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    電泳涂裝設備技術原理
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    1、電泳、遷移率電泳(Electrophoresis)是指溶液中帶電粒子在電場中向帶相反電荷的電極方向移動的現象。在生物科學中,電泳技術廣泛應用于蛋白質、核酸和氨基酸等物質的分離和鑒定。因為帶電粒子的移動速度和電場強度有密切關系,所以為了表示不同物質有不同泳動速度的特性,通常使用“遷移率”(Mobility)的概念。帶電粒子在電泳時的遷移率,是指在單位電場強度下粒子的移動速度(VX)。2、影響遷移率的因素在電泳過程中,帶電粒子的移動速度v除與粒子所帶電荷量Q及電場強度X有關外,還與粒子半徑r及介質的粘度η有關:v=QX6πrη式中6π是適用于球形帶電粒子的經驗數值,對橢圓形或半徑很大的粒子則數值有所不同??梢?,帶電粒子的移動速度和粒子的本身的性質有密切關系,粒子表面所帶電荷量和物質的組成結構有密切關系。此外,粒子的大?。ǚ肿恿浚┘傲W拥男螤畹纫灿兄匾挠绊?。所以,在一定電場強度下,不同種類的帶電物質在電泳時的移動速度不能完全一致,這種移動速度的差異是電泳技術的基本依據。(1)樣品帶電化合物的性質在幾個方面影響著它們的遷移率。(1)電荷:遷移率隨凈電荷的增加而增加。電荷的大小一般由pH決定。(2)分子大?。簩τ谳^大的分子,由于周圍介質所引起的摩擦力和靜電力的增加,遷移率下降。(3)形狀:同樣大小的,但是具有不同形狀的分子,如纖維狀的蛋白質和球狀蛋白質,因摩擦力作用不同,而表現有不同的遷移特征。(2)電場歐姆定律表示了電流A(安培)、電壓V(伏特)和電阻(歐姆)之間的關系:A=V/。因此,離子在電場中的分離受到這三個因素的影響。(1)電流:由于在二個電極之間溶液中的電流完全由緩沖液和樣品的離子來傳導,因此,遷移率與電流成正比。離子遷移的距離與通電時間成正比。因此,為了得到好的重復性,在電泳時電流必須保持恒定。當然必須使用直流電。(2)電壓:電壓控制著電流,因此,遷移率與加在支持介質兩端的電位差成正比。這是電壓梯度,一般用伏特/厘米(V/cm)來表示(即,所加的電壓除以支持介質的長度)??梢允褂玫碗妷海?00-500伏),或者高電壓(500-10,000伏),電壓梯度分別可達20和200伏/厘米。高電壓主要是用于分離小分子的化合物。(3)電阻:遷移率與電阻成反比,電阻由支持介質的類型和大小,以及緩沖液的離子強度所決定。電阻隨支持介質的長度而增加,隨支持介質的寬度和緩沖液離子強度的增加而降低。在電泳時以A2瓦特的比率產生熱,并且電阻隨溫度升高而下降。因此,如果電壓保持不變,那么這種溫度的升高將會引起電流的升高,并且促使了支持介質上溶劑的蒸發。為了盡可能得到可重復的結果,使用經過穩定的電源裝置,盡管由于溫度的波動,不可避免地會引起電阻的改變,但是這種電源能自動地保持電壓或者電流的恒定。用一個密閉的蓋子罩住電泳槽以減少蒸發。在電泳槽中附設一個冷卻系統,在高壓工作時起到外加冷卻的作用。(3)緩沖液緩沖液決定著并穩定著支持介質的pH,并且通過很多途徑也影響著化合物的遷移率。(1)成分:通常所用的緩沖液是甲酸鹽、乙酸鹽、檸檬酸鹽、巴比妥鹽和磷酸鹽、Tris、EDTA和吡啶。硼酸緩沖液經常用于碳水化合物的分離,因為它們能和碳水化合物產生帶電的復合物。因為緩沖液是樣品的溶劑,因此,不可避免的會有一定強度的樣品擴散。特別值得注意的是像氨基酸和糖一類的小分子。讓樣品走成很窄的帶,避免過量的加樣;在一個盡可能短的時間內使用高電壓;以及在分離完成后迅速地取出并干燥等都能縮小擴散的適度。(2)濃度:由于緩沖液離子強度的增加,緩沖液所載的分電流也隨之增加,樣品所載的電流則降低,因此而減緩了樣品的遷移率。增加緩沖液的離子強度也增加了總電流,因而增加了熱的產生。在低離子強度時,緩沖液所載的電流下降,樣品所載的電流增加,因此加速了樣品的遷移。低離子強度的緩沖液降低了總電流,結果減少了熱的產生,但是擴散較嚴重,使分辨力明顯的降低。所以,選擇離子強度時必須兩者兼顧,一般離子強度的選擇范圍在0.02~0.2之間。離子強度=12∑CZ2,C是離子的克分子濃度,Z是它所帶的電荷。(3)pH:像無機鹽那樣的完全離子化的化合物,pH的作用不大。但是對于有機化合物,pH決定了它的電離程度。有機酸的電離隨pH的增加而增加,有機堿則相反;因此,它們的遷移程度由pH決定。對于像氨基酸一類既有堿性也有酸性的化合物(兩性電解質),兩種作用都有。因此,兩性電介質遷移的方向以及遷移的程度由pH決定,根據分離的需要可以使用pH從1-11范圍內的緩沖液。在兩個蓄水槽中的緩沖液一般是相同的,用來飽和支持介質,但是,在凝膠電泳中,緩沖液是支持介質的一部分,因此,在凝膠中經常使用一種與緩沖液槽中不相同的緩沖液。這樣能使電泳得到很好的分辨率。(4)支持介質雖然使用了比較惰性的材料作為支持介質,但是介質的結構對一種化合物的遷移率有很多影響,而對介質的選擇取決于所用的樣品類型。(1)吸附:正如吸附層析一樣,這是支持介質對樣品分子的滯留作用。它導致了樣品的拖尾,使樣品的移動像一個彗星,不能形成一條很清晰的帶,因而降低了分離的分辨率。吸附也降低了總的遷移率。紙的吸附大,但使用醋酸纖維素實際上可以消除這種作用。(2)電滲(電內滲):這種現象是由緩沖液的水分子和支持介質的表面之間所產生的一種相關電荷引起的。由于支持介質中基團的電離作用以及對緩沖液離子的表面吸附作用,通常由水分子產生水合氫離子(H3O+)。由于這些離子是帶正電荷的。因此它們帶著溶解的中性物質移向陰極,加速了陽離子的前進、而阻滯了陰離子的移動。這種作用一般可以忽略不計,但是,如果在測定化合物的等電點時,這種作用必須被考慮,一般通過對一種中性的分子(如脲或葡萄糖)進行電泳,測定它們遷移的程度來決定。醋酸纖維素或聚丙烯酰胺凝膠的電滲作用沒有紙或淀粉膠那么明顯。(3)分子篩:這是凝膠電泳的一個特性。在這種電泳中,半剛性支持介質(凝膠)的分子篩特性有助于蛋白質一類不但在電泳移動率方面有所區別,而且在大小、形狀上也有所不同的大的離子化合物的分離。凝膠是由分布于整個凝膠的自由纏繞的分子鏈組成。


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