分离化学-03.ppt

第二部分 毛细管电泳基本理论及应用 一、HPCE基本原理 basic principles of HPCE 二、电渗现象与电渗流 electroosmosis and electroosmotic flow 三、影响电渗流的因素 factors influenced electroosmosis 四、淌度 mobility 五、PHCE中的参数与关系式 parameters and relation in HPCE 六、影响分离效率的因素 factors influenced separation efficiency 第二章 高效毛细管电泳理论基础 basic theory of HPCE 双电层:浸没在液体中的所有表面都具备的一种特性， 通常是指两相之间的分离表面由相对固定和游离 的两部分离子组成的与表面电荷异号的离子层。 2.1 基本原理 2.1.1 双电层和Zeta电势 毛细管电泳通常采用的是石英(熔融二氧化硅)毛细管柱。在碱性和微酸性(pH2.5)溶液中，熔硅表面的硅醇基(Si-OH)电离成SiO-，使表面带负电荷。与溶液接触时，在溶液中形成紧贴熔硅表面的和游离的两部分离子。由这两部分离子组成的与表面电荷异号的离子层，形成双电层。其中的第一部分又被称为Stern层。在Stern层和双电层的游离部分的起点的边界层之间的电势为管壁的zeta电势(约在0-100mV之间)，随距离增大按指数函数衰减。 ?????????????????????????????????????????????????????????? 熔硅表面上的zeta电势正比于它表面上的电荷数与对离子层的乘积，但这些又受到对离子的性质、缓冲液pH值、缓冲液中阳离子和熔硅表面间的平衡等因素的影响。毛细管壁上的zeta电势是毛细管电泳的一个重要参数，对控制电渗流，优化CE分离条件有实际指导意义。 The level of EOF is highly dependent upon electrolyte pH as the zeta potential is largely governed by the ionisation of the acidic silanols on the capillary wall. Below pH 4 the ionisation is small and the EOF flow rate is therefore not significant, above ~pH 9 the silanols are fully ionised and EOF is strong. The level of EOF decreases with increased electrolyte concentration as the zeta potential is reduced. 毛细管中粒子的迁移运动 粒子在毛细管中的迁移运动由两个主要因素决定：其一为荷电粒子在外电场作用下发生的定向电泳迁移；第二种作用力是由于高电压引起的毛细管内壁的大量电荷移动所产生的电渗力。粒子在毛细管中的实际流速V是泳流速度Vep和渗流速度Veo的矢量和。即： V = Vep + Veo 在电场作用下荷电粒子的电泳迁移速度Vep由下式决定： Vep = ?ep ? E 其中E为电场强度，?ep表示溶质的淌度，即溶质在给定缓冲液中单位时间间隔和单位强度下移动的距离。在充满自由溶液的开口管中粒子的淌度可近似地表示为： 式中 ?：流体的介电常数 ?i：是粒子的zeta电势(这里特指粒子外“固定”离子切平面和离得最近的游离离子边界层之间的电势) ?：介质的粘度 因为zeta电势的大小和粒子表面的电荷密度有关，所以不同离子即可能按照它们表面电荷密度的差别以不同的速率在电介质中移动，最终达到分离。 电泳 在毛细管中，电渗流(electroosmotic flow，简称EOF)是指体相溶液在外加电场作用下整体朝一个方向运动的现象，即高电场下由双电层中水合阳离子或质子所引起的流体朝负极方向的运动。 在通常的毛细管区带电泳条件下，电渗流从阳极流向阴极。其大小受到zeta电势，双电层厚度和介质粘度的影响。一般来讲，zeta电势越大，双电层越薄，粘度越小，电渗流值越大。 与电泳淌度类似，电渗的淌度?eo可表示为： ?W为管壁的zeta电势，电渗流的速度通常是泳流速度的5-7倍。 电渗 因为同时存在着泳流和渗流，在不考虑相互作用的前提下，粒子在毛细管内的运动速度应当是两种速度的矢量和，即 令 为表观淌度，即可以从毛细管电泳测量中得到的淌度应为粒子自身的电泳淌度和电渗淌度之和，可以通过下