毛细管电泳:原理和应用

电泳是一种分离方法,离子的运动的影响下电帮助独立的组件。有各种类型的电泳。凝胶电泳、醋酸细胞电泳和毛细管电泳的一些常用类型的电泳。

毛细管电泳是一种液态分离技术,它使用毛细管为分离通道在电场的影响下。它是一种分析技术,分别帮助带电离子电渗流。它适用于各种领域分析的化学物质,DNA分析,识别特定的蛋白质,和分离辅酶。

毛细管电泳原理

分析物的速度在迁移的影响下的电场强度E的分析物的电泳淌度和缓冲的毛细管内部的电渗迁移率。

溶质的电泳淌度取决于溶液的不同的特征,如电荷,分子大小和形状,和缓冲的属性,如电解质的离子强度,pH值、粘度、添加剂。以下方程给出了溶质的电泳速度(Vep):

Vep =μepE = (q / 6πηr) (V / L)η电解质溶液的粘度,V是应用电压、L =毛细管的长度,r是斯托克城的溶质半径,μep溶质的电泳淌度,q是溶质的有效电荷。

当应用通过毛细管充满了缓冲区,电场产生溶剂流称为毛细管内的电渗流量。的速度取决于电泳淌度。电泳淌度取决于电荷密度的毛细管内壁和缓冲的属性。以下方程给出了电渗速度(Veo):

Veo =μeoE =(ε/η)(V / L)缓冲的介电常数ε=,=电动电势的毛细管表面,η电解质溶液的粘度,V是应用电压、μeo电泳淌度,和L是毛细管的长度。

溶质的速度(V)是由:V = Vep + Veo。

电渗和电泳淌度的分析物可以相同或相反的方向根据溶质的电荷。在正常的情况下毛细管电泳、离子的电渗流量将在相反的方向速度小于电渗速度。相比之下,阳离子的迁移方向相同的电渗流量与速度高于电渗速度。在条件快速电渗率与溶质的电泳速率相比,阳离子和阴离子的分离发生在相同的运行。的时间(t)的溶质迁移的探测点注入毛细管结束(有效毛细管长度)是由:

t = l / l Vep + Veo =(左)/ V (Vep + Veo)

一般来说,裸露的熔融石英毛细血管pH值三个以上,使用一个负电荷,电渗流量发生从阳极到阴极。电渗流量必须不断为每个运行良好的再现性溶质的迁移速度。一些实验,减少或抑制电渗发光通过改变毛细管内壁的浓度、组成、或缓冲溶液的pH值可能是必要的。

添加样本之后,一个独立的样本的每个分析物离子形式。欧元区的形成是由于在背景电解质迁移。每个溶质的扩散乐队由于不同的现象发生。在理想环境下,唯一现象导致欧元区的扩大是毛细管内的溶质的分子扩散。在这里,给出区域的效率作为理论板数(N),这是由:

N =(μep +μeo)(重要的)/ 2 dl, D是溶质分子扩散系数的缓冲区。

一般实践中,注入塞的长度等现象,检测器单元大小,unleveled缓冲水库、样本之间不匹配的电导率和缓冲,样品吸附在毛细管壁,和散热,带色散中发挥重要作用。两个乐队之间的分离获得通过修改分析物的电泳淌度,电渗迁移率引起毛细管,并增加每个分析物的效率乐队如下;

Rs = N(μepb-μepa) / 4(μaep +μeo);μepa和μepb =两个分析物的电泳的机动性,μaep平均两个分析物的电泳淌度计算:μaep =½(μepb +μepa)。

仪器用于毛细管电泳

1. 电源:毛细管电泳需要一个高电压可控直流电源。
2. 缓冲水库:毛细管电泳需要两个缓冲水库举行相同级别包含指定的阳极和阴极的解决方案。
3. 电极:CE需要两个电极(阴极和阳极)沉浸在缓冲储层连接到电源。
4. 毛细管:毛细管熔融石英组成,通常直径少于100微米。
5. 观察窗:CE要求光学取景器对齐的探测器。
6. 喷射系统:CE需要一个合适的喷射系统添加样品和缓冲到毛细管。可以自动精密注射的方法。注入样品的共模是重力、压力或真空,或者动电的。
7. 检测器:CE要求探测器监测物质通过毛细管的数量在给定的时间基于电导,荧光法,吸收分光光度法(UV和可见),测量电流的,或质谱检测。
8. 恒温系统:CE需要恒温系统维持毛细管内部的一个恒定的温度。
9. 记录:CE要求记录仪记录的数据完成后电泳。
10. 合适的积分器或电脑:CE也需要正确的数字积分器或电脑转换数据。

类型的毛细管电泳方法

有六种类型的毛细管电泳方法常用;CZE(毛细管区带电泳),CGE(毛细管凝胶电泳),胶束电动力学毛细管色谱(MEKC)、毛细管电色谱(CEC)、毛细管等电聚焦(CIEF)和毛细管等速电泳(CITP)。

1. 毛细管区带电泳(CZE):这种类型的电泳的分离需要毛细管只有一个缓冲区没有任何anticonvective媒介。分析物被分隔到乐队的速度取决于电泳淌度和电渗流动。电渗流动向阴极移动,当极性逆转,电渗的分析物的机动性比电渗小组将通过出口。的涂布毛细血管帮助提高分离能力坚持熔融石英表面的物质。CZE适用于分析小型到大型(< 2000 < 100000分子量分子量)。这是一个非常高效毛细管电泳的形式。
2. 毛细管凝胶电泳(CGE):毛细管凝胶电泳的分离发生在一个充满凝胶毛细管作为分子筛相似凝胶电泳。根据分子大小分子分离。小分子通过凝胶网络更自由地移动;因此这些迁移速度比更大的分子。使用毛细管凝胶电泳分离蛋白质、DNA片段,和其他生物大分子具有类似荷质比基于其分子大小。
3. 胶束电动毛细管色谱(MEKC):分离发生在一个电解溶液,由表面活性剂的浓度超过临界胶束浓度(CMC)。这种技术是一种混合的电泳和色谱法。该方法适用于中性和带电溶质。溶质分子之间的分布式pseudo-stationary阶段组成的胶束和水缓冲基于溶质分配系数。MKEC中常用的表面活性剂十二烷基硫酸钠,十六烷基三甲基铵盐。在中性和碱性pH值,电渗流强,分离缓冲离子向阴极方向移动。以防十二烷基硫酸钠(SDS)作为表面活性剂、阴离子胶束的电泳迁移是在阳极的顺序,整个胶束偏移速度减缓电解溶液的体积流量。假设中性溶质存在;分析物分区之间的水缓冲胶束和缺乏电泳淌度。在这种情况下,分析物的迁移速度取决于水缓冲间的分配系数和胶束。 Because of this, the separation in neutral and weakly ionized solutes in MKEC is chromatographic. In the case of charged solutes, migration velocity depends on the electrophoretic mobility of the solute without a micelle and the partition coefficient between the aqueous buffer and the micelle.
4. 毛细管电色谱(CEC):毛细管电色谱是一种混合的分离技术,它使用色谱和毛细管电泳的原理,特别是高效液相色谱法(HPLC)。基于差异分析物单独移动和固定相之间的分配系数或由于电泳淌度。流动相在色谱运行床的帮助下电渗力相反的压力。CEC比高效液相色谱和毛细管电泳更有利。它适用于对映体分离,分离氨基酸、蛋白质、多肽和碳水化合物。主要用于制药行业确定酸性和基本药物和工业部门,包括分析聚合物。
5. 毛细管等电聚焦(CIEF):带电分子迁移由于电场的等电点聚焦在pH梯度从两性电解质有π(等电点)获得价值的广泛溶解在缓冲分离。有三个步骤CIEF;加载、聚焦和动员。两性电解质的引入和分离缓冲加载在毛细管加载步骤。在聚焦步骤中,提供的电压是毛细管,造成两性电解质搬到各自的基于净电荷的电极和创建一个pH梯度的分子迁移,直到他们达到pH值对应于他们的π(等电点)。所需的动员可以检测,通过聚焦电渗流量的影响下,聚焦后应用正压,或添加盐阳极或阴极水库,根据动员的方向。
6. 毛细管等速电泳(CITP):技术开发分离血清脂蛋白。其他电泳过程相比,分子筛的影响可以忽略不计,不需要凝胶铸造,适用于整个血清,可以很容易区分脂蛋白小分支。在这里,总血清脂蛋白pre-stained畅通的毛细管系统(内部直径为0.5毫米)拥有一个不连续缓冲系统在4℃30分钟启动过程。脂蛋白是分为HDL(高密度脂蛋白)和LDL(低密度脂蛋白)基于电泳淌度。临床实验室的常用方法是决定人类血清脂蛋白水平。

毛细管电泳的应用

毛细管电泳通常被应用于各个领域。分析食品内容、遗传分化和临床诊断是毛细管电泳的典型应用。以下是详细的解释的毛细管电泳的应用领域:

1. 食品技术:应用毛细管电泳分析不同的食物,饮料和发酵食品,发现黄酮类化合物、维生素、碳水化合物、蛋白质、色素和颜色。CE也适用于检测DNA和RNA从细菌和病毒,这表明污染。
2. 分子分析:DNA、RNA和氨基酸是使用毛细管电泳检测,尤其是在微生物实验室和法医科学。
3. 疾病诊断:使用CITP血脂分析在临床实验室检测胆固醇水平是至关重要的。同样,人类血清维生素和矿物质的分析执行使用毛细管电泳。
4. 环境监测:毛细管电泳应用跟踪无机离子在河流和水。(4)同样,nano-capillary电泳应用于检测环境污染物在纳米水平。(5)
5. 制药实验室:毛细管电泳用于分析小分子药物在预备阶段和标准的解决方案。(6)

毛细管电泳的优点

毛细管电泳的其他方法相比,具有很多优点电泳和色谱法由于使用微小的毛细血管中分离。以下是详细说明毛细管电泳的好处:

1. 高效:有效散热发生由于使用小直径的毛细管。一些文章声称毛细管电泳的效率非常相似的液相色谱法。(7)
2. 少耗时:如果这个人是熟悉计算机软件,需要没有时间阅读分离的结果。同样,整个过程只需要一个小时,从设置到分离。因此,毛细管电泳有更多的优势相比其他分离技术。
3. 广泛的应用领域:毛细管电泳用于分析大分子(如蛋白质、DNA,不同的药物,和RNA。所以,CE从制药到环境监测得到了广泛的应用。
4. 自动化的可能性:注射方法,数据分析、缓冲区和样本可以在毛细管电泳自动上传步骤。

毛细管电泳的缺点

尽管毛细管电泳是非常有利的,它有一些缺点,如下:

1. 改变毛细血管挑战:由于毛细血管的大小,删除和替换毛细血管有时可能是一个挑战。因此,专业知识需要改变毛细血管的实验。
2. 不那么健壮的:小的变化大小的毛细血管和分析物的选择可以在毛细管电泳是至关重要的。比其他方法CE体制不够健全。

引用

1. 毛细管电泳。(无日期)。检索2022年12月16日https://www.usp.org/sites/default/files/usp/document/harmonization/biotechnology/harmonization - 2019 m859.pdf 9月
2. Borst C。,Belal, F., & Holzgrabe, U. (2013). Possibilities and limitations of capillary electropherosis in pharmaceutical analysis.死Pharmazie,68年(7),526 - 530。
3. 罗伯特,F。,Bouilloux, J. P., & Denoroy, L. (1991). L’électrophorèse capillaire: principe et applications [Capillary electrophoresis: principle and applications].记录生物倩碧,49(3),137 - 148。
4. 塞壬,H。,& Väntsi, S. (2002). Environmental water monitoring by capillary electrophoresis and result comparison with solvent chemistry techniques.色谱法杂志》上。一个,957年(1)17-26。https://doi.org/10.1016/s0021 - 9673 (02) 00218 - 2
5. 阿里,我。,一个lharbi, O. M. L., & Marsin Sanagi, M. (2016). Nano-capillary electrophoresis for environmental analysis.环境化学信,14(1),79 - 98。https://doi.org/10.1007/s10311 - 015 - 0547 - x
6. 阿里,我。,一个lharbi, O. M. L., & Marsin Sanagi, M. (2016). Nano-capillary electrophoresis for environmental analysis.环境化学信,14(1),79 - 98。https://doi.org/10.1007/s10311 - 015 - 0547 - x
7. Masar, M。,Hradski, J., Schmid, M. G., & Szucs, R. (2020). Advantages and Pitfalls of Capillary Electrophoresis of Pharmaceutical Compounds and Their Enantiomers in Complex Samples: Comparison of Hydrodynamically Opened and Closed Systems.国际分子科学杂志》上,21(18),6852。https://doi.org/10.3390/ijms21186852