毛細管電泳概述

毛細管電泳(capillary electrophoresis, CE)又(yòu)叫毛細管電泳(HPCE), 是近年來發展 快的分(fēn)析方法之一(yī)。1981年Jorgenson和Lukacs首先提出在75μm内徑毛細管柱内用高電壓進行分(fēn)離(lí), 創立了現代毛細管電泳。1984年Terabe等建立了膠束毛細管電動力學色譜。1987年Hjerten 建立了毛細管等電聚焦, Cohen和Karger提出了毛細管凝膠電泳。1988～1989年出現了初始的毛細管電泳商(shāng)品儀器。短短幾年内, 由于CE符合了以生(shēng)物(wù)工(gōng)程爲代表的生(shēng)命科學各領域中(zhōng)對多肽、蛋白(bái)質(包括酶，抗體(tǐ))、核苷酸乃至脫氧核糖核酸(DNA)的分(fēn)離(lí)分(fēn)析要求, 得到了迅速的發展。 
CE是經典電泳技術和現代微柱分(fēn)離(lí)相結合的産物(wù)。CE和液相色譜法(HPLC)相比, 其相同處在于都是分(fēn)離(lí)技術, 儀器操作均可自動化, 且二者均有多種不同分(fēn)離(lí)模式。二者之間的差異在于：CE用遷移時間取代HPLC中(zhōng)的保留時間, CE的分(fēn)析時間通常不超過30min, 比HPLC速度快；對CE而言, 從理論上推得其理論塔闆高度和溶質的擴散系數成正比, 對擴散系數小(xiǎo)的生(shēng)物(wù)大(dà)分(fēn)子而言, 其柱效就要比HPLC高得多；CE所需樣品爲nl級, 低可達270fl, 流動相用量也隻需幾毫升, 而HPLC所需樣品爲μl級, 流動相則需幾百毫升乃至更多；但CE僅能實現微量制備, 而HPLC可作常量制備。 
CE和普通電泳相比, 由于其采用高電場, 因此分(fēn)離(lí)速度要快得多；檢測器則除了未能和原子吸收及紅外(wài)光譜連接以外(wài), 其它類型檢測器均已和CE實現了連接檢測；一(yī)般電泳定量精度差,而CE和HPLC相近；CE操作自動化程度比普通電泳要高得多。總之, CE的優點可概括爲三高二少：高靈敏度, 常用紫外(wài)檢測器的檢測限可達10-13～10-15mol,激光誘導熒光檢測器則達10-19～10-21mol；高分(fēn)辨率, 其每米理論塔闆數爲幾十萬；高者可達幾百萬乃至千萬, 而HPLC一(yī)般爲幾千到幾萬；高速度, 快可在60s内完成, 在250s内分(fēn)離(lí)10種蛋白(bái)質, 1.7min分(fēn)離(lí)19種陽離(lí)子, 3min内分(fēn)離(lí)30種陰離(lí)子； 樣品少, 隻需nl (10-9 L)級的進樣量；成本低, 隻需少量(幾毫升)流動相和價格低廉的毛細管。由于以上優點以及分(fēn)離(lí)生(shēng)物(wù)大(dà)分(fēn)子的能力, 使CE成爲近年來發展 迅速的分(fēn)離(lí)分(fēn)析方法之一(yī)。當然CE還是一(yī)種正在發展中(zhōng)的技術, 有些理論研究和實際應用正在進行與開(kāi)發。  
“CE”統指以高壓電場爲驅動力, 以毛細管爲分(fēn)離(lí)通道, 依據樣品中(zhōng)各組分(fēn)之間淌度和分(fēn)配行爲上的差異而實現分(fēn)離(lí)的一(yī)類液相分(fēn)離(lí)技術。其儀器結構包括一(yī)個高壓電源, 一(yī)根毛細管, 一(yī)個檢測器及兩個供毛細管兩端插入而又(yòu)可和電源相連的緩沖液貯瓶。在電解質溶液中(zhōng), 帶電粒子在電場作用下(xià), 以不同的速度向其所帶電荷相反方向遷移的現象叫電泳。 
CE所用的石英毛細管柱, 在pH>3情況下(xià), 其内表面帶負電, 和溶液接觸時形成了一(yī)雙電層。
在高電壓作用下(xià), 雙電層中(zhōng)的水合陽離(lí)子引起流體(tǐ)整體(tǐ)地朝負極方向移動的現象叫電滲, 粒子在毛細管内電解質中(zhōng)的遷移速度等于電泳和電滲流(EOF)兩種速度的矢量和, 正離(lí)子的運動方向和電滲流一(yī)緻, 故先流出；中(zhōng)性粒子的電泳流速度爲“零”，故其遷移速度相當于電滲流速度；負離(lí)子的運動方向和電滲流方向相反, 但因電滲流速度一(yī)般都大(dà)于電泳流速度, 故它将在中(zhōng)性粒子之後流出, 從而因各種粒子遷移速度不同而實現分(fēn)離(lí)。 
電滲是CE中(zhōng)推動流體(tǐ)前進的驅動力, 它使整個流體(tǐ)像一(yī)個塞子一(yī)樣以均勻速度向前運動, 使整個流型呈近似扁平型的“塞式流”。它使溶質區帶在毛細管内原則上不會擴張。但在HPLC中(zhōng),采用的壓力驅動方式使柱中(zhōng)流體(tǐ)呈抛物(wù)線型, 其中(zhōng)心處速度是平均速度的兩倍, 導緻溶質區帶本身擴張, 引起柱效下(xià)降, 使其分(fēn)離(lí)效率不如CE。 
理論分(fēn)析表明, 增加速度是減少譜帶展寬、提率的重要途徑, 增加電場強度可以提高速度。但高場強導緻電流增加, 引起毛細管中(zhōng)電解質産生(shēng)焦耳熱(自熱)。自熱将使流體(tǐ)在徑向産生(shēng)抛物(wù)線型溫度分(fēn)布, 即管軸中(zhōng)心溫度要比近壁處溫度高。因溶液粘度随溫度升高呈指數下(xià)降, 溫度梯度使介質粘度在徑向産生(shēng)梯度, 從而影響溶質遷移速度, 使管軸中(zhōng)心的溶質分(fēn)子要比近管壁的分(fēn)子遷移得更快, 造成譜帶展寬, 柱效下(xià)降。 
一(yī)般來說溫度每提高1℃, 将使淌度增加2% (所謂淌度, 即指溶質在單位時間間隔内和單位電場上移動的距離(lí))。此外(wài), 溫度改變使溶液pH值、粘度等發生(shēng)變化, 進一(yī)步導緻電滲流、溶質分(fēn)子的電荷分(fēn)布(包括蛋白(bái)質的結構)、離(lí)子強度等的改變, 造成淌度改變、重複性變差、柱效下(xià)降等現象。降低緩沖液濃度可降低電流強度, 使溫差變化減小(xiǎo)。高離(lí)子強度緩沖液可阻止蛋白(bái)質吸附于管壁, 并可産生(shēng)柱上濃度聚焦效應, 防止峰擴張, 改善峰形。減小(xiǎo)管徑在一(yī)定程度上緩解了由高電場引起的熱量積聚, 但細管徑使進樣量減少, 造成進樣、檢測等技術上的困難。因此, 加快散熱是減小(xiǎo)自熱引起的溫差的重要途徑。液體(tǐ)的導熱系數要比空氣高100倍。現在有的采用液體(tǐ)冷卻方式的毛細管電泳儀可使用離(lí)子強度高達0.5mol/L的緩沖液進行分(fēn)離(lí), 或使用200 μm直徑的毛細管進行微量制備, 仍能達到良好的分(fēn)離(lí)效果和重現性。

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