因素有:1、 首先决定于带颗粒的性质,即颗粒所带净电荷的数量,大小及形状。一般说来,颗粒带净电荷多,直径小而接近于球形,则在电场中泳动速度快,反之则慢。泳动度还与分子的形状,介质粘度,颗粒所带电荷有关,泳动度与颗表面电荷成正比,与介质粘度及颗粒半径反比。带电荷的高分子在电解质溶液中把一些带有相反电荷的离子吸引在其周围,形成一离子扩散层。加以电场时,颗粒向符号相反的电极移动即带阳电荷颗粒移向负极,带阴电荷颗粒移向正移离子扩散层由于带有过剩的与颗粒符号相反的电荷,可以向相反方向移动。结果颗粒与离子扩散之间的静电引力使颗粒的泳动度减慢,另外,高分了颗粒表面有一层水,在电场影响下,它与颗粒一起移动,可以认为是颗粒的一部分。
2、 电场强度电场强度也称电位梯度,是指单位长度(每一厘米)支持物体上的电位降,它对泳动度起着十分重要的作用。例如纸电泳。测量25厘米长纸条两端电压为250伏特,则电场强度为250伏特/25厘米=10伏特/厘米。一般,电场强度越高,带电颗粒移动速度越快。根据电场强度大小,可将电泳分为常压电泳和高压电泳,前者的电压在100-500伏特,电场强度一般是2-10伏特/厘米后者电压可高达500-1000伏特,电场强度在200-2000伏特/厘米。常压电泳分离时间需数小时至数天,高压电泳时间短,有时仅几分钟即可,高压电泳主要用于分离氨基酸,肽,核苷酸,由于电压升高,电压也随之增大,故需冷却装置。
3、 溶液的pH值溶液的pH值决定了带电颗粒解离的程度,也决定了物质所带净电荷的多少,对于蛋白质,氨基酸等两性电解质而言,溶液pH值离电点越远,颗粒所带净电荷越多电泳速度越快反之则越慢。例如血清中几种主要蛋白质的等电点各不相同,白蛋白等电点是4.0。α2球蛋白等电点是5.06,β球蛋白等电点是5.1,γ球蛋白等电点是7.1。当在pH8.6的电泳缓冲液中电泳时,这些蛋白质都带负电荷,它们的泳动速度是白蛋白<α2球蛋白>β球蛋白>γ球蛋白。因此,当要分离一种蛋白质混合物时,应选择一种能扩大各种蛋白质所带电荷量差异的pH值,以利于各种蛋白质分子的解离。同时,为保持电泳过程中溶液pH恒定也须使用缓冲液。
4、 溶液的离子强度溶液的离子强度是另一个重要选择的条件,在保持足够缓冲能力前提下,离子强度要最小。溶液的离子强度越高,带电颗粒泳动速度越慢,反之越快。通常缓冲液离子强度选择在之间。浓度大的缓冲液在合适电压下,有较低的电阻和较大的电流,产热较高。如果这种额外的热可以驱散,高浓度的缓冲液扩散常数较低,可以产生较窄细的电泳区带。离子强度很高时要用低电压,避免过多产热,这样又导致长的电泳时间,以致增加变性和区带分离困难。
5、 电渗作用在支持物的电泳中,影响电泳的另一个重要因素是电渗作用。所谓电渗就是指在电场中液体对固体支持物的相对移动,例如在pH8.6时,血清蛋白质进行纸电泳时, γ球蛋白与其他蛋白质一样带负电荷,应该向正极移动,然而它却向负极方向移动,这就是电渗作用的结果。滤纸的纤维间具有大量孔隙带有负电荷,如一束毛细管,进行电泳时蛋白质通过这些孔隙向前移动。纸的孔隙带有负电荷,与带电颗粒一样可以吸引正离子,因此介质沿管壁相对地带的较多的正电荷。在电场中,带负电荷的蛋白质向正极移动,而介质却向反向阴极移动,从而对蛋白质颗粒的泳动起阻碍作用。由于γ球蛋白分子颗粒大,净电荷较少,移动速度慢,电渗作用大于颗粒向前泳动的力,结果γ球蛋白向后退。而其他血清蛋白质,因分子较小,净电荷较多,电渗作用小于分子向前移动的力,因此分子向前移。所以,血清蛋白质电泳后球蛋白反而在点样位置之后。
带电颗粒在电场作用下,向着与其电性相反的电极移动,称为电泳(electrophoresis, EP)。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。1807年,由俄国莫斯科大学的斐迪南·弗雷德里克·罗伊斯(Ferdinand Frederic Reuss)最早发现。1936年瑞典学者A.W.K.蒂塞利乌斯设计制造了移动界面电泳仪 ,分离了马血清白蛋白的3种球蛋白,创建了电泳技术。
中文名:电泳 ,外文名:Electrophoresis;应用学科:化学
提出者:斐迪南·弗雷德里克·罗伊斯;提出时间:1807年
电泳现象
图1.电泳仪外观
在确定的条件下,带电粒子在单位电场强度作用下,单位时间内移动的距离(即迁移率)为常数,是该带电粒子的物化特征性常数。不同带电粒子因所带电荷不同,或虽所带电荷相同但荷质比不同,在同一电场中电泳,经一定时间后,由于移动距离不同而相互分离。分开的距离与外加电场的电压与电泳时间成正比。
在外加直流电源的作用下,胶体微粒在分散介质里向阴极或阳极作定向移动,这种现象叫做电泳。利用电泳现象使物质分离,这种技术也叫做电泳。胶体有电泳现象,证明胶体的微粒带有电荷。各种胶体微粒的本质不同,它们吸附的离子不同,所以带有不同的电荷。
电荷移动规律
图2.实验室内电泳仪放置图
利用电泳可以确定胶体微粒的电性质,向阳极移动的胶粒带负电荷,向阴极移动的胶粒带正电荷。
一般来讲,金属氢氧化物、金属氧化物等胶体微粒吸附阳离子,带正电荷;非金属氧化物、非金属硫化物等胶体微粒吸附阴离子,带负电荷。
因此,在电泳实验中,氢氧化铁胶体微粒向阴极移动,三硫化二砷胶体微粒向阳极移动。利用电泳可以分离带不同电荷的溶胶。
例如,陶瓷工业中用的粘土,往往带有氧化铁,要除去氧化铁,可以把粘土和水一起搅拌成悬浮液,由于粘土粒子带负电荷,氧化铁粒子带正电荷,通电后在阳极附近会聚集出很纯净的粘土。工厂除尘也用到电泳。利用电泳还可以检出被分离物,在生化和临床诊断方面发挥重要作用。本世纪40年代末到50年代初相继发展利用支持物进行的电泳,如滤纸电泳,醋酸纤维素膜电泳、琼脂电泳;50年代末又出现淀粉凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳等。
电泳分类
移动界面电泳是将被分离的离子(如阴离子)混合物置于电泳槽的一端(如负极),在电泳开始前,样品与载体电解质有清晰的界面。电泳开始后,带电粒子向另一极(正极)移动,泳动速度最快的离子走在最前面,其他离子依电极速度快慢顺序排列,形成不同的区带。只有第一个区带的界面是清晰的,达到完全分离,其中含有电泳速度最快的离子,其他大部分区带重叠。
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