影響毛細管電泳色譜儀(CE)譜峰展寬的因素有進樣、縱向擴散、焦耳熱、吸附、電分散和層流等。
一、進樣:
當進樣塞長度太大時,引起的譜峰展寬大于縱向擴散,分離效率會明顯下降。
實際操作時,進樣塞長度小于毛細管總長度的1%~2%。
二、縱向擴散:
擴散是物質分子由高濃度區域自發遷移到低濃度區域的過程。
在理想的情況下,縱向擴散是CE中導致譜峰展寬的*因素。根據色譜速率理論方程可知:
H = 2D/vap
式中:D為組分的擴散系數。
若只考慮分子擴散,則理論塔板數為:
n = Lef/H
= Lefvap/(2D)
= μapELef /(2D)
= μapVLef /(2DL)
式中:V為電壓,L為毛細管全長。
由上式可知,n與電場強度成正比,與組分的擴散系數成反比。
在CE中,組分在幾萬至十幾萬伏的電壓下,遷移速度較快,縱向擴散小,柱效高。大分子比小分子的擴散系數小,可獲得更高的分離效率。
三、焦耳熱:
電流通過毛細管內緩沖溶液時產生的自熱稱為焦耳熱。焦耳熱通過管壁向周圍環境散熱,管中心溫度最高,由中心向管壁逐漸下降。溫度高,粘度小,管中心組分的遷移速度最快,管壁附近組分的遷移速度最慢,破壞了溶質區帶的扁平塞子流型,造成譜峰展寬。
大內徑毛細電阻小,電流大,產生焦耳熱多,且不易散熱。小內徑毛細管散熱面積大,溫度梯度小,譜峰展寬小。但內徑過小會帶來進樣和檢測等方面的困難,又易造成柱堵塞。因此,目前多采用內徑為25~75μm的毛細管。
采用低淌度緩沖液如三羥甲基氨基甲烷(Tris)等,由于這種粒子的質荷比很大,可減小電流。
采用溫度控制裝置,盡快除去熱量,使系統盡可能保持恒溫,是目前常采用的辦法。控溫方式有氣冷和液冷,一般條件下用氣冷可滿足要求。
四、吸附:
溶質與毛細管壁之間存在吸附和疏水作用,會使遷移速度減慢,造成譜峰展寬。
1、造成管壁吸附的主要原因:
(1)陽離子溶質和帶負電管壁的離子相互作用:
當電解質溶液pH>3時,毛細管壁帶負電荷,因靜電引力,溶質陽離子被管壁吸附。
(2)存在疏水相互作用:
蛋白質和多肽帶電荷數多,疏水基較多,疏水作用較強,被極性水溶劑擠向管壁,是目前分離該類物質的一大難題。在pH<3時,管壁呈電中性時尤為明顯。
小內徑毛細管有利于散熱,但比表面積大(柱內表面積和柱體積之比),會使吸附增加,峰展寬大。
2、抑制或消除吸附的方法:
(1)加入兩性離子代替強電解質:
兩性離子一端帶正電,另一端帶負電,帶正電一端與管壁負電中心作用,當濃度約為溶質的100~1000倍時,可抑制對蛋白質的吸附,又不增加溶液的電導,對電滲流影響不大。
(2)采用極端pH條件:
在pH = 2~3或pH>9的緩沖液中進行CE分離,可抑制管壁硅醇基的離解或使待測組分帶負電,與管壁相斥,從而使吸附受到抑制。
(3)對管壁加以修飾。
五、電分散:
當溶質區帶與緩沖溶液區帶的電導不同時,會造成譜峰展寬。
應盡量選擇與樣品淌度相匹配的背景電解質溶液。
六、層流:
一般情況下,CE中不存在層流,但當毛細管兩端存在壓力差時,會出現拋物線型的層流。
產生的原因是毛細管兩端液面高度不同。實際工作中,應保持毛細管兩端緩沖溶液平面高度相同。