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吉林计划快三—官方网址22270.COM—分析化学课件 20毛细管电泳2014

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内容提示: 第 第20 章 毛细管电泳法 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-2 电介质中带电粒子在电场作用下向电荷相反方向迁移的现象称为 电泳electrophoresis 。利用电泳现象进行分离分析的方法称为 电泳法。 。 1930 年,Tiselius 电泳分离血清蛋白,获1948年 年诺贝尔化学奖。 20 世纪60 年代后,出现管状电泳; 1981 年,Jorgenson 和Lukacs 使用毛细管分离丹酰化氨基酸获得高柱效,并理论证明CE 柱效正比于电场强度、反比于分子扩散系数; 1988 年,CE 商品化;近年来,出现CCE (芯片式)、CAE (阵列式)等 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3...

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第 第20 章 毛细管电泳法 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-2 电介质中带电粒子在电场作用下向电荷相反方向迁移的现象称为 电泳electrophoresis 。利用电泳现象进行分离分析的方法称为 电泳法。 。吉林计划快三—官方网址22270.COM 1930 年,Tiselius 电泳分离血清蛋白,获1948年 年诺贝尔化学奖。 20 世纪60 年代后,出现管状电泳; 1981 年,Jorgenson 和Lukacs 使用毛细管分离丹酰化氨基酸获得高柱效,并理论证明CE 柱效正比于电场强度、反比于分子扩散系数; 1988 年,CE 商品化;近年来,出现CCE (芯片式)、CAE (阵列式)等 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-3 一、电渗和电渗率 二、电泳和电泳淌度 三、表观淌度 四、分离效率和谱带展宽 五、分离度 20.1 CE 的基础理论 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-4 • 当液体两端施加电压时,会发生液体相对于固体表面的移动,这种液体相对于固体表面的移动的现象叫 电渗 。吉林计划快三—官方网址22270.COM电渗现象中整体移动着的液体叫 电渗流, ,EOF 1 、电渗流现象 当固体与液体接触时,固体表面由于某种原因带一种电荷,则因静电引力使其周围液体带有相反电荷,在液- - 固界面形成双电层,二者之间存在电位差。 一、电渗和电渗率 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-5 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。 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-6 3 、CE 中电渗流的大小 电渗流的大小用电渗流速度u os 表示,取决于电渗率或电渗淌度μ os 和电场强度E , 即 即 u os =μ os E 电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta 电势,即 μ=εξ os / /4 4πη ε 介电常数;ζ os 毛细管壁的Zeta 电势;η 黏度 EπηE μ uosos os4  上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-7 4 、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。吉林计划快三—官方网址22270.COM 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-8 5 、CE 中电渗流的作用 各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为: u + ==u os + +u eff 阳离子运动方向与电渗流一致; u - ==u os - -u eff 阴离子运动方向与电渗流相反; u 0 = = u os 中性粒子运动方向与电渗流一致; 电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的5 ~7 倍,因此: 任何粒子均随电渗流朝一个方向移动 作用:在 在CE 中,控制电渗流非常重要 ① ① 可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离; ② ② 改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性; ③ ③ 电渗流的微小变化会直接影响结果的重现性; 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-9 6 、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 2 倍(引起谱带展宽较大)。吉林计划快三—官方网址22270.COM 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-10 7 、CE 中影响电渗流的因素 ① ① 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。吉林计划快三—官方网址22270.COM ② 毛细管材料的影响 不同材料毛细管的表面电荷特性不同,产生的电渗流大小不同; 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-11 ③ ③ 电解质溶液性质的影响 溶液pH 的影响 对于石英毛细管,溶液pH 增高时,表面电离多,电荷密度增加,管壁zeta 电势增大,电渗流增大,pH=7 ,达到最大; pH<3 ,完全被氢离子中和,表面电中性,电渗流为零。分析时,采用缓冲溶液来保持pH 稳定。 阴离子的影响 在其他条件相同,浓度相同而阴离子不同时,毛细管中的电流有较大差别,产生的焦耳热不同。 缓冲溶液离子强度 影响双电层的厚度、溶液黏度和工作电流,明显影响电渗流大小。缓冲溶液离子强度增加,电渗流下降。 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-12 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-13 ④ ④ 温度的影响 毛细管内温度的升高,使溶液的黏度下降,电渗流增大。 温度每变化1℃ ℃ ,将引起背景电解质溶液黏度变化2% ~3% ; 温度变化来自于 焦耳热 :毛细管溶液中有电流通过时,产生的热量; CE 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。 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-14 ⑤ ⑤ 添加剂的影响 加入浓度较大的中性盐,如K 2 SO 4 ,溶液离子强度增大,使溶液的黏度增大,电渗流减小。吉林计划快三—官方网址22270.COM 加入表面活性剂,可改变电渗流的大小和方向。如加入不同阳离子表面活性剂来控制电渗流。吉林计划快三—官方网址22270.COM 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; 加入有机溶剂如甲醇、乙腈,使电渗流增大。 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-15 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-16 二、电泳和电泳淌度 电泳是指在电场作用下带电离子在缓冲溶液中定向移动的现象。 不同离子具有不同的 迁移速度u ep : : 电泳淌度μ ep : 溶质在给定的缓冲溶液中和单位电场强度下单位时间内移动的距离,即单位电场下的电泳速度,也称电泳迁移率。单位为m 2 /(V ·s) LV μE μ uepep ep  上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-17 对于空心电泳毛细管,一个粒子的 电泳淌度 近似等于: 净电荷 摩尔质量 可见:离子表面电荷密度不同,则电泳速度不同,从而实现分离。 有效淌度μ eff : 考虑到离子活度系数、溶质的离解程度的影响 迁移速度u ep :电场强度E 、介质特性、电离度、电荷数、大小和形状等 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-18 三、表观淌度 表观淌度u ap :不考虑粒子相互作用的条件下,粒子在毛细管中的运动速度是电泳流和电渗流速度的矢量和。 出峰次序: 正离子、中性粒子、负离子。 中性粒子均与电渗流速度相同,故不能相互分离. 正离子 μ os + μ eff u os + +u eff 中性粒子 μ os u os 负离子 μ os -μ eff u os - u eff 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-19 四、分离效率和谱带展宽 (一)理论板数和塔板高度 21/2mWt5.54 n ) (  t m 为迁移时间:流出曲线最高点对应的时间。 nLHdL d 为进样口到检测器的距离 1 、 2 、 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-20 迁移时间t m 计算公式: m22Dt σ 按照Giddings 色谱柱效理论: 22dσLn 若分子扩散是造成区带展宽的唯一因素,则 V μLLE μLtapdapdm 2DLVL μnd ap 3、 、 CE 分离柱效方程式: 特别适合分离生物大分子 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-21 (二)影响谱带变宽的因素 1. 纵向扩散: 扩散系数、迁移时间 2. 自热: 重要因素 缘由:焦耳热通过管壁扩散散热在管内形成抛物线型径向温度梯度,导致黏度梯度,引起迁移速度径向不均,造成带宽。 满足Edc 1/3 < <1500 时则不严重。石英导热性好;小内经d 、大外径利于散热;冷却降温恒温;降低缓冲液浓度 3. 吸附: 原因 —— 阴阳离子作用、 疏 水作用。 克服 —— 生物大分子常用涂层处理毛细管柱 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-22 五、分离度 4σt tW W) t 2(tRm1 m22 1m1 m2-+- uΔu4nR   ) (os effdeffμ μ DLVLΔμ2 41R+迁移速度差 迁移速度平均值 表明R 是下列因素的函数: ①外加电压V ;②有效柱长与总长度之比;③电泳有效淌度差;④电渗淌度。 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-23 20.2 CE 的主要分离模式 一、毛细管电泳的分类 自由溶液与非自由溶液 电泳型、色谱性、电泳/ 色谱型 分离模式:P430 表20-2 二、毛细管区带电泳:CZE 背景 —— 缓冲溶液 分离 —— 基于组分荷质比差异 操作条件 —— 分离电压、缓冲液及其pH 、添加剂 剂 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-24 20.2 CE 的主要分离模式 三、胶束电动毛细管色谱:MEKC 背景 —— 胶束 分离 —— 电泳+ 色谱 条件 —— 胶束的亲水性与疏水性,流动相选择(缓冲液种类、浓度、pH 、离子强度、添加剂) 四、毛细管凝胶电泳:CGE 背景 —— 凝胶或筛分介质 分离 —— 凝胶分子筛 操作条件 —— 因受pH 影响,选择性小于CZE 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-25 20.2 CE 的主要分离模式 五、毛细管点色谱:CEC 背景 ——CZE 中的空管填充色谱固定相 分离 —— 电泳+ 色谱 条件 —— 首先是固定相选择,其次是流动相或缓冲液选择 六、非水毛细管电泳:NACE 背景 —— 以有机溶剂为主的非水体系 分离 —— 通过非水溶剂调整溶解性使水中难溶的组分获得分离 操作条件 —— 必要条件是在有机溶剂中加入电解质使其具有导电性,pH 等 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-26 20.3 高效毛细管电泳仪器 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-27 上一内容 下一内容 回主目录  返回 2018年8月3日星期五 28-28

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