毛細管電泳的原理和優勢

什麼是毛細管電泳？

毛細管電泳(capillary electrophoresis, CE)又叫效毛細管電泳(HPCE), 是近年來發展快的分析方法之。效毛細管電泳是類以毛細管為分離通道、以壓直流電場為驅動力的新型液相分析技術。毛細管電泳是將電泳的場所置於毛細管中的種電泳分離方法
，它的裝置結構通常由壓電源
、鉑電、緩衝液池、樣品池、毛細管
、檢測器和分析記錄儀構成。

毛細管電泳的原理和過程是怎樣的
？

毛細管電泳分離的基本流程有進樣、分離和檢測三步驟。進樣：毛細管電泳的基本裝置是根充滿電泳緩衝液的毛細管，與毛細管兩端相連的兩個小瓶微量樣品從毛細管的端通過“壓力”或“電遷移”進入毛細管；分離：電dian泳yong時shi，與yu壓ya電dian源yuan連lian接jie的de兩liang個ge電dian分fen別bie浸jin人ren毛mao細xi管guan兩liang端duan小xiao瓶ping的de緩huan衝chong液ye中zhong。樣yang品pin朝chao與yu自zi身shen所suo帶dai電dian荷he性xing相xiang反fan的de電dian方fang向xiang泳yong動dong。各ge組zu分fen因yin其qi分fen子zi大da小xiao、所帶電荷數、等電點等性質的不同而遷移速率不同，依次移動至毛細管輸出端附近的光檢測器，檢測

、記錄吸光度，並在屏幕上以遷移時間為橫坐標，吸光度為縱坐標將各組分以吸收峰的形式動態直觀地記錄下來；檢測：檢測的原理基於被測組分和背景電解質的吸光度不同，當被測組分通過檢測窗時，吸光度發生的變化服從朗伯-比爾定律，即在定的實驗條件下，吸光度與被測組分的濃度成正比。

毛細管電泳和普通電泳相比較的勢在哪裏
？

通(tong)常(chang)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)導(dao)體(ti)時(shi)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)焦(jiao)耳(er)熱(re)。傳(chuan)統(tong)平(ping)板(ban)凝(ning)膠(jiao)電(dian)泳(yong)的(de)大(da)局(ju)限(xian)性(xing)在(zai)於(yu)，其(qi)無(wu)法(fa)克(ke)服(fu)兩(liang)端(duan)電(dian)壓(ya)帶(dai)來(lai)的(de)焦(jiao)耳(er)熱(re)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)。焦(jiao)耳(er)熱(re)可(ke)使(shi)篩(shai)分(fen)介(jie)質(zhi)內(nei)部(bu)出(chu)現(xian)溫(wen)度(du)、粘度及分離速度的不均，影響遷移
、降低效率、使(shi)區(qu)帶(dai)變(bian)寬(kuan)。由(you)於(yu)這(zhe)種(zhong)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)與(yu)電(dian)場(chang)強(qiang)度(du)成(cheng)正(zheng)比(bi)
，所(suo)以(yi)大(da)地(di)限(xian)製(zhi)了(le)電(dian)壓(ya)的(de)引(yin)入(ru)，也(ye)難(nan)以(yi)提(ti)電(dian)泳(yong)速(su)度(du)。毛(mao)細(xi)管(guan)電(dian)泳(yong)使(shi)樣(yang)品(pin)在(zai)根(gen)細(xi)的(de)柱(zhu)子(zi)中(zhong)進(jin)行(xing)分(fen)離(li)。細(xi)柱(zhu)可(ke)減(jian)小(xiao)電(dian)流(liu)

，使(shi)焦(jiao)耳(er)熱(re)的(de)產(chan)生(sheng)減(jian)少(shao)；同tong時shi又you增zeng大da了le散san熱re麵mian積ji，提ti散san熱re效xiao率lv，大da大da降jiang低di了le管guan中zhong心xin與yu管guan壁bi間jian的de溫wen差cha
，減jian少shao了le柱zhu子zi徑jing向xiang上shang的de各ge種zhong梯ti度du差cha
，保bao證zheng了le效xiao分fen離li。因yin此ci可ke以yi加jia大da電dian場chang強qiang度du，達da到dao100～200V/cm，**提分離質量。

毛細管電泳主要用於哪些實驗？

總的來說
，毛細管電泳可用於對有機化合物、無機離子、中性分子
、手性化合物、蛋白質和多肽、DNA和核酸片段的分析。具體來說，常見的應用範圍有以下幾個方麵：

（1）速DNA測序：由於人類基因組工程的提出

，速DNA測序引起了廣泛注意，由於對核苷酸及其聚合物的分辨率，毛細管電泳在DNA測序中的應用潛力也受到重視。在電場和使用陣列毛細管條件下，其潛在的測序能力遠遠超過了現有方法。

（2）手性分離現代社會中，手性分析常牽涉到人類生命、動植物的生存和演化
，在**研究和生產中也是必須考慮的問題，研究證明手性手細管電泳是簡單效的手性分析方法。手性應用的研究包括異構體拆分、能度測定

、反應動力學研究、手性**篩查等。

（3）蛋白質分析蛋白質分離分析也是毛細管電泳的主要應用方向，包括：蛋白和多肽的純度分析、結構研究、結合蛋白的研究
、生化及其過程分析、物化常數的測定，臨床醫學研究等。

（4）糖分析糖是自然界中廣泛存在的化學物質，已發現的蛋白質中90%以上含有糖堿基
；tangzaixibaoshibieyijiqitashengwufenzishibiezhongyejuyoubuketidaidezuoyong。danshiyouyutangdexieteshuxingzhi，duitadefenlifenxiyouhendadekunnan。erjinnianfazhanqilaidemaoxiguandianyongyiyongyutangdefenxiqudelejudadechenggong，chengweitangfenlifenxideyouxiaogongju。

（5）單dan細xi胞bao分fen析xi毛mao細xi管guan電dian泳yong既ji能neng研yan究jiu許xu多duo細xi胞bao構gou成cheng的de樣yang品pin
，也ye能neng隻zhi研yan究jiu單dan個ge細xi胞bao

，即ji單dan細xi胞bao分fen析xi。單dan細xi胞bao分fen析xi技ji術shu為wei生sheng命ming科ke學xue研yan究jiu打da開kai了le新xin的de天tian地di
，推tui動dong了le係xi列lie的de新xin研yan究jiu的de出chu現xian，已yi被bei廣guang泛fan應ying用yong於yu生sheng物wu學xue
、**學、血液流變學

、細胞生理學，臨床醫學
，特別是腫瘤研究和器官移植。

（6）聯用技術聯用技術的研究將是毛細管電泳儀的重大發展方向之，與譜
、質譜等方法的聯用將會大大提毛細管電泳儀的應用範圍。

毛細管電泳的基本操作

1．按照儀器操作規程開機，預熱，輸入毛細管卡套溫度
、操作電壓、檢測波長和衝洗程序等各項參數。緩衝液需過濾並脫氣。衝洗液、緩衝液等放置於樣品瓶中，依次放入進樣器中。

2．毛細管處理的好壞對測定結果影響很大。未塗層的新毛細管要用較濃的堿液並在較高的溫度(例如1 mol/L氫氧化鈉溶液，60℃)衝洗
，使毛細管內壁活化生成矽羥基

，再依次用0.1mol/L氫氧化鈉溶液
、水及緩衝液分別衝洗數分鍾。兩次進樣中間可僅用緩衝液衝洗，當分離性能改變時
，必須用0.1 mol/L氫氧化鈉溶液衝洗，甚至需要用濃氫氧化鈉溶液升溫衝洗。對於凝膠毛細管、塗層毛細管、填充毛細管電泳分析
，應按照所附說明書進行衝洗。衝洗時，應將盛溶液的試樣瓶依次置於進樣器中，設定順序和時間進行實驗。

3．緩衝液的種類



、pH和濃度，以及添加劑[提高待測組分的溶解度和(或)控製待測組分的解離度]的選擇對測定結果有顯著影響
，應照各品種項下的規定配製，並根據預試結果進行調整、優化。

4．將供試品溶液瓶置於進樣器中，設定進樣壓力(電動進樣電壓)、進樣時間、正極端或負極端進樣、操作電壓或電流、檢jian測ce器qi等deng操cao作zuo參can數shu，開kai始shi測ce試shi。可ke根gen據ju預yu試shi或huo適shi用yong性xing試shi驗yan的de電dian泳yong譜pu圖tu調tiao整zheng儀yi器qi參can數shu和he緩huan衝chong液ye等deng參can數shu優you化hua分fen析xi條tiao件jian，然ran後hou采cai用yong優you化hua後hou的de條tiao件jian正zheng式shi測ce試shi。

5.測試完畢後用水衝洗毛細管，注意將毛細管的兩端浸入水中保存，如果長久不用應將毛細管用氮吹幹
，後關機。

6．由you於yu進jin樣yang方fang法fa的de限xian製zhi，目mu前qian毛mao細xi管guan電dian泳yong的de精jing密mi度du比bi用yong定ding量liang閥fa進jin樣yang的de高gao效xiao液ye相xiang色se譜pu法fa要yao差cha
，故gu定ding量liang測ce定ding以yi內nei標biao法fa為wei宜yi。用yong加jia壓ya或huo減jian壓ya法fa進jin樣yang時shi
，供gong試shi品pin溶rong液ye的de黏nian度du會hui影ying響xiang進jin樣yang體ti積ji，應ying使shi供gong試shi品pin溶rong液ye和he對dui照zhao溶rong液ye的de黏nian度du保bao持chi一yi致zhi；用電動法進樣時，待測組分因電歧視現象及溶液離子強度會影響待測組分的遷移量
，也是影響精密度的主要因素。

毛細管電泳方法的影響因素

(一)緩衝液的選擇

緩衝液的組成直接影響毛細管電泳分析的效果
，緩衝液的種類
、pH和濃度是為重要的影響因素。

緩衝液的種類應遵循下列原則：

，在選擇的pH範圍內具有良好的緩衝容量。

第二


，在檢測波長處的吸收低。

第三，自身淌度低，即分子大而荷電小，以減少電流(焦耳熱)的產生。

在分離特殊性質的成分時
，可采用不同的分離模式
，通過在緩衝液中添加環糊精
、十二烷基硫酸鈉(SDS)可進行手性物質、中性物質的分離。

緩衝液的pH可影響不同酸堿性的待測組分的遷移速率。當緩衝液的pH低於組分的PI值時，組分帶正電，向陰極遷移
，與電滲流同向，因此，組分遷移的總速度大於電滲流；當緩衝液的pH高於溶液的PI值，情況相反，遷移的總速度低於電滲流。

緩衝液濃度的增加，使離子強度增加，能減少組分與和管壁、daicezufenzhijiandexianghuzuoyong
，congergaishandianyongfenlixiaoguo。zengjiahuanchongyedenongdutigaozhuxiaodetongshi
，haiyingkaolvkuosanheniandulianggeyinsu。suizhehuanchongyenongdudezengda，fenlidianliuyehuishangsheng
，congershijiaoerredechanliangjiada
，kenengyingxiangfenliguocheng。

(二)進樣方法

主要有流體動力進樣和電動進樣兩種方式。

1．流體動力進樣流體動力進樣也稱虹吸進樣、壓力進樣或重力進樣，是常用的進樣方法。其優點在於如果樣品的黏度和溫度保持恒定，則進入毛細管的物質量將是固定的；進樣過程中沒有組分歧視效應。但是流體動力進樣會引起雜質幹擾
、柱效降低的缺點。

2．diandongjinyangdiandongjinyangyouchengdianqianyijinyang，shitongguogaibianjinyangdianyaheshijiannengduijinyangliangjinxingkongzhidefangfa，jinyanglianghaiyudianyongtangduyouguan。yinci，dianqianyijinyangduiqianyizufenjuyouqishixiaoyingdequedian

，duitangdujiaodadezufenjinyanglianghuidayixie
，fanzhizeyaoxiaoyixie。

(三)分離電壓

dangzhuchanggudingshi，suizhecaozuodianyadezengjia
，dianshenliuhedianyongliusududezhidouzengjia
，shiqianyishijiansuoduan，danyouyudianshenliusuduyibanyuandayudianyongliusudu，yincibiaoxianweizufendezongqianyisudujiakuai。zongzhi，zaiyidingdefanweineizhuxiaosuidianyadezengjiaerzengjia，chaoguoyidingdianyashi，suizhedianyadezengjia，jiaoerredeyingxiangjiaju，zhuxiaofanerxiajiang。yinci，zaifenxiguochengzhongkehuizhidianyayizhuxiaoquxian
，xuanzejiadefenlidianya。

(四)柱溫的選擇

溫度對遷移的影響可通過黏度體現，溫度升高，溶液的黏度降低，導致EOF增(zeng)大(da)。多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)

，較(jiao)高(gao)的(de)溫(wen)度(du)可(ke)縮(suo)短(duan)遷(qian)移(yi)時(shi)間(jian)。在(zai)流(liu)體(ti)動(dong)力(li)進(jin)樣(yang)時(shi)，通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)溫(wen)度(du)可(ke)獲(huo)得(de)更(geng)大(da)的(de)進(jin)樣(yang)量(liang)。因(yin)為(wei)溫(wen)度(du)既(ji)可(ke)影(ying)響(xiang)化(hua)學(xue)平(ping)衡(heng)，又(you)影(ying)響(xiang)動(dong)力(li)過(guo)程(cheng)
，還(hai)能(neng)影(ying)響(xiang)蛋(dan)白(bai)質(zhi)構(gou)型(xing)及(ji)蛋(dan)白(bai)質(zhi)-DNA相互作用，因此可作為優化分離的重要控製參數。

毛細管電泳儀的注意事項

(一)儀器工作環境

溫度一般為5～35℃，相對濕度一般小於65%。工作電壓為交流電源220V。

(二)儀器操作注意事項

1. 2ml緩衝溶液瓶的液麵高度不得低於1/2
，也不可超過瓶頸。且瓶口和瓶頸內部不得沾有液體，如果有液體存在
，應將瓶口和瓶頸內壁的液體清除再蓋瓶蓋；否fou則ze瓶ping蓋gai易yi滑hua出chu，從cong而er導dao致zhi毛mao細xi管guan及ji電dian極ji的de折zhe斷duan。瓶ping蓋gai上shang的de液ye體ti殘can留liu可ke能neng會hui導dao致zhi漏lou電dian現xian象xiang發fa生sheng，當dang發fa現xian緩huan衝chong溶rong液ye瓶ping瓶ping蓋gai上shang有you液ye體ti時shi一yi定ding要yao立li即ji清qing除chu或huo更geng換huan。

2．用於裝廢液的樣品瓶要及時清理，過量的廢液既會汙染毛細管，也會造成氣路的阻塞。

3. huanchongrongyepingpinggaijiyangpinpingpinggaijunbukeyongxidijichangshijianjinpaohuofangruhongxianghonggan
，fouzehuidaozhipinggaidelaohua。ciwai，dangyangpinpingmaoshiyongshijianguochanghuobeishijifushihou
，kenenghuichuxianshiqudanxingerbianyingdeqingkuang
，zaiciqingkuangxiayinggenghuanshiyongxindepingmao。

4．應注意儀器的防塵、防潮
，並經常對電極和接口進行清潔
，避免因灰塵堆積造成漏電事故。