毛细管电泳如何工作

毛细管电泳 (CE) 是一种分析分离方法，它使用电场来分离混合物的成分。基本上，它是在毛细管、细管中进行电泳。因此，混合物的组分基于它们的电泳迁移率被分离。决定特定分子电泳迁移率的三个因素是分子的电荷、分离介质的粘度和分子的半径。只有离子受电场影响，而中性物质不受影响。分子通过毛细管的速度取决于电场强度。

涵盖的关键领域

1.什么是毛细管电泳 – 定义、仪器、方法 2. 毛细管电泳的工作原理 – 毛细管电泳理论

关键词：毛细管电泳 (CE)、毛细管电泳分离方法、毛细管、电荷、电渗流电泳迁移率

什么是毛细管电泳

毛细管电泳是指一种分析分离方法，通过该方法，混合物的组分根据其电泳迁移率进行分离。在早期的实验中，使用装有凝胶或溶液的玻璃 U 管。毛细管是在 1960 年代之后使用的。

仪表

毛细管由熔融石英制成，内径为 20-100 µm。高压电场被提供到毛细管的末端。电极通过电解质溶液或水性缓冲液连接到毛细管的末端。毛细管中充满了具有特定 pH 值的导电流体。除了检测器和其他输出设备外，一些仪器还用于系统的温度控制，以确保结果可重复。通过注射将样品引入毛细管。毛细管电泳系统仪器如图1所示。

图 1：毛细管电泳 - 仪器

毛细管电泳分离方法

可以识别六种类型的毛细管电泳分离方法。

毛细管区带电泳 (CZE) – 使用游离溶液作为导电流体。
毛细管凝胶电泳 (CGE) – 凝胶用作导电流体。
胶束电动毛细管色谱 (MEKC) – 混合物的成分通过在胶束和溶剂/导电流体之间分配而分离。
毛细管电色谱 (CEC) – 除导电流体外，使用填充柱。流动液体与待分离的混合物一起通过柱子。
毛细管等电聚焦 (CIEF) – 主要用于分离两性离子成分，如含有正负电荷的多肽和蛋白质。具有 pH 梯度的导电流体用于分离蛋白质溶液。每种蛋白质都迁移到其等电点在 pH 梯度内的区域。在等电点，蛋白质的净电荷变为零。
毛细管等速电泳 (CITP) – 这是一个不连续的系统。每个组分在连续的区域内迁移，通过测量迁移的长度来获得组分的量。

通常，带电物质开始在电场中移动。电荷、粘度和分子半径是决定分子在电场中电泳迁移率的三个因素。

电荷 – 阳离子（带正电的分子）向阴极（负极）移动，而阴离子（带负电的分子）向阳极（正极）移动。
粘度——介质的粘度与分子的运动相反，对于特定的分离介质，它是恒定的。
离子/分子半径 - 电泳迁移率随着分子半径的增加而降低。

因此，如果两个大小相同的分子进行电泳，电荷越大的分子移动得越快。带电物质的迁移速率随着电场强度的增加而增加。毛细管电泳的机理如图2所示。

图 2：毛细管电泳

电渗流 (EOF)

电渗流产生毛细管电泳的流动相。在大多数情况下，毛细管材料是二氧化硅。二氧化硅被水解，产生带负电荷的 SiO^– 当 pH 值大于 3 的溶液通过毛细管时。然后，毛细管壁带有带负电荷的层。溶液的阳离子被这些负电荷吸引，在负电荷上形成双层阳离子。内阳离子层是稳定的，而外阳离子层作为带电分子的整体流向阴极移动。在毛细管电泳过程中，阳离子的大量流动发生在毛细管壁附近。毛细管壁附近的电渗流如图 3 所示。

图 3：电渗流

毛细管壁的小直径有助于最大限度地发挥 EOF 的作用，有助于它在毛细管电泳中带电物质的运动中发挥重要作用。

结论

毛细管电泳是一种分析分离方法，其中带电物质根据其电泳迁移率进行分离。通常，分子的大小和电荷用作分离的因素。

参考：

1. “毛细管电泳”。化学 LibreTexts，Libretexts，2017 年 11 月 28 日，可在此处获取。

图片提供：

1. Apblum 的“毛细管电泳”——（CC BY-SA 3.0），来自 Commons Wikimedia 2. Andreas Dahlin 的“毛细管电泳”（CC BY 2.0），来自 Flickr 3. Apblum 的“毛细管壁”——英文维基百科（CC BY-SA 3.0））通过Commons Wikimedia