高效毛细管电泳的理论基础.pptx

高效毛细管电泳的理论基础会计学第1页/共22页 一、高效毛细管电泳(HPCE)基本原理 basic principles of PHCE 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 = fνq—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；f —平动摩擦系数 ( 对于球形离子： f =6πηγ；γ —离子的表观液态动力学半径；η —介质的粘度； )第2页/共22页所以，迁移速度：（球形离子） 物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。淌度μ ：单位电场强度下的平均电泳速度。 第3页/共22页二、电渗现象与电渗流 electroosmosis and electroosmotic flow 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。 当液体两端施加电压时，就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现象。 电渗现象中整体移动着的液体叫电渗流（electroosmotic flow ，简称EOF）。 第4页/共22页2.HPCE中的电渗现象与电渗流 石英毛细管柱，内充液pH3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。第5页/共22页3.HPCE中电渗流的大小与方向 电渗流的大小用电渗流速度ν电渗流表示，取决于电渗淌度μ和电场强度E。即 ν电渗流 = μ E电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电势，即 μ = ε/ η ·ξ ε—溶液的介电常数；ξ—毛细管壁的Zeta电势。 ν电渗流 = ε/ η · ξ E实际电泳分析，可在实验测定相应参数后，按下式计算 ν电渗流 = Lef/teoLef —毛细管有效长度； teo—电渗流标记物（中性物质）的迁移时间。第6页/共22页HPCE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，电渗流流向负极； 内表面带正负电荷，溶液带负电荷，电渗流流向正极； 石英毛细管；带负电荷，电渗流流向负极；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。电渗流流向正极。第7页/共22页4. HPCE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）。第8页/共22页层流时。液体流速较低。质点受粘性制约。不能随意流动。粘性力起主导作用。液体质点互不干扰。液体流动呈线性或层状。且平行于管道轴线。 平流是空气水平方向的运动 第9页/共22页5. HPCE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电渗流 + ν+ef阳离子运动方向与电渗流一致； ν- =ν电渗流 - ν-ef阴离子运动方向与电渗流相反； ν0 =ν电渗流 中性粒子运动方向与电渗流一致；（1）可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离；（2）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；（3）电渗流的微小变化影响结果的重现性；在HPCE中，控制电渗流非常重要。第10页/共22页三、HPCE中影响电渗流的因素 factors influenced electroosmosis 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。 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；第11页/共22页3. 电解质溶液性质的影响（1）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； pH3，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。（2）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。第12页/共22页第13页/共22页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