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Theoretical Basis of Capillary Electrophoresis 毛细管电泳的理论基础 Content Electrophoresis mobility 电泳淌度 Electroosmosis mobility 电渗淌度 Separation efficiency 分离效率 Joule heating 焦耳热 Electroosmosis / 电渗 Electrokinetic Phenomena 电动现象 Free and immobilized charge 自由和固定电荷 Double electric layer 双电层 Electro-osmosis mobility 电渗淌度 Direction of electro-osmosis flow (EOF/电渗流) Profile of the flow speed 流型 Influencing factors 影响因素 Joule heating /焦耳热 Temperature distribution Consequences of Joule heating 测 验 塔板理论 淌度的定义式 Einstein 公式 塔板高度的统计描述 理论推导 实际测算 例 马心肌红蛋白（13.9 kD） 扩散系数 10-6 cm2/s 电泳淌度 6.5×10-5 cm2/s V 电压 30 kV 例：使电泳淌度只有1％差别的两个组分达到分离度1.5（完全分离）需要的分离塔板数360000。 分离区带变宽的因素 根据偶然误差传递规则，为各种因素导致的方差之和 用于估算进样和检测器导致的峰变宽 石英毛细管柱 i.d. 25 ?m 75 ?m 100 ?m o.d. 360 ?m T 8.72 5.58 3.14 1.39 0.53 温差ΔT/K 311.6 125 304.2 75 301.2 50 299.0 25 307.7 100 温度T/K 毛细管内径i.d/?m 毛细管内径和温差的关系 有一毛细管柱，总长50 cm，紫外光度检测器在距样品进口端的40 cm处。在+15000V高电压下用电流法测得替换时间为100sec.问题： （1）此毛细管在给定条件下有无固定电荷？电荷的性质？计算其电渗淌度。 （2）有一未知有光度吸收的组分的迁移时间为150sec,则该组分带何种电荷？计算该组分的有效淌度。 （单位统一用cm sec-1V-1） 对于1mM的NaCl水溶液，双电层厚度10 nm; 100 mM 时则为 1nm。支持电解质的浓度提高有利于进样，但是使双电层减小，EOF降低；同时电流增大，焦耳热显著。 在真空中的情况。在溶液中由于溶液的屏蔽和驰豫效应，有效电荷降低。 假设淌度为有效淌度，而非表观淌度。因为有电渗流存在时，电渗流无分离能力。 流型对峰变宽的影响。 Consequence of parabolic flow (pressure flow) 吸附不仅改变了分离机理（电泳＋色谱），电泳分离效率公式不再满足，固定相传质阻力不可忽视，电泳分离效率明显降低。 * * Electrophoresis mobility of ions 离子的电泳淌度 荷电粒子传输电荷的能力 离子的导电能力－极限电导 离子极限电导和离子淌度的关系 荷电粒子在电场中受力 荷电粒子在溶液中匀速运动受到溶液阻力 动力和阻力相等，因此有如下关系 ＋ 电场 静电力 介质阻力 运动方向 不同荷电粒子在溶液介质中的运动阻力不同， 例如对于球形荷电粒子电阻力系数为 电泳淌度的定义 球形荷电粒子的电泳淌度可表示为 Signal Time K＋ Na＋ Li＋ / cm2/s ·V Li＋ 4.01?10-4 Na＋ 5.19?10-4 K＋ 7.61?10-4 离子的淌度和电导的关系 电阻率与电导率 Double layer and zeta potential 毛细管中电和动的转换 －玻璃 －石英 －聚合物，Teflon 压力与流动速度的关系 压力差与电位差的关系 Smoluchowski方程 Electroosmosis mobility 电渗淌度 ?－双电层厚度 ?－表面电荷密度 ?－zeta电势 ?－粘度 ?－介电常数 Thickness of double layer Flow velocity distribution 0.98 0.92 0.81 0.64 0.39 0.1 100 50 20 10 5 2 d/? 流路孔径d和?比值与电渗流水平 注：?对应d/?比值趋于无穷时的值 电渗速度与管壁距离的关系 Ref. P.H.Paul et al (Sa