高压电源采用0～30kV连续可调的直流高压电源，电流0～200μA，电极为0.5～1mm的钨丝。含有电解质的缓冲溶液充满毛细管，且不能出现气泡。毛细管直径20～75μm，外径350～400μm，长度不超过1m，材质为石英、玻璃、聚四氟乙烯、聚乙烯等。其中，石英毛细管应用最多。进样时，毛细管与试样溶液直接接触，采用重力、电场力或其他动力来驱动试样进入柱头，进样量可通过控制驱动力的大小和时间来调节。

图8-18　四种碱性蛋白质的电泳分离图

1—细胞色素　2—溶菌酶　3—胰蛋白酶原
4—α-胰凝乳蛋白酶原A

毛细管柱内不涂敷任何固定液。常用的检测器为紫外检测器和激光诱导荧光检测器，后者可以检测10-19～10-21mol/L浓度范围的组分，具有很高的灵敏度。

毛细管电泳的分离模式有电泳型和色谱型两大类。电泳型有毛细管区带电泳、毛细管等速电泳、毛细管凝胶电泳、毛细管等电聚焦电泳等。色谱型有毛细管胶束电动色谱、毛细管离子交换电动色谱、电动空管色谱、毛细管电色谱等。图8-18为四种碱性蛋白质的电泳分离图。

实验条件如下：石英毛细管：50μm（内径），375μm（外径），总长65cm，有效长度（进样端至检测器）50cm；检测波长：214nm；电泳电压：18kV；温度：20℃。

高效毛细管电泳具有高分辨率（理论塔板高达数百万块）、高灵敏度（10-21mol/L）、高分离速度（3min内分离30种阴离子，1.7min内分离19种阳离子）、试样用量少（仅需数纳升）、仪器简单、操作成本低（分析一个样品仅需几毫升流动液）等特点。不足之处是进样不够方便。