正文 第一節 概述(1 / 2)

電泳(Electrophoresis)是帶電物質在電場作用下,向著與其電荷相反的電極移動的現象。電泳現象早在19世紀初就已發現(1808年俄國物理學家Reǔss進行了世界上第一次電泳實驗)。但電泳技術的廣泛應用,則是在1937年用濾紙作為支持介質成功地進行紙電泳以後,特別是近幾十年以來,電泳技術發展很快,各種類型的電泳技術相繼誕生,在生物化學、醫學、免疫學等領域得到了廣泛應用。

一、基本原理

當把一個帶靜電荷(Q)的顆粒放入電場時,便有一個電場力(F)作用於其上。F的大小等於質點所帶淨電荷量(Q)與電場強度(E)的乘積,可用下式表示:F=QE(5-1)由於F的作用,使帶點顆粒在電場中向一定方向泳動。質點的前移還要受到阻力(F′)的影響,對於一個球形質點,服從Stoke定律,

1.顆粒性質

顆粒直徑、形狀以及所帶的淨電荷對泳動速度有較大影響。一般來說,其餘條件不變情況下,顆粒帶淨電荷量越大,或其直徑越小,或其形狀越接近球形,在電場中的泳動速度就越快。反之,則越慢。

2.電場強度

電場強度是指單位長度的電位降,也稱電勢梯度。如以濾紙作支持物,其兩端浸入到電極液中,電極液與濾紙交界麵的紙長為20cm,測得的電位降為200V,那麼電場強度為200V/20cm=10V/cm。當電壓在500V以下,電場強度在2~10V/cm時為常壓電泳。電壓在500V以上,電場強度在20~200V/cm時為高壓電泳。電場強度大,帶電質點的遷移率加快,因此省時,但因產生大量熱量,應配備冷卻裝置以維持恒溫。

3.溶液的pH

溶液的pH決定被分離物質的解離程度和質點的帶電性質及所帶淨電荷量。例如蛋白質分子,它是既有酸性基團(—COOH),又有堿性基團(—NH2)的兩性電解質,在某一溶液中所帶正負電荷相等,即分子的淨電荷等於零。此時,蛋白質在電場中不再移動,溶液的這一pH為該蛋白質的等電點。若溶液pH處於等電點酸側,即pH<pI,則蛋白質帶正電荷,在電場中向負極移動。若溶液pH處於等電點堿側,即pH>pI,則蛋白質帶負電荷,向正極移動。溶液的pH離pI越遠,質點所帶淨電荷越多,電泳遷移率越大。因此在電泳時,應根據樣品性質,選擇合適的pH緩衝液。

4.溶液的離子強度

電泳液中的離子濃度增加時會引起質點遷移率的降低。其原因是帶電質點吸引相反電荷的離子聚集在其周圍,形成一個與運動質點電荷相反的離子氛(ionic atmosphere),離子氛不僅降低質點的帶電量,同時增加質點前移的阻力,甚至使其不能泳動。然而離子濃度過低,會降低緩衝液的總濃度及緩衝容量,不易維持溶液的pH,影響質點的帶電量,改變泳動速度。離子的這種障礙效應與其濃度和價數相關,可用離子強度I表示。

5.電滲

在電場作用下液體對於固體支持物的相對移動稱為電滲(electroosmosis)。其產生的原因是固體支持物多孔,且帶有可解離的化學基團,因此常吸附溶液中的正離子或負離子,使溶液相對帶負電或正電。如以濾紙作支持物時,紙上纖維素吸附OH-帶負電荷,與紙接觸的水溶液因產生H3O+,帶正電荷移向負極。若質點原來在電場中移向負極,結果質點的表現速度比其固有速度要快;若質點原來移向正極,表現速度比其固有速度要慢,可見應盡可能選擇低電滲作用的支持物以減少電滲的影響。

6.焦耳熱

在電泳過程中,電流強度與釋放出熱量(Q)之間的關係可列成如下公式

公式表明,電泳過程中釋放出熱量與電流強度的平方成正比。當電流強度或電極緩衝液以及樣品中離子強度增高時,電流強度會隨著增大。這不僅降低分辨率,影響泳動速度,而且在嚴重時會燒斷濾紙或融化瓊脂糖凝膠支持物。