蛋白質組學/蛋白質分離- 電泳/毛細管電泳？

毛細管電泳

電泳是在電場影響下離子或溶質的運動或遷移。毛細管電泳是在填充緩衝液的細徑毛細管中進行電泳的技術，毛細管通常的內徑為 25 至 100 μm。

Instrumentation

CE 所需的儀器很簡單（圖 1）毛細管的兩端分別放置在兩個緩衝液儲液池中，每個儲液池都包含一個連線到高壓電源的電極。其中一個緩衝液儲液池（通常在陽極）暫時被樣品取代。樣品透過毛細管作用、壓力或虹吸作用引入毛細管。然後在毛細管上施加電勢並進行分離。分離的分析物可以透過 UV-可見或熒光檢測直接透過毛細管壁附近（通常靠近陰極）的相對端進行檢測。電泳理論電泳分離取決於離子或溶質在施加電場中透過給定介質的遷移速度差異。分析物向相反電荷的電極遷移的電泳遷移速度 (up) 為：up = μpE 其中 μp 是電泳遷移率，E 是電場強度。

電場強度是施加電壓除以總毛細管長度的函式。電泳遷移率與樣品的離子電荷成正比，與緩衝液中存在的任何摩擦力成反比。當樣品中的兩種物質具有不同的電荷或經歷不同的摩擦力時，它們將在透過緩衝液溶液遷移時彼此分離。分析物離子所經歷的摩擦力取決於介質的粘度 (η) 以及離子的尺寸和形狀。

Accordingly, the electrophoretic mobility of an analyte at a given pH is given by:

其中 z 是分析物的淨電荷，r 是分析物的斯托克斯半徑。

From equation we can see that differences in the charge-to-size ratio of analyte ions cause differences in electrophoretic mobility. Higher charge and smaller size cause greater mobility, whereas

電荷越低，尺寸越大，遷移率越低。

Electrophoretic mobility is an indication of fastness of a given ion or solute through a given medium. It expresses the balance of electrical force ( acts in favor of motion) and the frictional force(acts against motion). Since these forces remain in a steady state during electrophoresis electrophoretic mobility is a constant for a given ion under a given set of conditions and therefore is a characteristic property for any given ion or solute. Because of differences in electrophoretic mobility, it is possible to separate mixtures of different ions and solutes by using electrophoresis.

5 電滲流 (EOF)

在毛細管電泳中，分析物遷移速度還取決於緩衝液溶液的電滲流 (EOF) 速度。電滲流是電流施加時液體透過毛細管的整體流動。用於 CE 的毛細管管通常是未塗覆的熔融石英毛細管管，其內表面具有可電離的矽烷醇基團，這些基團很容易解離，使毛細管壁帶負電荷。因此，當毛細管充滿緩衝液時，帶負電荷的毛細管壁會吸引緩衝液溶液中的帶正電荷的離子。這會產生電雙層並在毛細管壁附近產生稱為 zeta 電位的電位差（圖 2）。電雙層包括一層剛性的吸附離子層和一層擴散層。zeta 電位隨著遠離毛細管壁表面的距離增加而呈指數下降。當在毛細管上施加電壓時，擴散層中的陽離子可以自由地向陰極遷移，並將大部分溶液與它們一起拖動。在高 pH 值下，矽烷醇被極度電離，並使毛細管壁的表面電荷變大。這會增加 zeta 電位，進而增加 EOF。因此，EOF 非常依賴於 pH 值，在高 pH 值下較大。

圖 4：熔融石英凝膠毛細管內部在存在緩衝液溶液的情況下。

The velocity of the electroosmotic flow, uo can be written as:

uo = μoE 其中 μo 是電滲遷移率，定義為

其中 ζ 是毛細管壁的 zeta 電位，ε 是緩衝液溶液的相對介電常數。緩衝液溶液的電滲流通常大於分析物的電泳流，並且在 pH 值>7 時，所有分析物都隨著緩衝液溶液一起向陰極遷移，而與它們的電荷無關。由於它們的電泳遷移率相互抵消，帶負電荷的分析物在毛細管中保留的時間更長。因此，觀察到的溶質遷移速度與它的電泳遷移率和 EOF 遷移率的組合相關。然後可以將分析物在電場中的速度 (u) 定義為：up + uo = (μp + μo)E

流動和擴散

In other separation techniques like HPLC, separations are driven by pressure and that results in frictional forces in places where the mobile phase is in contact with solid surfaces. These frictional forces cause the velocity of mobile phase close to the wall to be zero while that in the center is large resulting in a parabolic flow profile in the capillary(Figure3 ). This profile results in the solute zones being broadened as the move through the capillary, reducing the resolution of the separation. But in CE, since the driving force is EOF, the flow is flat which result much higher resolutions than comparative pressure driven equivalents. 

圖 5：層流和電滲流的流動曲線。

電泳圖 CE 的資料輸出是電泳圖，它是遷移時間與檢測器響應的圖。檢測器響應通常與濃度相關，例如 UV-可見吸收或熒光。分離的化合物在電泳圖中根據不同的保留時間顯示為峰。典型的電泳圖顯示了陽離子、中性和陰離子溶質混合物的三個組分的分離。

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