影响电渗的一个重要因素是毛细管中因电流作用产生的焦耳热,能使得柱中心的温度高于边缘的温度,形成抛物线型的温度梯度,管壁附近温度低,中心温度高,结果使电渗速度不均匀而造成区带变宽,柱效降低。为此,应避免使用过长和内径大于 50μm 的毛细管柱,还应注意减小毛细管的壁厚、选择适宜的电压和缓冲液以及使用良好的冷却系统。HPCE 中观察到的离子淌度是离子的电泳淌度μep 和溶液的电渗淌度的加和。定义表观淌度为μ a pp,则
μapp=μep +μeo
根据以上的讨论,带正电荷的离子的μep>0,μeo>0,故μapp总是为正号,离子向阴极移动;而带负电荷的离子受电泳流的影响被阴极排斥,μep<0,在高pH条件下,若μeo>μep,μapp仍为正号,离子仍然可向阴极移动,但在低pH条件下,μapp可为负号,离子将向反方向移动。此时必须改变电场方向,方可检测到欲分析的离子。
对于实际速度为u net(net指net speed)的组分,表现淌度可由下式计算:
式中Ld:从进样口到检测器的实际柱长;Lt :总柱长;V:电压;t:所需的分析时间。
实际测试电渗淌度时可用中性组分,此时μep=0, μeo=μapp, μep=μeo上式为:
HPCE的毛细管容易冷却,故可以使用20~30 kV的高电压,由于管内径只有25~100μm,无涡流扩散,使传质阻抗趋于零,因此,有很高的分辨率。电解质液由毛细管阳极端进入毛细管,携带被分离的组分可以从毛细管阴极端流入检测器的比色池,电泳过程与结果分析均容易自动化,已成为效率极高的分析仪器。
2、类型及应用
(1)毛细管区带电泳
毛细管区带电泳法(Capillary Zone Electrophoresis,CZE)的分离是基于组分淌度的区别。一般毛细管内壁带负电荷,电渗流从阳极移动至阴极,流出顺序是阴离子<中性分子<阳离子。若毛细管内壁涂上一层阳离子表面吸附剂,则极性颠倒,流出顺序是阳离子<中性分子<阴离子。
毛细管区带电泳具有分离方便、快速、样品用量小的特点,在无机离子、有机物、氨基酸、蛋白质及各种生物样品的测试中有着广泛的应用。
(2)胶束电动毛细管色谱
CZE主要用于分析带电荷的离子,对中性分子的测试主要是依靠电渗的作用,分离比较困难。此时可应用胶束电动毛细管色谱(Micellar Electrokinetic Capillary Chromatography, MECC )进行分离分析。
MECC是在缓冲溶液中加入表面活性剂,当表面活性剂浓度超过临界胶束浓度时,则形成荷电胶束。而当无胶束存在时,所有中性分子将同时到达检测器,有胶束时带负电荷的胶束在电场作用下向相反方向泳动,溶质分子在胶束和水相间形成平衡,在溶液的电渗流和胶束的电泳流的共同作用下分离。溶质分子在胶束内停留时间越长,其迁移所需时间即保留时间越长。
最常用的表面活性剂是十二烷基硫酸钠(SDS)。各种阴阳离子表面活性剂和环糊精等添加剂使得本法有相当多的选择余地,可广泛用于各种类型的样品,在手性分子的分离中也有成功的应用。
(3)毛细管凝胶电泳
毛细管凝胶电泳(Capillary Gel Electrophoresis, CGE)是在毛细管中填充具线状缠结聚合物结构的物理凝胶,使样品中各组分通过净电荷差异和分子大小差异双重机制得以分离。CGE在蛋白质、多肽、DNA序列分析中得到成功应用,已成为生命科学基础和应用研究中有力的分析工具。
近年来,其他类型的毛细管电色谱法(Capillary Electro-Chromatography, CEC)发展很快。其中填充毛细管电色谱法是将细粒径固定相填充在毛细管柱中,开管毛细管电色谱法是把固定相的官能团键合在毛细管内壁表面而形成的色谱柱。CEC是很有前途的分析方法。
常用词汇
电场 Electric Field
泳动率 Mobility
离子强度 Ionic Strength
电泳介质 Electrophoretic Medium
带电粒子 Charged Particle


