【正文】 學(xué)獎(jiǎng)。 1981年美國(guó)學(xué)者 Jenson 和 Lukacs使用內(nèi)徑為 75 ?m的石英細(xì)管，配合 30 kV 的高電壓進(jìn)行自由溶液電泳，獲得了高于每米 40萬理論塔板數(shù)的分離柱效。 CE的特點(diǎn)：高效、快速、低成本，是 20世紀(jì)分析化學(xué)領(lǐng)域中最有影響的進(jìn)展 之一，在人類基因組計(jì)劃中發(fā)揮了極其重要的作用！ , . Lukacs, ., 1981, 53, 1298. 參考劉虎威教授的現(xiàn)代色譜分析（本科生和研究生課程）！ 傳統(tǒng)的電泳技術(shù)主要是凝膠電泳，因?yàn)槟z可以抑止因熱效應(yīng) 而導(dǎo)致的對(duì)流。 作為與色譜法并列的分離分析技術(shù)， CE與傳統(tǒng)的電泳技術(shù)相比， 有如下特點(diǎn)： (1) 應(yīng)用范圍廣： 無機(jī)和有機(jī)小分子；生物大分子，中性和荷電物質(zhì)。 (2) 分離效率高： 柱效可達(dá)幾十萬到上百萬的理論塔板數(shù)。 (3) 分離模式多： 6種模式，可容易實(shí)現(xiàn)各模式之間的切換。 (4) 最小檢測(cè)限低： 以樣品絕對(duì)量表示的最小檢測(cè)限很小。 (5) 分析成本低： 一是毛細(xì)管成本低；二是溶劑和試劑消耗少；三是樣 品用量少，僅為納升。 (1) 儀器簡(jiǎn)單： (2) 環(huán)境友好： 毛細(xì)管電泳的基本原理 CE是以電滲流 (EOF)為驅(qū)動(dòng)力，以毛細(xì)管為分離通道，依據(jù)樣品 中組分之間淌度和分配行為上的差異而實(shí)現(xiàn)分離的一種液相微分 離技術(shù)。 當(dāng)離子所受電場(chǎng)力和離子通過介質(zhì)所受的摩擦力達(dá)到平衡時(shí)，可 得到如下公式 電泳淌度 離子絕對(duì)淌度和有效淌度 ?e 電滲流 (Electroosmotic Flow, EOF) EOF是 CE中最重要的概念，指毛細(xì)管內(nèi)壁表面電荷所引起的 管內(nèi)液體的整體流動(dòng)，來源于外加電場(chǎng)對(duì)管壁溶液 雙電層 的 作用。 電荷分布與 Zeta 電勢(shì) 圖 毛細(xì)管壁雙電層結(jié)構(gòu)示意圖 很多非離子型材料如聚四氟乙烯等也可以產(chǎn)生電滲流 一般來講，水溶液中固體表面均帶有過剩的電荷。就石英毛細(xì) 管而言，表面的硅羥基在 pH大于 3后就會(huì)發(fā)生明顯的解離，使 表面帶負(fù)電荷。 EOF is inherent in any CE setup that uses barefused silica capillaries or capillaries coated with a charged group. () 電滲淌度 Effect of Flow Profile on Zone Width 圖 不同驅(qū)動(dòng)力的流型和相應(yīng)的譜帶峰形 電滲流的一個(gè)重要特性是具有平面流型。由于引起 流動(dòng)的推動(dòng)力在毛細(xì)管的徑向上均勻分布，所以管 內(nèi)徑向擴(kuò)散對(duì)譜帶擴(kuò)展的影響非常小。 另外一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可使幾乎所有被分析物向同一 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。原因是電滲流淌度比離子的電泳淌度 大得多！ 電滲流的方向一般是從正極到負(fù)極。可以通過修飾 毛細(xì)管內(nèi)表面而使電滲流的方向改變！ 毛細(xì)管電泳的基本參數(shù) CE中的分析參數(shù)主要有遷移時(shí)間 (t，定義為一種物質(zhì)從進(jìn)樣口 遷移到檢測(cè)點(diǎn)所用的時(shí)間 )，遷移距離 (l，是被分析物從進(jìn)樣口 遷移到檢測(cè)點(diǎn)所經(jīng)過的距離，又稱毛細(xì)管的有效長(zhǎng)度 )，遷移速 率 (?，是遷移距離與遷移時(shí)間之比 )： lvt?() 因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度等于施加電壓 (U)與毛細(xì)管長(zhǎng)度 (L)之比： UEL?() al l Lt E t U???對(duì)于 CE的最簡(jiǎn)單模式－毛細(xì)管區(qū)帶電泳 (CZE) () CZE測(cè)得的淌度是電泳淌度與電滲流淌度的矢量和，稱為表觀 淌度 a?即 a e E O F??? ? ?() 實(shí)驗(yàn)中可以采用一種中性化合物來單獨(dú)測(cè)定電滲流淌度，然 后求得被分析物的有效淌度。 影響分離的因素 在 CE中仍然可采用色譜中的塔板和速率理論來描述分離過程。若 以電泳峰的標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差 (?)表示理論塔板數(shù) (n)，則有： 2ln ??? ?????() 造成 CE分離過程中譜帶或區(qū)帶展寬的因素主要有擴(kuò)散 ( )、進(jìn) 樣 ( )、溫度梯度 ( )、吸附作用 ( )、檢測(cè)器 ( )和 電分散 ( )等，可用如下 的總方差表示： 2 2 2 2 2 2 2T d i f i n j t e m p a d s d e t e d ...? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?() 2dif?2inj? 2temp? 2ads?2det?2ed? CE 體系的組成 圖 CE儀器組成示意圖 高壓電源： 030KV 毛細(xì)管：內(nèi)徑 25100?m, 長(zhǎng)度 20100cm 緩沖液的 pH值和濃度 檢測(cè)器：紫外吸光檢測(cè)器，激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器和電化學(xué)檢測(cè)器。均需要 標(biāo) 準(zhǔn)樣品 進(jìn)行校準(zhǔn)。 Methods of Sample Injection 圖 CE中不同的進(jìn)樣方法 確切的進(jìn)樣量一般不知道，只要操作條件能夠嚴(yán)格重復(fù)，采用 標(biāo)準(zhǔn)樣品 校準(zhǔn)后，可得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果。 各種分離模式 CZE：毛細(xì)管區(qū)帶電泳； EKCC：毛細(xì)管電動(dòng)色譜 (MEKC和 MEEKC)； CEC：毛細(xì)管電色譜； CGE：毛細(xì)管凝膠電泳； CITP：毛細(xì)管等速電泳； CIEF：毛細(xì)管等電聚焦。 CE有 6種分離模式，其中 CZE、 EKCC和 CEC最為 常用。 CZE：毛細(xì)管區(qū)帶電泳 CZE是最簡(jiǎn)單的 CE模式，分離介質(zhì)只是緩沖液。在正極進(jìn)樣的 情況下，正離子首先流出毛細(xì)管，負(fù)離子最后流出。中性物質(zhì)在 電場(chǎng)中不遷移，只是隨電滲流一起流出毛細(xì)管，故得不到分離。 在 CZE中，影響分離的因素主要有緩沖液的種類、濃度和 pH，添 加劑，分析電壓，溫度，毛細(xì)管的尺寸和內(nèi)壁改性等。 EKCC：毛細(xì)管電動(dòng)色譜 EKCC的最大特點(diǎn)是既可以分離離子型化合物，又能夠分離 中性物質(zhì)。包括毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜 (MEKC)和毛細(xì)管微乳 電動(dòng)色譜 (MEEKC)。 MEKC是 Terabe等在 1984年提出的。將高于臨界膠束濃度的 離子型表面活性劑加入緩沖液中形成膠束，被分析物在膠束 (假固定相 )和水相中進(jìn)行分配，中性化合物根據(jù)其分配系數(shù) 的差異進(jìn)行分離，帶電組分的分離機(jī)理則是電泳和色譜的結(jié) 合。 MEEKC是 1991年在 MEKC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種電泳技術(shù)。 與 MEKC相比， MEEKC的樣品容量要大得多！ CEC：毛細(xì)管電色譜 CEC是在毛細(xì)管中填充或在管壁涂布、鍵合類似 HPLC的固定 相，在毛細(xì)管的兩端施加高電壓，以電滲流代替高壓泵推動(dòng)流 動(dòng)相。 CEC將 HPLC的高選擇性和 CE的高柱效有機(jī)地結(jié)合在一起。 CGE：毛細(xì)管凝膠電泳 CGE是在毛細(xì)管中填充聚合物凝膠，當(dāng)帶電的被分析物在電場(chǎng) 的作用下進(jìn)入毛細(xì)管后，聚合物起著類似“分子篩”的作用，小 的分子容易進(jìn)入凝膠而首先通過凝膠柱，大分子則受到較大的 阻礙而后流出凝膠柱。 其原理類似于體積派阻色譜的分離原理。 主要用于蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子的分離。人類基因組計(jì)劃 的提前完成主要得益于 CGE的發(fā)展。 Sample 100 mg/l each analyte Buffer 20 mM phosphate, pH Capillary DB WAX (Jamp。W) l = 56 cm L = cm id = 50 μm Injection 200 mbar s Temperature 20 176。 C Electric Field 230 V/cm, reversed polarity Detection Signal 200,10 nm Reference 450, 80 nm CZE: Separation of Halides, Oxyhalides and Metal Oxoacids 毛細(xì)管電泳的應(yīng)用舉例 MEKC: Separation of Phenols and Hydroxylated Benzyl Alcohols CEC: A Typical Separation Column: CEC Hypersil C18, 3 181。m 250 (350) mm Mobile Phase: 80/20 ACN/MES 25 mM, pH 6 Voltage: 25 kV Injection: 5 kV, 3 s Pressure: 10 bar both sides Temperature: 20 176。 C Plate Number: 65,000 – 80,000 Symmetry: – CCE: Basic Drug Separation Buffer: 50 mM Trisphosphate, pH 25 mM dimethyl ?CD Capillary: l = 56 cm L = cm id = 50 181。m Injection: 100 mbar s Voltage: 30 kV Detection: Signal: 200/10 nm Temperature: 15 176。 C 作業(yè) 3： 1. 什么是固相萃取？與液 液萃取相比，固相萃取有何 優(yōu)越性？ 2. 什么是超臨界萃取？它有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 3. 電滲流是如何產(chǎn)生的？為什么說毛細(xì)管電泳的流型是 “塞子”狀的平面流型？它有什么優(yōu)點(diǎn)？ 4. 對(duì)于一個(gè)混合物的分離得到三個(gè)峰，分別為陽(yáng)離子 (t =78s)、 中性化合物 (t=)和陰離子 (t=)。所 用毛細(xì)管總 長(zhǎng)度為 cm，有效長(zhǎng)度為 40 cm，施加 電壓為 10 kV。 試求算電滲淌度以及不同離子的表觀 淌度和有效淌度。 5. 在毛細(xì)管區(qū)帶電泳分離苯胺、甲苯和苯甲酸，緩沖液的 pH 為 7，請(qǐng)判斷出峰順序。 6. 對(duì)于人尿樣中重金屬 Pb2+的分析，試根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)，設(shè) 計(jì)從采樣到數(shù)據(jù)報(bào)告的全分析過程。