毛細管電泳的基本原理

毛細管電泳(capillary electrophoresis，CE)是20世紀80年代初發展起來的一種新型分離分析技術，乃經典電泳技術和現代微柱分離有機結合的產物，是繼高效液相色譜(HPLC)之后，分析科學領域的又一次革命。

毛細管電泳泛指以高壓電場為驅動力，以毛細管為分離通道，依據樣品中各組分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。毛細管電泳儀的基本結構包括一個高壓電源，一根毛細管，一個檢測器及兩個供毛細管兩端插入而又可和電源相連的緩沖液貯瓶。

毛細管電泳儀的工作原理：毛細管電泳所用的石英毛細管柱，在pH>3情況下，其內表面帶負電，和溶液接觸時形成一雙電層。在高電壓作用下，雙電層中的水合陽離子引起流體整體朝負極方向移動的現象叫電滲。粒子在毛細管內電解質中的遷移速度等于電泳和電滲流(EOF)兩種速度的矢量和。正離子的運動方向和電滲流一致，故最先流出；中性粒子的電泳速度為“零”，故其遷移速度相當于電滲流速度；負離子的運動方向與電滲流方向相反，但因電滲流速度一般都大于電泳流速度，故它將在中性粒子之后流出，從而因各種粒子遷移速度不同而實現分離。

理論基礎：如果溶質縱向擴散是區帶展寬的唯一因素，對于CE來說，可以通過增大分離高壓和縮短毛細管來提高速度，同時兼顧分離效率。在任何給定的時間內要獲得最高的理論塔板數，分離電壓與毛細管長度的比例應該最大，也就是說在只考慮溶質縱向擴散的前提下，采用盡可能高的分離電壓和短的毛細管，可以實現高柱效和快速分離。高電滲流同樣可以提高分析速度和柱效。

焦耳熱：但實際上，分離高壓增大和毛細管長度縮短時，除了擴散外，還有諸多因素影響柱效，其中最嚴重的是溫度效應，即毛細管的焦耳熱問題，這是HSCE中不可忽略的問題。

焦耳熱隨著分離高壓增大和毛細管的縮短而增大。焦耳熱過大會造成峰擴展、變形。

減少焦耳熱的方法：理論上，當G小于1W／m時，焦耳熱造成的峰擴展可以忽略不計。采用小內徑毛細管可以降低焦耳熱、施加高電壓，實現快速分離而不影響柱效。在HSCE的許多實例中，通常采用內徑低至10 m的毛細管和2～5 kV／cm的高電場。但內徑低于50μm的毛細管對進樣和檢測提出了更高的要求。另一種減少焦耳熱的方法是采用低電導率的緩沖溶液，如具有高的相對分子質量、小電荷的溶液或窄pH范圍的兩性電解質。這種方法很有吸引力，因為它對儀器沒有特殊要求，可以應用于商品CE儀上。綜上所述，要在維持高效情況下加快CE的分析速度，可以采用以下幾種方法：(1)短而窄內徑的分離毛細管；(2)高分離電壓；(3)高電滲流。另外，對于帶負電荷的分析物，通常在緩沖溶液中加入陽離子表面活性劑，通過改變E0F的方向來提高分析速度。