毛细管区带电泳

毛细管区带电泳（CZE）分离硝基苯酚异构体一、实验背景毛细管电泳、气相色谱、液相色谱是目前应用最广泛的高效分离技术，与气相色谱、液相色谱相比，毛细管电泳具有许多独特的优点，如分析速度快、柱效可高达数十万塔板/米、适用于带电样品的分离等，另外毛细管电泳具有样品消耗少、实验试剂成本低等优点，已广泛应用于生物、医药等领域的分离检测。毛细管电泳技术是现代分离科学中必不可少的重要内容。二、实验目的1．了解CZE分离的基本原理。2．了解毛细管电泳仪的基本构造，掌握其基本操作技术。3．学会计算CZE的重要参数。4．运用CZE分离硝基苯酚异构体。三、实验原理毛细管电泳是指以毛细管为通道、以高压直流电场为驱动力的一类液相分离分析技术。毛细管区带电泳是最常用的一种毛细管电泳分离模式，它是根据被分离物质在毛细管中的迁移速度不同进行分离。毛细管电泳分离分析装置如图1所示。被分离物质在毛细管中的迁移速度决定于电渗淌度和该物质自身的电泳淌度。一定介质中的带电离子在直流电场作用下的定向运动称为电泳。单位电场下的电泳速度称为电泳淌度或电泳迁移率。电泳速度的大小与电场强度、介质特性、离子的有效电荷及其大小和形状有关。电渗是伴随电泳而产生的一种电动现象。就毛细管区带电泳而言，电渗是指毛细管中电解质溶液在外加直流电场作用下的整体定向移动。电渗起因于固液界面形成的双电层。用熔融石英拉制成的毛细管，其内壁表面存在弱酸性的硅羟基，当毛细管中存在一定pH值的缓冲液时，硅羟基发生电离，在毛细管内壁形成带负电荷的“定域电荷”。根据电中性的要求，“定域电荷”吸引缓冲液中的反号离子（阳离子）形成双电层。在直流电场作用下双电层中的水合阳离子向负极迁移，并通过碰撞等作用给溶剂施加单向推力，使之通向运动，形成电渗。单位电场下的电渗速度称为电渗淌度。电渗速度与毛细管中电解质溶液的介电常数和粘度、双电层的电势以及外加直流电场强度有关。若同时含有阳离子、阴离子和中性分子的样品溶液在正极端引入毛细管后，在外加直流电场的作用下，样品组分在毛细管中的迁移情况如图2所示。样品中阳离子组分的电泳方向与电渗流一致，因此迁移速度最快，最先到达检测窗口。中性组分电泳速度为零，它随电渗流而行。阴离子组分因其电泳方向与电渗相反，当电渗速度大于电泳速度时，它将在中性组分之后到达检测窗口；若其电泳速度大于电渗速度，则无法达到检测窗口。由此可见，毛细管电泳分离的出峰顺序是：阳离子中性分子阴离子。毛细管高压电源铂丝缓冲溶液记录仪图1毛细管电泳分离分析装置硝基苯酚是弱酸性物质，其邻、间、对位异构体由于pKa值不同，在一定pH值的缓冲液中电离程度不同。因此，它们在毛细管电泳分离过程中表现出不同的迁移速度，从而实现分离。电渗电泳图2样品组分在毛细管中的迁移情况四、仪器和试剂1．北京彩陆科学仪器有限公司CL1030高效毛细管电泳仪（工作电压0～30kV，检测波长190-400nm）（中科院研究生院应用化学研究所）2．色谱工作站3．石英毛细管（内径50m，长度50cm）4．20mmol/L的磷酸二氢钾溶液用磷酸调整值pH7.0。取95ml缓冲液加入5.0ml甲醇，混合后作为背景缓冲液。过滤，超声波脱气后使用。5．氢氧化钠溶液（1mol/L），磷酸溶液（0.1mol/L），二次蒸馏水。6．邻硝基苯酚、间硝基苯酚、对硝基苯酚的甲醇溶液（约0.2mg/ml），及其混合溶液。硫脲水溶液。各样品溶液超声脱气后使用。五、实验内容1．打开毛细管电泳仪，预热至检测器输出信号稳定。2．准确测量毛细管长度。距毛细管一端约8cm处去除约2mm的毛细管聚合物保护层，作为检测窗口，并测量毛细管进样端到检测窗口的长度。3．将毛细管的检测窗口对准检测器光路，并安装好毛细管。4．依次用氢氧化钠溶液（1mol/L）、二次蒸馏水、盐酸溶液（0.1mol/L）、二次蒸馏水冲洗毛细管各5min，最后在毛细管注入缓冲液，并将毛细管的两端分别插入位于电极处的缓冲溶液瓶中。将直流电压调至20kV。5．待记录仪器基线稳定后，关闭高压电源，用压力进样方式进样。进样后重新打开高压电源，同时按下计时按钮，待样品峰出现后记录其迁移时间。混合样按同样的操作步骤进行操作，并记录分离图。6．改变外加电压，重复步骤4，5。7．实验完毕后，关闭电源仪器，并用二次蒸馏水、甲醇依次冲洗毛细管。六、数据处理1．根据所得到的实验数据，计算电渗速度、电渗淌度、各组分的电泳淌度、间硝基苯酚的理论踏板数。根据分离图计算各组分间的分离度。2．绘制外加电压与电渗速度的关系图，并给予解释。3．七、思考题1．为什么本实验要采用pH为7左右的缓冲液分离硝基苯酚异构体？用pH为2的缓冲液可以吗？2．若要得到流向正极的电渗流，应采取哪些措施。八、参考文献1．陈义编著.毛细管电泳技术及应用.化学工业出版社，20002．傅若农编著.色谱分析概论.化学化工出版社，2000