毛細管電泳的介紹及基本原理

一、 毛細管電泳的興起與發展

毛細管電泳(capillary electrophoresis, CE)，又稱高效毛細管電泳(HPCE)是近年來發展最快的分析化學研究領域之一.1981年Jorgenson等在75μm內徑的毛細管內用高電壓進行分離，創立了現代毛細管電泳。1984年Terabe等[2]發展了毛細管膠束電動色譜(MECC)。1987年比Hjerten[3]建立了毛細管等電聚焦(CIEF)，Cohen和Karger[4]提出了毛細管凝膠電泳(CGF)。1988—1989年出現了第一批CE商品儀器，1989年第一屆國際毛細管電泳會議召開，標志了一門新的分支學科的產生.短短的幾年內，由于CE符合了以生物工程為代表的生命科學各領域中對生物大分子(肽、蛋白、DNA等)的高度分離分析的要求，得到了迅速發展，正逐步成為生命科學及其它學科實驗室中一種常用的分析手段.近三年來國際毛細管電泳會議與會者均達700—800人，1996、1997兩年公開發表的有關CE論文達3600余篇。可參見相關綜述則[5-8]。歐洲、美國國內及日本也相繼召開CE地區性國際會議。

我國在CE領域研究起步早、發展快、研究工作較全面、有的研究成果達到國際先進水平。定期召開全國CE會議及亞太地區國際會議，在國際上已有一定的影響。1984年中國科學院化學所竺安教授在國內率先開展CE研究，迄今國內已有幾百個單位開展CE研究和應用.從CE理論到各種模式及各方面應用，國內均在進行。1998年舉行的第三屆全國CE會議共收錄論文129篇，同時舉行的第二屆亞太國際會議也取得了成功。毛細管電色譜(CEC)、CE/MS聯用、低背景毛細管梯度凝膠電泳、手性藥物分離、逆流聚焦及脫氧核糖核酸(DNA)各種CE測定方法等一批研究成果均達到國際先進水平。

二、 毛細管電泳基本原理

CE是以高壓電場為驅動力。以毛細管為分離通道，依據樣品中各組成之間淌度和分配行為上的差異，而實現分離的一類液相分離技術.儀器裝置包括高壓電源、毛細管、柱上檢測器和供毛細管兩端插入又和電源相連的兩個緩沖液貯瓶，在電解質溶液中，帶電粒子在電場作用下，以不同的速度向其所帶電荷相反方向遷移的現象稱電泳。

CE所用的石英毛細管在PH>3時，其內液面帶負電，和溶液接觸形成一雙電層.在高電壓作用下，雙電層中的水合陽離子層引起溶液在毛細管內整體向負極流動，形成電滲液。帶電粒子在毛細管內電解質溶液中的遷移速度等于電泳和電滲流(EOF)二者的矢量和。帶正電荷粒子最先流出;中性粒子的電泳速度為“零”，故其遷移速度相當于EOF速度;帶負電荷粒子運動方向與EOF方向相反，因EOF速度一般大于電泳速度，故它將在中性粒子之后流出;各種粒子因遷移速度不同而實現分離，這就是毛細管區帶電泳(capillary zone electrophoresis，CZE)的分離原理。CZE的遷移時間t可用下式表示：

式中，μep為電泳淌度，μen為電滲淌度，V為外加電壓，ιt為毛細管總長度，ιd為進樣到檢測器間毛紉管長度.理論塔板數N為：

式中，D為擴散系數。分離度R為

式中，μ1，μ2分別為二溶質的電泳淌度，μep為二溶質的平均電泳淌度。