電化學(xué)分離法

關(guān)于電化學(xué)分離法第1頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三§6－1電泳分離法一、電泳分離法的原理二、電泳分離法的分類三、高效毛細(xì)管電泳四、電泳分離法的應(yīng)用第2頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、電泳分離法的原理

在電解質(zhì)溶液中，位于電場中的帶電離子在電場力的作用下，以不同的速度向其所帶電荷相反的電極方向遷移的現(xiàn)象，稱之為電泳。

由于不同離子所帶電荷及性質(zhì)的不同，遷移速率不同，可實現(xiàn)分離。第3頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、電泳分離法的原理

1937年，Tiselius(瑞典)將蛋白質(zhì)混合液放在兩段緩沖溶液之間，兩端施以電壓進(jìn)行自由溶液電泳，第一次將人血清提取的蛋白質(zhì)混合液分離出白蛋白和α、β、γ球蛋白；

發(fā)現(xiàn)樣品的遷移速度和方向由其電荷和淌度決定；第一次的自由溶液電泳；第一臺電泳儀；

1948年，獲諾貝爾化學(xué)獎；第4頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三第5頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、電泳分離法的原理

當(dāng)帶電離子以速度ν

在電場中移動時，受到大小相等、方向相反的電場推動力和平動摩擦阻力的作用。電場力：FE=qE

阻力：F=fν故：qE=fνq—離子所帶的有效電荷；

E—電場強度；ν—離子在電場中的遷移速度；

f—平動摩擦系數(shù)(對于球形離子：f=6πηr；r—離子的表觀液態(tài)動力學(xué)半徑；η—介質(zhì)的粘度；)第6頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、電泳分離法的原理所以，遷移速度：（球形離子）

物質(zhì)離子在電場中差速遷移是電泳分離的基礎(chǔ)。淌度（遷移率）μ

：單位電場強度下的平均電泳速度。

（6－1）第7頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、電泳分離法的原理另外，根據(jù)離子遷移率的定義，μ也可以寫成：

式中，V是外加電壓，L是兩電極間的距離，t是電泳的時間，s是帶電質(zhì)點在時間t內(nèi)遷移的距離。根據(jù)上式，兩種粒子遷移距離之差為：（6－3）（6－2）第8頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、電泳分離法的原理影響帶電粒子分離程度的因素1）帶電粒子遷移率（淌度）根據(jù)（6－3）式，兩種粒子的淌度差越大，分離越好。而根據(jù)（6－1）式可知：帶電粒子的淌度與電荷成正比，與離子半徑成反比。

所以，電荷與半徑相差越大，越容易用電泳法分離。第9頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、電泳分離法的原理2）電解質(zhì)溶液的組成據(jù)（6－1）式，溶液組成不同，粘度不同，導(dǎo)致遷移率不同。另外，電解質(zhì)組成不同，有時會改變測定物的電荷及半徑，從而導(dǎo)致遷移率不同。第10頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、電泳分離法的原理3）外加電位梯度電位梯度是指每厘米的平均電位降，即V/L，當(dāng)L一定時，加在兩電極間的電壓越高，分離所需的時間越短，分離越完全。對于分離性質(zhì)相近的元素，多半使用高壓電泳，其電位梯度達(dá)100V/cm以上,但高電場會產(chǎn)生焦耳熱，使柱效降低。第11頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、電泳分離法的原理4）電泳時間電泳時間越長，離子分離越完全。但分離性質(zhì)相似的元素，單靠增加電泳時間收效不大。第12頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三二、電泳分離法的分類

電泳分為前流型和區(qū)帶型。前流型是指無支持體的溶液自由進(jìn)行的，而區(qū)帶型是指在一個支持體上進(jìn)行的電泳。后者應(yīng)用最廣。

按形狀分類：U型管電泳、柱狀電泳、板電泳；按載體分類：濾紙電泳、瓊脂電泳、聚丙烯酰胺電泳、自由電泳（即前流型）、毛細(xì)管等；

傳統(tǒng)電泳分析：操作煩瑣，分離效率低，定量困難，無法與其他分析相比。第13頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三三、高效毛細(xì)管電泳1.高效毛細(xì)管電泳的發(fā)展與特點2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論3.高效毛細(xì)管電泳的儀器4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式第14頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三

1981年，Jorgenson和Luckas，用75μm內(nèi)徑石英毛細(xì)管進(jìn)行電泳分析，柱效高達(dá)4×105/m理論塔板數(shù)，促進(jìn)電泳技術(shù)發(fā)生了根本變革，迅速發(fā)展成為可與GC、HPLC相媲美的嶄新的分離分析技術(shù)——高效毛細(xì)管電泳。1.高效毛細(xì)管電泳的發(fā)展與特點高效毛細(xì)管電泳在技術(shù)上采取了兩項重要改進(jìn)：

一是采用了20-75μm內(nèi)徑的毛細(xì)管；二是采用了高達(dá)數(shù)千伏的電壓。第15頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三1.高效毛細(xì)管電泳的特點1）儀器簡單、易自動化

電源、毛細(xì)管、檢測器、溶液瓶2）分析速度快、分離效率高

在3.1min內(nèi)分離36種無機及有機陰離子，4.1min內(nèi)分離了24種陽離子；分離柱效：105～107/m理論塔板數(shù)；

第16頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三1.高效毛細(xì)管電泳的特點3）操作方便、消耗少

進(jìn)樣量極少，水介質(zhì)中進(jìn)行；4）應(yīng)用范圍極廣

有機物、無機物、生物、中性分子；生物大分子等；分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化學(xué)、環(huán)境保護(hù)、材料等；

第17頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論1）電滲流現(xiàn)象

當(dāng)固體與液體接觸時，固體表面由于某種原因帶一種電荷，則因靜電引力使其周圍液體帶有相反電荷，在液-固界面形成雙電層，二者之間存在電位差。第18頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論

當(dāng)液體兩端施加電壓時，就會發(fā)生液體相對于固體表面的移動，這種液體相對于固體表面的移動的現(xiàn)象叫電滲現(xiàn)象。

電滲現(xiàn)象中整體移動著的液體叫電滲流（electroosmoticflow，簡稱EOF）。

第19頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論

石英毛細(xì)管，柱內(nèi)充液pH>3時，表面電離成-SiO-,管內(nèi)壁帶負(fù)電荷，形成雙電層。

在高電場的作用下，帶正電荷的溶液表面及擴散層向陰極移動，由于這些陽離子實際上是溶劑化的，故將引起柱中的溶液整體向負(fù)極移動，速度ν電滲流。第20頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論

電滲流的大小用電滲流速度ν電滲流表示，取決于電滲淌度μ和電場強度E。即

ν電滲流

=μE電滲淌度取決于電泳介質(zhì)及雙電層的Zeta電勢，即

μ=ε0εζ/ηε0—真空介電常數(shù)；ε—介電常數(shù)；ζ—毛細(xì)管壁的Zeta電勢。

ν電滲流

=ε0εζ

E/η2）HPCE中電滲流的大小第21頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論實際電泳分析，可在實驗測定相應(yīng)參數(shù)后，按下式計算

ν電滲流

=Lef/teoLef—毛細(xì)管有效長度；teo—電滲流標(biāo)記物（中性物質(zhì)）的遷移時間。第22頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論

電滲流的方向取決于毛細(xì)管內(nèi)表面電荷的性質(zhì)：內(nèi)表面帶負(fù)電荷，溶液帶正電荷，電滲流流向陰極；內(nèi)表面帶正電荷，溶液帶負(fù)電荷，電滲流流向陽極；

石英毛細(xì)管；帶負(fù)電荷，電滲流流向陰極；3）HPCE中電滲流的方向第23頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論改變電滲流方向的方法：（1）毛細(xì)管改性表面鍵合陽離子基團(tuán)；（2）加電滲流反轉(zhuǎn)劑內(nèi)充液中加入大量的陽離子表面活性劑，將使石英毛細(xì)管壁帶正電荷，溶液表面帶負(fù)電荷。電滲流流向陽極。第24頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論4）HPCE中電滲流的流形

電荷均勻分布，整體移動，電滲流的流動為平流，塞式流動（譜帶展寬很?。?；液相色譜中的溶液流動為層流，拋物線流型，管壁處流速為零，管中心處的速度為平均速度的2倍（引起譜帶展寬較大）。第25頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論5）HPCE中電滲流的作用

電滲流的速度約等于一般離子電泳速度的5～7倍；

各種電性離子在毛細(xì)管柱中的遷移速度為：

ν+=ν電滲流

+ν+ef陽離子運動方向與電滲流一致；

ν-=ν電滲流

-ν-ef陰離子運動方向與電滲流相反；

ν0=ν電滲流中性粒子運動方向與電滲流一致；（1）可一次完成陽離子、陰離子、中性粒子的分離；（2）改變電滲流的大小和方向可改變分離效率和選擇性，如同改變LC中的流速；（3）電滲流的微小變化影響結(jié)果的重現(xiàn)性；在HPCE中，控制電滲流非常重要。第26頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三第27頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三第28頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三

電滲在電泳分離中扮演著重要角色，是伴隨電泳產(chǎn)生的一種電動現(xiàn)象。多數(shù)情況下，電滲流速度是電泳速度的5-7倍。

因此，在HPCE中利用電滲流可將正、負(fù)離子和中性分子一起朝一個方向產(chǎn)生差速遷移，在一次HPCE操作中同時完成正、負(fù)離子的分離測定。

由于電滲流的大小和方向可以影響HPCE分離的效率、選擇性和分離度，所以成為優(yōu)化分離條件的重要參數(shù)。電滲流的細(xì)小變化將嚴(yán)重影響HPCE分離的重現(xiàn)性（遷移時間和峰面積）。所以，電滲流的控制是HPCE中的一項重要任務(wù)。第29頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論6）HPCE中影響電滲流的因素i）電場強度的影響

電滲流速度和電場強度成正比，當(dāng)毛細(xì)管長度一定時，電滲流速度正比于工作電壓。ii）毛細(xì)管材料的影響

不同材料毛細(xì)管的表面電荷特性不同，產(chǎn)生的電滲流大小不同；第30頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論iii）溶液pH的影響

對于石英毛細(xì)管，溶液pH增高時，表面電離多，電荷密度增加，管壁zeta電勢增大，電滲流增大，pH=7，達(dá)到最大；pH<3，完全被氫離子中和，表面電中性，電滲流為零。

分析時，采用緩沖溶液來保持pH穩(wěn)定。第31頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三第32頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三第33頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene，一般稱作“不粘涂層”；是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。

這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機溶劑的特點，幾乎不溶于所有的溶劑。同時，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點，它的摩擦系數(shù)極低，所以可作潤滑作用之余，亦成為了水管內(nèi)層的理想涂料。第34頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論ⅳ）陰離子的影響

在其他條件相同，濃度相同而陰離子不同時，毛細(xì)管中的電流有較大差別，產(chǎn)生的焦耳熱不同。

第35頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三第36頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論

毛細(xì)管內(nèi)溫度的升高，使溶液的黏度下降，電滲流增大。溫度變化來自于“焦耳熱”；

焦耳熱：毛細(xì)管溶液中有電流通過時，產(chǎn)生的熱量；

HPCE中的焦耳熱與背景電解質(zhì)的摩爾電導(dǎo)、濃度及電場強度成正比。溫度每變化1，將引起背景電解質(zhì)溶液黏度變化2%～3%；ⅴ）溫度的影響第37頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論ⅵ）添加劑的影響

加入濃度較大的中性鹽，如K2SO4，溶液離子強度增大，使溶液的黏度增大，電滲流減小。

加入表面活性劑，可改變電滲流的大小和方向；如：加入陰離子表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉（SDS），可以使壁表面負(fù)電荷增加，zeta電勢增大，電滲流增大；加入有機溶劑如甲醇、乙腈，使電滲流增大。第38頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.高效毛細(xì)管電泳的基本理論第39頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三3.高效毛細(xì)管電泳的儀器第40頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三3.高效毛細(xì)管電泳的儀器第41頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三3.高效毛細(xì)管電泳的儀器第42頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三3.高效毛細(xì)管電泳的儀器

電壓：0～30kV；分離柱不涂敷任何固定液；紫外或激光誘導(dǎo)熒光檢測器；（可檢測到：10-19～10-21mol/L）第43頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三3.高效毛細(xì)管電泳的儀器1）高壓電源

0～30

kV穩(wěn)定、連續(xù)可調(diào)的直流電源；具有恒壓、恒流、恒功率輸出；電場強度程序控制系統(tǒng)；電壓穩(wěn)定性：0.1%；電源極性易轉(zhuǎn)換；2）毛細(xì)管柱

材料：石英：各項性能好；玻璃：光學(xué)、機械性能差；規(guī)格：內(nèi)徑20～75μm，外徑350～400μm；長度<=1m第44頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三3.高效毛細(xì)管電泳的儀器3）緩沖液池

化學(xué)惰性，機械穩(wěn)定性好；4）檢測器要求：具有極高靈敏度，可柱端檢測；檢測器、數(shù)據(jù)采集與計算機數(shù)據(jù)處理一體化；

類型檢測限/mol

特點紫外-可見10-13～10-15

加二極管陣列，光譜信息熒光10-15～10-17靈敏度高，樣品需衍生激光誘導(dǎo)熒光10-18～10-20靈敏度極高，樣品需衍生電導(dǎo)10-14～10-16離子靈敏，需專用的裝置第45頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式八種分離類型，介紹常用的幾種；根據(jù)試樣性質(zhì)不同，采用不同的分離類型；每種機理的選擇性不同；第46頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式1）毛細(xì)管區(qū)帶電泳（CZE）

帶電粒子的遷移速度=電泳和電滲流速度的矢量和。

正離子：兩種效應(yīng)的運動方向一致，在負(fù)極最先流出；中性粒子：無電泳現(xiàn)象，受電滲流影響，在陽離子后流出；第47頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式

陰離子：兩種效應(yīng)的運動方向相反；ν電滲流>ν電泳時,陰離子在負(fù)極最后流出,在這種情況下,不但可以按類分離,同種類離子由于差速遷移被相互分離。

最基本、應(yīng)用廣的分離模式；第48頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式2）毛細(xì)管凝膠電泳（CGE）

將聚丙烯酰胺等在毛細(xì)管柱內(nèi)交聯(lián)生成凝膠。其具有多孔性，類似分子篩的作用，試樣分子按大小分離。能夠有效減小組分?jǐn)U散，所得峰型尖銳，分離效率高。蛋白質(zhì)、DNA等的電荷/質(zhì)量比與分子大小無關(guān)，CZE模式很難分離，采用CGE能獲得良好分離，DAN排序的重要手段。

第49頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式特點：抗對流性好，散熱性好，分離度極高。無膠篩分技術(shù)：采用低粘度的線性聚合物溶液代替高粘度交聯(lián)聚丙烯酰胺。柱便宜、易制備。第50頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式3）膠束電動毛細(xì)管色譜（MECC）ⅰ）緩沖溶液中加入離子型表面活性劑，其濃度達(dá)到臨界濃度，形成一疏水內(nèi)核、外部帶負(fù)電的膠束。在電場力的作用下，膠束在柱中移動。

ⅱ）電泳流和電滲流的方向相反，且ν電滲流

>ν電泳，負(fù)電膠束以較慢的速度向負(fù)極移動；第51頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式

ⅲ）中性分子在膠束相和溶液（水相）間分配，疏水性強的組分與膠束結(jié)合的較牢，流出時間長；ⅳ）可用來分離中性物質(zhì)，擴展了高效毛細(xì)管電泳的應(yīng)用范圍；ⅴ）色譜與電泳分離模式的結(jié)合。第52頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式4）毛細(xì)管等電聚焦（CIEF）

?。└鶕?jù)等電點差別分離生物大分子的高分辨率電泳技術(shù)；

ⅱ）毛細(xì)管內(nèi)充有兩性電解質(zhì)（合成的具有不同等電點范圍的脂肪族多胺基多羧酸混合物），當(dāng)施加直流電壓（6～8V）時，管內(nèi)將建立一個由陽極到陰極逐步升高的pH梯度；

ⅲ）氨基酸、蛋白質(zhì)、多肽等的所帶電荷與溶液pH有關(guān)，在酸性溶液中帶正電荷，反之帶負(fù)電荷。在其等電點時，呈電中性，淌度為零；第53頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式4）毛細(xì)管等電聚焦（CIEF）ⅳ）聚焦：具有不同等電點的生物試樣在電場力的作用下遷移，分別到達(dá)滿足其等電點pH的位置時，呈電中性，停止移動，形成窄溶質(zhì)帶而相互分離；ⅴ）陽極端裝稀磷酸溶液，陰極端裝稀NaOH溶液；ⅵ）加壓將毛細(xì)管內(nèi)分離后的溶液推出經(jīng)過檢測器檢測；ⅶ）電滲流在CIEF中不利，應(yīng)消除或減小。第54頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式

ⅰ）將兩種淌度差別很大的緩沖液分別作為前導(dǎo)離子(充滿毛細(xì)管)和尾隨離子，試樣離子的淌度全部位于兩者之間，并以同一速度移動。

ⅱ）負(fù)離子分析時，前導(dǎo)電解質(zhì)的淌度大于試樣中所有負(fù)離子的。所有試樣都按前導(dǎo)離子的速度等速向陽極前進(jìn)，逐漸形成各自獨立的區(qū)帶而分離。陰極進(jìn)樣，陽極檢測。5）毛細(xì)管等速電泳（CITP）第55頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.高效毛細(xì)管電泳的分離模式

ⅲ）不同離子的淌度不同，所形成區(qū)帶的電場強度不同(ν=μE)，淌度大的離子區(qū)帶電場強度?。谎爻隹诘竭M(jìn)口，將不同區(qū)帶依次排序1、2、3、4電場強度依次增大。假設(shè)“2”號中離子擴散到“3”號，該區(qū)電場強度大，離子被加速，返回到“2”區(qū)；當(dāng)“2”號中離子跑到“1”號區(qū)，離子被減速使之歸隊；ⅳ）特點：界面明顯，富集、濃縮作用；第56頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三四、電泳分離法的應(yīng)用1.離子分析analysisofion2.藥物分析analysisofpharmaceutics3.手性化合物分析analysisofchiralcompounds4.氨基酸分析analysisofaminoacids5.核酸分析及DNA測序analysisofnucleicacidsandsequenceofDNA6.新進(jìn)展及熱點問題advancesandspecialtopics第57頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三1.離子的分析陽離子分析遷移方向和電滲流方向一致；

4.5min內(nèi)分離了24種金屬離子；陽極進(jìn)樣，陰極檢測；具有很高的靈敏度；第58頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三1.離子的分析

陰離子電泳方向和電滲流方向相反、速度接近，分析時間長、效率低；質(zhì)量小、電荷密度大的離子如：SO4-2、Cl-、F-等，電泳速率大于電滲流，陽極端流出，在陰極端無法檢測；加入電滲流改性劑，十六烷基三甲基溴化胺等，使電泳方向和電滲流方向一致，可在3.1min內(nèi)分離36種陰離子；陰極進(jìn)樣，陽極檢測；離子價態(tài)及存在形態(tài)分析；第59頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三2.藥物分析

檢測體液或細(xì)胞中某些代謝產(chǎn)物的分析；尿液中的氨基酸含量作為臨床診斷糖尿病的輔助手段；采用毛細(xì)管區(qū)帶電泳方式，在11min內(nèi)分離17種藥物；第60頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三采用MEKC（膠束電動毛細(xì)管色譜）模式，鑒定違禁藥物；效果優(yōu)于HPLC法第61頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三

合成獲得單一手性化合物相當(dāng)困難；528種手性合成藥物，61中以單一對映體形式銷售，其他為外消旋體；檢測分析也相當(dāng)困難；研究熱點；R-反應(yīng)停是安眠藥，S-式致胎兒畸形；

HPCE分離分析手性化合物的方法：加入手性選擇劑；形成配合物的穩(wěn)定常數(shù)有差異，結(jié)合HPCE的高效率；常用手性選擇劑：環(huán)糊精及其衍生物；手性冠醚；手性表面活性劑（氨基酸衍生物、膽酸鈉、?；敲撗跄懰峒捌溻c鹽、低聚糖等天然手性表面活性劑）3.手性化合物分析第62頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三4.氨基酸和蛋白質(zhì)分析采用MEKC模式，在25分鐘內(nèi)分離了23種丹?；被?；HPCE可取代傳統(tǒng)的氨基酸分析儀；第63頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)分析第64頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三5.核酸分析和DNA排序重要分析手段；圖，酶解的雙螺旋DNA限制性片段的分離；第65頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三1）微型化

整體化學(xué)分析系統(tǒng)（TAS）及TAS微型化在硅片上光刻出矩形槽作為毛細(xì)管，理論塔板數(shù)105/m；2）聯(lián)用儀器

CE-MS；3）陣列毛細(xì)管凝膠電泳

應(yīng)用于人類基因DNA測序；

5～10萬個基因，30億個堿基對，目前最有效的DNA序列分析儀，10小時/次；可同時電泳24個樣品；速度1200堿基對/小時，提高速度！

100支毛細(xì)管陣列電泳；速度280堿基對/小時/支6.新進(jìn)展第66頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三§6－2化學(xué)修飾電極分離法一、概述二、化學(xué)修飾電極的分類三、化學(xué)修飾電極的電極處理和表征四、化學(xué)修飾電極分離法的應(yīng)用第67頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、概述

1973年，Lane和Hubbard開辟了改變電極表面結(jié)構(gòu)以控制電化學(xué)反應(yīng)過程的新概念，指示了化學(xué)修飾電極的萌芽。

1975年，Miller和Murray分別報道了電極表面進(jìn)行化學(xué)修飾的研究，標(biāo)志著化學(xué)修飾電極正式問世。第68頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三一、概述

通過共價鍵合、吸附、聚合等手段有目的的將具有功能性（如催化、配合、電色、光電）的物質(zhì)引入電極表面，使電極賦予新的、特定功能的過程稱為電極的化學(xué)修飾，所得到的電極稱為化學(xué)修飾電極。廣義上的修飾電極也包括通過物理方法制備的修飾電極?！净瘜W(xué)修飾電極】第69頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三二、化學(xué)修飾電極的分類1.吸附型：通過吸附的方式將修飾物質(zhì)結(jié)合在電極表面的方式，可以制備單分子層和多分子層?！锲胶馕叫停盒揎椢镔|(zhì)在電極表面形成熱力學(xué)吸附平衡。方法簡單、直接，但修飾物質(zhì)有限，應(yīng)用較少。

★靜電吸附型：離子通過靜電引力在電極表面集聚，形成多分子層。

★

LB膜型：不溶于水的表面活性物質(zhì)在水面上形成排列有序的單分子膜(Langmuir-Blodgett，LB膜)。

★

SA膜：通過分子的自組裝作用在固體電極表面形成有序的單分子膜（selfassembling，SA膜）。

★涂層型：將功能性物質(zhì)涂布在電極表面形成的薄膜。第70頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三二、化學(xué)修飾電極的分類吸附修飾電極的制備

單層吸附膜復(fù)合膜化學(xué)吸附法：是利用固體/溶液界面間的自然吸附現(xiàn)象來制備單分子層修飾電極的簡便方法，具有簡單，直接的優(yōu)點。第71頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三二、化學(xué)修飾電極的分類LB膜：不溶于水的表面活性物質(zhì)在水面上形成排列有序的單分子膜，(LB膜)。SA膜：基于分子的自組作用，在固體表面形成高度有序的單分子膜，自組裝膜（selfassembl-ing,SA膜）。

SA膜法能獲得可控制的和均一的粗糙度的表面，表面具有很好的耐久力和穩(wěn)定性，比LB膜法更加簡單易行。優(yōu)點第72頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三

納米金自組裝電極的制備方法裸金電極

預(yù)處理

cysteine沖洗浸泡納米金

4oC下保存第73頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三二、化學(xué)修飾電極的分類2、共價鍵合型：在電極的表面通過鍵合反應(yīng)把預(yù)定功能團(tuán)接在電極表面。常用基體電極有碳電極、金屬和金屬氧化物電極

第74頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三二、化學(xué)修飾電極的分類3、聚合物型：利用聚合反應(yīng)在電極表面形成修飾膜的電極。制備方式有氧化還原沉積、有機硅烷縮合、等離子聚合、電化學(xué)聚合等。4、其他類型：無機物修飾電極，如普魯士藍(lán)修飾電極；粘土修飾電極；沸石修飾電極；金屬及金屬氧化物修飾電極。第75頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三三、化學(xué)修飾電極的電極處理和表征1.電極的預(yù)處理

由于在固體電極上電化學(xué)行為的重現(xiàn)性差，在修飾前必須對電極表面進(jìn)行清潔處理。固體電極重現(xiàn)性差的主要原因：固體表面狀態(tài)差異金屬和碳材料的表面具有一定的表面能，這種表面能的分布不均勻。晶面上存在的缺陷，如臺階、紐結(jié)、位錯和吸附原子等，使溶液中的許多物質(zhì)很容易吸附到這些具有高能的位點上而造成污染。同時金屬和碳的表面都能被化學(xué)的或電化學(xué)的方法氧化，氧化作用的同時也增加了表面粗糙度，容易形成惰化層。第76頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三三、化學(xué)修飾電極的電極處理和表征2.清潔電極表面的方法：1）機械研磨，拋光至鏡面。當(dāng)電極表面存在惰化層和很強的吸附層時必須用機械或加熱的辦法處理。

拋光電極的材料：金剛砂，CeO2，ZrO2，MgO，α－Al2O3粉等。拋光時按粒徑降低的順序進(jìn)行研磨。拋光后移入超聲水浴中清洗，直至干凈。第77頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三三、化學(xué)修飾電極的電極處理和表征2)化學(xué)法和電化學(xué)法處理化學(xué)的和電化學(xué)的處理，是最常用來清潔，活化電極表面的手段。電化學(xué)法常用強的礦物酸或中性電解質(zhì)溶液，有時也用配位作用弱的緩沖溶液在恒電位，恒電流或循環(huán)電位掃描下極化，可獲得氧化的、還原的或干凈的電極表面。2.清潔電極表面的方法：第78頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三三、化學(xué)修飾電極的電極處理和表征

鑒定電極表面是否清潔的方法對于碳電極，采用觀測Fe(CN)63-在中性電解質(zhì)水溶液中的伏安曲線的方法。在1×10－3mol/L的K3Fe(CN)6磷酸鹽緩沖溶液中掃描，直到出現(xiàn)可逆的陰極和陽極峰。對于鉑電極，在稀硫酸中進(jìn)行循環(huán)電位掃描，觀察氫和氧的電化學(xué)行為，即出現(xiàn)了氫和氧的各自的吸附和氧化峰就表示表面已清潔。第79頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三金電極表面清潔的鑒定

對于金電極，在稀硫酸中進(jìn)行循環(huán)電位掃描，觀察其氧化與還原峰電位。直到其氧化和還原峰完全重合，即表示電極表面已清潔。第80頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三三、化學(xué)修飾電極的電極處理和表征3.化學(xué)修飾電極的表征：

電化學(xué)法:循環(huán)伏安法、計時電流法、計時電位法、計時庫侖法、脈沖伏安法、交流阻抗法光譜電化學(xué)法：紅外光譜、拉曼光譜、熒光光譜、偏振光譜、紫外可見光譜、圓二色譜波譜法能譜法顯微學(xué)法：掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、掃描隧道顯微鏡（STM）、掃描電化學(xué)顯微鏡（SECM）石英晶體微天平法第81頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三SEM:

利用二次電子信號成像來觀察樣品的表觀形態(tài)。(利用極狹窄的電子束去掃描樣品，通過電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生的各種效應(yīng)來進(jìn)行表觀分析)第82頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三裸金電極和納米金自組裝金電極的SEM照片裸金電極16nm金修飾金電極第83頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三STM：頭部為單個原子的極細(xì)的針尖去接近樣品表面，當(dāng)針尖與樣品表面很近（<1nm）時，針尖頭部的原子與樣品表面原子的電子云發(fā)生重疊，此時若在針尖和樣品之間加一個偏壓，電子便會穿過針尖和樣品之間的勢壘而形成納安級的隧道電流。AFM：通過檢測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。第84頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三納米金自組裝金電極的AFM第85頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三電子自旋共振（ESR）是專門用于研究含有未成對電子物質(zhì)的波譜技術(shù)。把它應(yīng)用于修飾電極可以推斷形成的自由基結(jié)構(gòu)。表面分析能譜法用于研究修飾表面的微觀結(jié)構(gòu)、組成和狀態(tài)。常用的能譜有X射線光電子能譜(XPS)，俄歇電子能譜(AES)，二次離子質(zhì)譜等。第86頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三石英晶體微天平是一種具有10-9g數(shù)量級測量質(zhì)量變化能力的特別靈敏的檢測器?？捎糜跍y量固體電極表面層中質(zhì)量、電流和電量隨電位的變化關(guān)系。從而認(rèn)識電化學(xué)的界面過程，膜內(nèi)物質(zhì)傳輸，膜生長動力學(xué)和膜內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)等。石英晶體微天平（QuartzCrystalMicrobalance－QCM）的發(fā)展始于上世紀(jì)60年代初期，它是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測儀器，其測量精度可達(dá)納克級，比靈敏度在微克級的電子微天平高100倍，理論上可以測到的質(zhì)量變化相當(dāng)于單分子層或原子層的幾分之一。石英晶體微天平利用了石英晶體諧振器的壓電特性，將石英晶振電極表面質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為石英晶體振蕩電路輸出電信號的頻率變化，進(jìn)而通過計算機等其他輔助設(shè)備獲得高精度的數(shù)據(jù)第87頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三四、化學(xué)修飾電極分離法的應(yīng)用可利用電催化反應(yīng)以提高測定的選擇性和靈敏性。如聚乙烯二茂鐵修飾膜可催化氧化抗壞血酸?？衫秒x子交換反應(yīng)進(jìn)行選擇性富集。如用Nafion/GC電極可選擇交換多巴胺等，而抗壞血酸和尿酸不干擾測定。多巴胺由腦內(nèi)分泌，可影響一個人的情緒。ArvidCarlsson確定多巴胺為腦內(nèi)信息傳遞者的角色使他贏得了2000年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。多巴胺是一種神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)，用來幫助細(xì)胞傳送脈沖的化學(xué)物質(zhì)。這種腦內(nèi)分泌主要負(fù)責(zé)大腦的情欲，感覺，將興奮及開心的信息傳遞，也與上癮有關(guān)。第88頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三四、化學(xué)修飾電極分離法的應(yīng)用可利用表面配合反應(yīng)進(jìn)行富集分離，在電極表面修飾上配合劑和鰲合劑，使待測離子與之發(fā)生配合反應(yīng)而被選擇分離。第89頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三四、化學(xué)修飾電極分離法的應(yīng)用1、電化學(xué)傳感器一般是利用修飾膜的選擇透過性修飾電極的離子篩效應(yīng)以及催化特性（如修飾酶的催化作用）?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于pH傳感器、電位傳感器、電流傳感器、離子敏感電子器件、生物物質(zhì)和藥物等的傳感電極中。其中pH傳感器研究最多，一些含羥基、N原子的芳香化合物聚合到電極表面后都具有pH響應(yīng)功能，尤以苯胺及衍生物為最。第90頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三四、化學(xué)修飾電極分離法的應(yīng)用2、在伏安分析、電位溶出中的應(yīng)用當(dāng)修飾劑選擇具有配合富集能力的有機物或聚合物時，修飾電極便可用于溶出伏安法或電位溶出法中的工作電極，可大大提高富集能力。電極表面的活性基團(tuán)與溶液中的待測物有四種相互作用：1）離子交換作用；2）絡(luò)合作用；3）離子交換-絡(luò)合協(xié)同作用；4）選擇性吸附?？墒贡粶y物選擇性分離、富集，大大提高了分析的靈敏度。除無機物外，一些電活性有機物也可以富集測定，如左旋多巴、甲氨喋呤、多巴胺、抗壞血酸等。

第91頁，講稿共104頁，2023年5月2日，星期三四、化學(xué)修飾電極分離法的應(yīng)用3、電催化

許多