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影响电泳色谱仪泳动速度的因素

2019.12.20

影响电泳色谱仪泳动速度的因素有电场、缓冲液和支持介质等。

一、电场:

1、电场强度:

电场强度对带电颗粒的泳动速度起着十分重要的作用。电场强度越大,泳动速度越快,单位时间内颗粒的迁移距离越大,分离时间越短。

根据电场强度大小,电泳可分为常压电泳(100500V)和高压电泳(5005000V)。常压电泳的电场强度一般为210V/cm,分离时间长,需数小时到数天,多用于分离大分子物质。高压电泳的电场强度一般为20200V/cm,分离时间短,有时仅需数分钟,多用于分离小分子物质。

2、电极和电极反应:

电泳的电极材料大都采用铂金丝,铂金丝的安放位置影响电场强度。若两极间铂金丝位置放的不好,电场强度不均匀,常会使电泳谱带弯曲或同一样品的泳动速度不同。

通电过程中电极两端会发生电解反应:

正极氧化极):2H2O → 4H+ + O2+4eˉ

负极(还原极):2H2O + 2eˉ→ 2OHˉ+ H2

在电泳过程中,正负极均有气体产生,负极有密集的氢气泡,正极有较大的氧气泡。电泳后,两个电泳槽的pH值会相差很大(24pH)。另外,在电泳过程中会产生热量,尤其是高压电泳,因此高压电泳槽需有冷却装置,常压电泳可放在冰箱中降温。

二、缓冲液:

缓冲液的成分和浓度决定并稳定支持介质的pH和溶液的离子强度,影响带电颗粒的泳动速度。

1、成分:

对缓冲液成分总的要求是不使样品变性,不改变支持介质的理化性质,不影响电泳后染色,有利于电泳进行和样品分离。

常用缓冲液有巴比妥(钠)、硼酸(钠)、磷酸盐和Tris等。根据电泳类型和分离对象选用缓冲液成分,如用纸电泳分离血清蛋白可选用巴比妥-巴比妥钠缓冲液,聚丙烯酰胺凝胶电泳分离酶可选用Tris甘氨酸缓冲液。

2、浓度:

缓冲液的浓度主要影响溶液的离子强度。离子强度是离子浓度和离子价数的函数,离子强度越高,带电颗粒的泳动速度越慢。

缓冲液的浓度过高带电颗粒会吸引相反符号的离子聚集在其周围,形成一个离子扩散层,一方面影响颗粒所带的电荷量,降低其在电场中的电场力,从而影响泳动速度;另一方面,当加以电场时,颗粒向与其电荷相反的电极移动,即带正电荷的颗粒移向负极,带负电荷的颗粒移向正极,离子扩散层由于携带过剩的与颗粒符号相反的电荷,则向相反方向移动,因颗粒与离子扩散层之间的静电引力,使颗粒的泳动速度减慢。

缓冲液的浓度过低,离子强度低,影响溶液的导电性;使样品分子扩散加重,分辨率下降。因此,缓冲液的离子强度一般控制在0.020.2之间。

3pH

溶液的pH值决定带电颗粒的解离程度,决定颗粒所带电荷的性质和数量,决定颗粒的迁移方向。如蛋白质,当溶液的pH低于蛋白质等电点时,蛋白质分子带正电荷成为阳离子。当溶液pH大于等电点时,蛋白质分子带负电荷成为阴离子。pH值离等电点越远,颗粒所带净电荷越多,泳动速度越快,反之越慢。因此,当分离某一蛋白质混合物时,应选择一种能扩大各种蛋白质所带电荷量差异的pH缓冲液。

电泳时,正负电极接线要随pH变化而变化。如在碱性条件下,蛋白质带负电荷,正极应接在远离加样品的一方,以使蛋白质在支持介质上定向迁移。

三、支持介质:

多数电泳都有支持介质,如纸电泳、醋酸纤维薄膜电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳等。支持介质的结构和性质对带电颗粒的泳动速度影响很大,主要表现为对样品的吸附、产生电渗和分子筛效应。

1、吸附:

支持介质对样品的吸附使带电颗粒泳动过程中的摩擦力增大,导致泳动速度减慢,峰拖尾,分辨率下降。

2、电渗:

电场中的液体相对于支持介质的移动称为电渗。如在纸电泳中,由于组成纸的纤维素带负电荷,使与纸接触的水层带正电荷(H3O+),使溶液在电场作用下向负极移动,并带动样品向负极移动。如果颗粒原来带正电荷,向负极移动,由于电渗使颗粒移动得更快,反之变慢。纸和淀粉等支持介质的电渗现象明显,醋酸纤维薄膜和聚丙烯酰胺凝胶的电渗较小。

3、分子筛效应:

分子筛是凝胶电泳的特性。用来作电泳的凝胶是有弹性且有网状结构的半固体物质,具有分子筛作用,使小颗粒易透过,而大颗粒不易透过。凝胶的分子筛效应对样品分离有利。


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