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毛細管區(qū)帶電泳色譜儀分析技術

閱讀:1825        發(fā)布時間:2016-5-18

毛細管區(qū)帶電泳色譜儀(CZE)又稱自由溶液區(qū)帶電泳儀,整個系統采用同一種緩沖液充滿,以毛細管為分離通道,以高壓直流電場為驅動力,利用荷電粒子之間的淌度差異進行分離。
  一、工作原理:
  CZE中,粒子的電荷性質不同,電泳方向不同;粒子的電荷數量不同,電泳速度不同;粒子的分子量不同,電泳速度不同。在毛細管中,由于電滲流的存在,所有粒子都隨電滲流一起向負極遷移,電滲流速度約是一般離子電泳速度的5~7倍。各種電性粒子在毛細管中的遷移速度分別為:
  1、陽離子:vap = veo+ vep,陽離子電泳方向與電滲流方向一致。
  2、陰離子:vap = veo-vep,陰離子電泳方向與電滲流方向相反。
  3、中性粒子:vap = veo,中性粒子運動方向與電滲流方向一致。
  當樣品從陽注入毛細管時,不同電性的粒子將按不同速度向負極遷移,從負先后流出毛細管,出峰順序依次是陽離子、中性粒子和陰離子。中性粒子無電泳現象,隨電滲流同行,在陽離子后流出,但不同結構的中性粒子無法相互分離(電泳圖上是一個峰)。
  電滲流在CZE中起著極其重要的作用:
  1、電滲流具有象HPLC中泵一樣的作用,推動粒子前進,加上不同粒子電泳速度和方向的差異,完成陽離子、陰離子和中性粒子的分離。
  2、改變電滲流速度的大小和方向,可改變分離效率和選擇性。這是CZE優(yōu)化分離的重要因素。
  3、電滲流速度的微小變化會影響分離結果的重現性(遷移時間和峰面積)。
  二、特點:
  1、毛細管不涂敷任何固定液。
  2、結構簡單,操作方便。
  3、不能分離電中性組分,因為電中性組分的淌度差為零。
  4、不能分離質荷比相近的組分,如蛋白質-SDS絡合物。
  三、定性和定量分析:
  1、定性依據:不同組分的遷移時間不同。
  2、定量依據:電泳峰面積或峰高。
  四、操作條件:
  CZE操作條件包括緩沖液、添加劑、分離電壓和分離溫度等選擇。
  1、緩沖液:
  CZE分離過程在緩沖液中進行,緩沖液的選擇直接影響粒子的遷移和分離。
  配制緩沖液時,必須使用高純蒸餾水和試劑。使用前要用0.45μm濾膜過濾以除去顆粒等。
 ?。?)選擇緩沖液應遵循的條件:
  1)在所選擇的pH范圍內有很好的緩沖容量。
  2)在檢測波長處無吸收或吸收值低。
  3)為達到有效的進樣和合適的電泳淌度,緩沖液pH值至少與被測組分的等電點相差l個pH單位。
  4)自身淌度低,即分子大而荷電小,以減少電流的產生。
  5)只要條件允許,盡可能采用酸性緩沖液。在低pH值下,吸附和電滲流都很小,毛細管涂層的壽命較長。
  6)與毛細管種類匹配,涂層毛細管只能在一定pH范圍內使用。
 ?。?)緩沖液pH值的選擇:
  1)緩沖液pH值的選擇與樣品性質有關。
 ?、偻ǔK嵝越M分選擇在堿性條件下分離。
 ?、谕ǔA性組分選擇在酸性條件下分離。
  ③蛋白質、多肽和氨基酸等兩性物質可選酸性(pH = 2)或堿性(pH>9)分離介質。
 ?、芴穷悩悠吠ǔT趐H = 9~11能獲得*分離。
 ?、蒴人峄蚱渌鼧悠范嘣趐H = 5~9選擇分離條件。
  2)緩沖液pH值的選擇和毛細管種類有關。
  很多涂層毛細管只能在一定pH范圍內使用,如聚丙烯酰胺涂層毛細管只能在pH = 4~9使用,否則涂層易水解失效。
  3)在相同pH下,不同緩沖液的分離效果可能相差很大。
  一般來說,能與樣品發(fā)生相互作用的試劑可能是的。如分離糖類和DNA等分子時應優(yōu)先使用硼酸鹽緩沖液,因為硼酸根能與糖羥基形成配位鍵,增加糖的負電荷和分離度。硼酸鹽緩沖液也適用于分離其它含鄰羥基和多羥基的化合物。
  4)為了選擇合適的pH值,需要用pH調節(jié)劑調整介質的酸堿性。
  由于多數緩沖試劑是酸性物質如磷酸,所以pH調節(jié)劑主要是堿類。常用pH調節(jié)劑有NaOH、KOH和Tris等。也可用胺和醇胺等有機堿如乙醇胺和乙二胺。如果緩沖試劑為堿類,可用酸作為調節(jié)劑,盡量使用弱酸如H3PO4。
  緩沖試劑和調節(jié)劑的濃度對改善分離、抑制吸附和控制焦耳熱等都有影響。一般緩沖試劑的濃度在10~200mmol/L,有時為了抑制蛋白質等的吸附作用,濃度可高達500mmol/L(此時應減少分離電壓)。電導率大的緩沖試劑如磷酸鹽和硼酸鹽等的濃度一般在20mmol/L,電導率小的緩沖試劑如硼酸的濃度可在100mmol/L以上。
  2、添加劑:
  如果緩沖液經各種參數優(yōu)化后仍無法給出良好的分離結果,可加入添加劑以改善分離。常用添加劑有:
 ?。?)無機電解質:NaCl和KCl等。
 ?。?)有機溶劑:甲醇和乙腈等。
 ?。?)非電解質高分子:纖維素、多糖、聚乙烯醇和Triton X-100等。
 ?。?)功能性添加劑:手性冠醚和環(huán)糊精等。
  3、分離電壓:
  分離電壓是控制柱效、分離度和遷移時間的重要因素。分離電壓與毛細管內徑和長度及緩沖溶液濃度(離子強度)有關,電壓的極值范圍因系統和組成而異。
  當柱長一定時,在一定電壓范圍內,電壓與粒子的遷移速度成線性關系。
  當電壓過高時,線性關系偏移,主要是由高電壓引起的焦耳熱造成的。電壓升高,產生的焦耳熱增多,在不能有效驅散所產生焦耳熱的情況下,柱溫會顯著升高,工作電流增大,柱效和分離度降低。除了采取有效的散熱措施外,選擇合適的條件,使在此條件下允許使用較高電壓,而不致產生過大的電流和過多的焦耳熱,是非常重要的。一般通過作I-V曲線來選擇體系的*分離電壓。
  4、分離溫度:
  毛細管的溫度不僅影響分離的重視性,而且影響分離效率。溫度選擇應考慮熱效應、分析重現性、分離效率和分離介質對溫度的限制等因素。
  溫度應通過實驗確定。多數情況下,在20~30℃進行電泳能獲得良好的分離效果。一些糖類樣品需要高于室溫的分離條件,一些樣品如蛋白質等可能需要低于室溫的分離條件。
  五、應用:
  CZE是CEzui基本、應用zui廣的分離模式。
  可分離蛋白質、多肽和帶電荷的大小分子。

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