影響電泳色譜儀泳動速度的因素有電場、緩沖液和支持介質等。
一、電場:
1、電場強度:
電場強度對帶電顆粒的泳動速度起著十分重要的作用。電場強度越大,泳動速度越快,單位時間內顆粒的遷移距離越大,分離時間越短。
根據電場強度大小,電泳可分為常壓電泳(100~500V)和高壓電泳(500~5000V)。常壓電泳的電場強度一般為2~10V/cm,分離時間長,需數小時到數天,多用于分離大分子物質。高壓電泳的電場強度一般為20~200V/cm,分離時間短,有時僅需數分鐘,多用于分離小分子物質。
2、電極和電極反應:
電泳的電極材料大都采用鉑金絲,鉑金絲的安放位置影響電場強度。若兩極間鉑金絲位置放的不好,電場強度不均勻,常會使電泳譜帶彎曲或同一樣品的泳動速度不同。
通電過程中電極兩端會發生電解反應:
正極(氧化極):2H2O → 4H+ + O2+4eˉ
負極(還原極):2H2O + 2eˉ→ 2OHˉ+ H2
在電泳過程中,正負極均有氣體產生,負極有密集的氫氣泡,正極有較大的氧氣泡。電泳后,兩個電泳槽的pH值會相差很大(2~4個pH)。另外,在電泳過程中會產生熱量,尤其是高壓電泳,因此高壓電泳槽需有冷卻裝置,常壓電泳可放在冰箱中降溫。
二、緩沖液:
緩沖液的成分和濃度決定并穩定支持介質的pH和溶液的離子強度,影響帶電顆粒的泳動速度。
1、成分:
對緩沖液成分總的要求是不使樣品變性,不改變支持介質的理化性質,不影響電泳后染色,有利于電泳進行和樣品分離。
常用緩沖液有巴比妥(鈉)、硼酸(鈉)、磷酸鹽和Tris等。根據電泳類型和分離對象選用緩沖液成分,如用紙電泳分離血清蛋白可選用巴比妥-巴比妥鈉緩沖液,聚丙烯酰胺凝膠電泳分離酶可選用Tris-甘氨酸緩沖液。
2、濃度:
緩沖液的濃度主要影響溶液的離子強度。離子強度是離子濃度和離子價數的函數,離子強度越高,帶電顆粒的泳動速度越慢。
緩沖液的濃度過高,帶電顆粒會吸引相反符號的離子聚集在其周圍,形成一個離子擴散層,一方面影響顆粒所帶的電荷量,降低其在電場中的電場力,從而影響泳動速度;另一方面,當加以電場時,顆粒向與其電荷相反的電極移動,即帶正電荷的顆粒移向負極,帶負電荷的顆粒移向正極,離子擴散層由于攜帶過剩的與顆粒符號相反的電荷,則向相反方向移動,因顆粒與離子擴散層之間的靜電引力,使顆粒的泳動速度減慢。
緩沖液的濃度過低,離子強度低,影響溶液的導電性;使樣品分子擴散加重,分辨率下降。因此,緩沖液的離子強度一般控制在0.02~0.2之間。
3、pH:
溶液的pH值決定帶電顆粒的解離程度,決定顆粒所帶電荷的性質和數量,決定顆粒的遷移方向。如蛋白質,當溶液的pH低于蛋白質等電點時,蛋白質分子帶正電荷成為陽離子。當溶液pH大于等電點時,蛋白質分子帶負電荷成為陰離子。pH值離等電點越遠,顆粒所帶凈電荷越多,泳動速度越快,反之越慢。因此,當分離某一蛋白質混合物時,應選擇一種能擴大各種蛋白質所帶電荷量差異的pH緩沖液。
電泳時,正負電極接線要隨pH變化而變化。如在堿性條件下,蛋白質帶負電荷,正極應接在遠離加樣品的一方,以使蛋白質在支持介質上定向遷移。
三、支持介質:
多數電泳都有支持介質,如紙電泳、醋酸纖維薄膜電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳等。支持介質的結構和性質對帶電顆粒的泳動速度影響很大,主要表現為對樣品的吸附、產生電滲和分子篩效應。
1、吸附:
支持介質對樣品的吸附使帶電顆粒泳動過程中的摩擦力增大,導致泳動速度減慢,峰拖尾,分辨率下降。
2、電滲:
電場中的液體相對于支持介質的移動稱為電滲。如在紙電泳中,由于組成紙的纖維素帶負電荷,使與紙接觸的水層帶正電荷(H3O+),使溶液在電場作用下向負極移動,并帶動樣品向負極移動。如果顆粒原來帶正電荷,向負極移動,由于電滲使顆粒移動得更快,反之變慢。紙和淀粉等支持介質的電滲現象明顯,醋酸纖維薄膜和聚丙烯酰胺凝膠的電滲較小。
3、分子篩效應:
分子篩是凝膠電泳的特性。用來作電泳的凝膠是有彈性且有網狀結構的半固體物質,具有分子篩作用,使小顆粒易透過,而大顆粒不易透過。凝膠的分子篩效應對樣品分離有利。