影響高效毛細(xì)管電泳色譜儀(CE)譜峰展寬的因素有進(jìn)樣、縱向擴(kuò)散、焦耳熱、吸附、電分散和層流等。
一、進(jìn)樣:
當(dāng)進(jìn)樣塞長度太大時(shí),引起的譜峰展寬大于縱向擴(kuò)散,分離效率會(huì)明顯下降。
實(shí)際操作時(shí),進(jìn)樣塞長度小于毛細(xì)管總長度的1%~2%。
二、縱向擴(kuò)散:
擴(kuò)散是物質(zhì)分子由高濃度區(qū)域自發(fā)遷移到低濃度區(qū)域的過程。
在理想的情況下,縱向擴(kuò)散是CE中導(dǎo)致譜峰展寬的唯一因素。根據(jù)色譜速率理論方程可知:
H = 2D/vap
式中:D為組分的擴(kuò)散系數(shù)。
若只考慮分子擴(kuò)散,則理論塔板數(shù)為:
n = Lef/H
= Lefvap/(2D)
= μapELef /(2D)
= μapVLef /(2DL)
式中:V為電壓,L為毛細(xì)管全長。
由上式可知,n與電場強(qiáng)度成正比,與組分的擴(kuò)散系數(shù)成反比。
在CE中,組分在幾萬至十幾萬伏的電壓下,遷移速度較快,縱向擴(kuò)散小,柱效高。大分子比小分子的擴(kuò)散系數(shù)小,可獲得更高的分離效率。
三、焦耳熱:
電流通過毛細(xì)管內(nèi)緩沖溶液時(shí)產(chǎn)生的自熱稱為焦耳熱。焦耳熱通過管壁向周圍環(huán)境散熱,管中心溫度最高,由中心向管壁逐漸下降。溫度高,粘度小,管中心組分的遷移速度最快,管壁附近組分的遷移速度最慢,破壞了溶質(zhì)區(qū)帶的扁平塞子流型,造成譜峰展寬。
大內(nèi)徑毛細(xì)電阻小,電流大,產(chǎn)生焦耳熱多,且不易散熱。小內(nèi)徑毛細(xì)管散熱面積大,溫度梯度小,譜峰展寬小。但內(nèi)徑過小會(huì)帶來進(jìn)樣和檢測等方面的困難,又易造成柱堵塞。因此,目前多采用內(nèi)徑為25~75μm的毛細(xì)管。
采用低淌度緩沖液如三羥甲基氨基甲烷(Tris)等,由于這種粒子的質(zhì)荷比很大,可減小電流。
采用溫度控制裝置,盡快除去熱量,使系統(tǒng)盡可能保持恒溫,是目前常采用的辦法。控溫方式有氣冷和液冷,一般條件下用氣冷可滿足要求。
四、吸附:
溶質(zhì)與毛細(xì)管壁之間存在吸附和疏水作用,會(huì)使遷移速度減慢,造成譜峰展寬。
1、造成管壁吸附的主要原因:
(1)陽離子溶質(zhì)和帶負(fù)電管壁的離子相互作用:
當(dāng)電解質(zhì)溶液pH>3時(shí),毛細(xì)管壁帶負(fù)電荷,因靜電引力,溶質(zhì)陽離子被管壁吸附。
(2)存在疏水相互作用:
蛋白質(zhì)和多肽帶電荷數(shù)多,疏水基較多,疏水作用較強(qiáng),被極性水溶劑擠向管壁,是目前分離該類物質(zhì)的一大難題。在pH<3時(shí),管壁呈電中性時(shí)尤為明顯。
小內(nèi)徑毛細(xì)管有利于散熱,但比表面積大(柱內(nèi)表面積和柱體積之比),會(huì)使吸附增加,峰展寬大。
2、抑制或消除吸附的方法:
(1)加入兩性離子代替強(qiáng)電解質(zhì):
兩性離子一端帶正電,另一端帶負(fù)電,帶正電一端與管壁負(fù)電中心作用,當(dāng)濃度約為溶質(zhì)的100~1000倍時(shí),可抑制對(duì)蛋白質(zhì)的吸附,又不增加溶液的電導(dǎo),對(duì)電滲流影響不大。
(2)采用極端pH條件:
在pH = 2~3或pH>9的緩沖液中進(jìn)行CE分離,可抑制管壁硅醇基的離解或使待測組分帶負(fù)電,與管壁相斥,從而使吸附受到抑制。
(3)對(duì)管壁加以修飾。
五、電分散:
當(dāng)溶質(zhì)區(qū)帶與緩沖溶液區(qū)帶的電導(dǎo)不同時(shí),會(huì)造成譜峰展寬。
應(yīng)盡量選擇與樣品淌度相匹配的背景電解質(zhì)溶液。
六、層流:
一般情況下,CE中不存在層流,但當(dāng)毛細(xì)管兩端存在壓力差時(shí),會(huì)出現(xiàn)拋物線型的層流。
產(chǎn)生的原因是毛細(xì)管兩端液面高度不同。實(shí)際工作中,應(yīng)保持毛細(xì)管兩端緩沖溶液平面高度相同。
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