毛细管胶束电动色谱分离原理.docVIP

毛细管胶束电动色谱分离原理 概述 在电泳缓冲液中加入离子表面活性剂，当溶液中表面活性剂浓度超过临界胶束 浓度时，表面活性剂的单体就结合在一起，形成一个球体，称为胶束。胶束一般是由10--50个碳原子单位的长链分子组成，具有头部(或外层)亲水、尾部(或内层)疏水的特性。在溶液中，头部露在外面，尾部包在胶束中。这种胶束的形成是疏水效应的结果，能使系统的自由能减少。胶束可分为正相胶束和反相胶束两类，以前者应用较多。反相胶束则是指在有机溶剂中形成的胶束，尚未作系统研究。 用来作为表面活性剂的化合物很多，大体有四类:阴离子、阳离子、两性离子和 非离子表面活性剂，其典型化合物及主要性质如表4.1所示。 应用最多的是前两类，且尤以十二烷基硫酸钠(SDS)等使用最为普遍。图4.1是SDS胶束的结构示意， 里面有一个疏水内核，外面布满了.S03ˉ离子。 在MECC系统中，实际上存在着类似于色谱的两相，一是流动的水相，另一是起到固定相作用的胶束相，溶质在这两相之间分配，由其在胶束中不同的保留能力而产生不同的保留值。与毛细管区带电泳一样，由于缓冲液在靠近管壁处形成的正电，使其显示出强烈的电渗流而向阴极移动。对于SDS胶束来说，由于其外壳带很大的负电荷，本应以较大的淌度朝阳极迁移，但由于在一般情况下电渗流的速度大于胶束的迁移速度，这就迫使胶束最终以较低的速度向阴极移动，如图4.2所示。由此可见，毛细管胶束电动色谱有别于普通色谱的一个重要特性为它的“固定相”是移动的，这种移动的“固定相”又被称之为“准固定相’。 在毛细管胶束电动色谱中，中性粒子由于本身疏水性的不同而得以分离.具有不同疏水性的粒子与胶束的相互作用不同，疏水性强的作用力就大，其留在胶束相中的时间就长。由于胶束相的绝对速度很小，组分的保留时间就长;反之组分较多地停留在缓冲液中按电渗的速度移动，保留时间就较短。以上所述为使用阴离子表面活性剂的情况，如果使用阳离子表面活性别，则清况相反。 机理 前己述及MECC中存在有两相，一相是以胶束形式存在的准固定相，另一相是作为载体的液相，又称流动相。试样中的组分在MECC中的分离，从本质上来说，是由它们的分子和胶束相及流动相分子之间的相互作用的差异造成的，尽管对不同的胶束相互作用的形式不同，但是它们所反映的问题本质是一样的。具体来说，溶质在毛细管柱内受到两种力，一是胶束对它的作用力，二是流动相的溶解力，即溶质处于两个作用力场的平衡之中，作用力强，溶解力差时，溶质有较大的保留;反之，则较早流出毛细管柱，见图4.3. 也就是说，不同组分分子和胶束相与流动相分子相互作用的不同，最终将导致它们在两相中的浓度比不同，或者说分配系数不同。设X物质因相互作用较大，而在胶束相中的浓度较大，Y物质因相互作用较小而浓度较小，则X的分配系数大于Y的分配系数（分配系数K=溶质在胶束相的浓度/溶质在流动相的浓度），在这一MECC系统中，X在Y的后面流出。 综上所述，不同组分在毛细管胶束电动色谱中的分离，从根本上来说是由于它们的分子与胶束和流动相分子相互作用的差异造成的，而这种相互作用的差异通过分配系数的差异来反映，分配系数和上述一系列微观参量都有明确的定量关系。问题的另一方面是，既然分配系数及其差异是引起组分在MECC中分离的根本原因，那么，必然地也会同MECC中可测宏观参量之间存在着某种定量关系，事实上，MECC中通常采用容量因子K’的概念来间接地描绘分配系数。 容量因子的定义为:k=组分在胶束相中的量/组分在流动相中的量 序言 高效毛细管电泳(High Performance Capillary Electrophoresis，简称 HPCE )是70-80年代迅速发展起来的一类新型的电泳和色谱相结合的分离分析技术，具有分离效率高、分析速度快、样品用量少、应用范围广等特点，已成为90年代重要的高效分离手段，在生物、化学、医药、环保、食品等领域等领域有很好的应用前景。毛细管电泳和高效液相色谱(HPLC)都是液相分离技术，由于它们遵循不同的分离机理，除了具有自己的特点外两者在很大程度上可以互为补充。但是无论从效率、速度、样品用量和成本来说，毛细管电泳都显示了一定的优势。与HPLC相比，毛细管电泳的柱效更高一些，速度更快一些；同时它的用量仅为HPLC的千分之一，且溶剂消耗量极小，又没有泵输运系统，因此成本相对较低。毛细管电泳具备许多分离模式，通过改变其缓冲液成分、添加剂和柱型，毛细管电泳有很大的选择性，可以根据不同的分子性质(诸如大小、电荷数、手性、疏水性等)对极广泛的对象进行有效的分离。相比之下，为达到类似的目的，HPLC要消耗许多价格昂贵的柱子和溶剂，而且现在常用的HPLC方法存在分析时间长，分离效率低及柱子易污染等缺点，因此毛细管电泳方法在这个领域的应用越来越受到人们的关注。