CN110954587B - 一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法 - Google Patents

一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110954587B
CN110954587B CN201911263546.5A CN201911263546A CN110954587B CN 110954587 B CN110954587 B CN 110954587B CN 201911263546 A CN201911263546 A CN 201911263546A CN 110954587 B CN110954587 B CN 110954587B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample
migration
charge density
spectrogram
electrophoresis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911263546.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110954587A (zh
Inventor
陈义
郭超
郭振朋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Chemistry CAS
Original Assignee
Institute of Chemistry CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Chemistry CAS filed Critical Institute of Chemistry CAS
Priority to CN201911263546.5A priority Critical patent/CN110954587B/zh
Publication of CN110954587A publication Critical patent/CN110954587A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110954587B publication Critical patent/CN110954587B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法。它包括如下步骤：(1)对待测样品和其标准物质的信号与迁移电荷密度进行同频率检测，以样品的迁移电荷密度为横坐标，以样品的信号为纵坐标，绘制高重现毛细管电泳谱图；(2)根据步骤(1)得到待测样品和其标准物质的谱图中峰，按照如下1)‑2)即能实现样品进行定性和/或定量检测；1)待测样品的谱图中峰的迁移电荷密度与标准物质的一致，判定样品的定性检出；2)根据待测样品的谱图中峰面积，采用内标法或外标法，即能定量检测样品。本发明通过毛细管电泳中测定的迁移电荷密度为变量绘制电泳谱图，获得出峰位置稳定的毛细管电泳谱图，以便更准确的对样品进行定性或定量检测。

Description

一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法
技术领域
本发明涉及一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法，属于仪器分析领域。
背景技术
毛细管电泳(capillary electrophoresis，CE)因其高效、快速、微量等特点，在20世纪80年代到90年代得到高速发展，并在生物、医学、食品、环境等领域获得广泛的应用。它曾经一度被认为是可能超越或代替液相色谱的高效分离分析新方法，典型例子就是DNA全自动高速测序，为人类基因组测序计划的提前完成发挥了至今无法替代的作用。CE在手性分离分析中也有独特的优势，但是与此不同的是，CE在其他很多领域的分析应用并未达到预期的效果，甚至出现了对CE可靠性的质疑，致使CE的发展逐渐放缓，局部出现停滞状态。CE广受诟病的一个严峻问题，是其峰的保留时间不重复和不重现，阻碍了其实际应用和推广。
CE的这种不重复与不重现，与多种因素有关，比如温度不稳、电泳介质的电解质浓度不合适、pH缓冲容量不足、电泳电压或电流波动、毛细管尺寸及其内壁状态发生变化等。其中电泳介质、pH、毛细管壁状态等属于实验优化参数，要由实验摸索后确定；而温度、电泳电压或电流、毛细管参数等属于仪器控制参数，应该由仪器负责，但目前的CE仪器，除对毛细管作恒温控制外，其他参数都在变化并影响出峰时间。要通过同时测试实验和仪器参数来实现稳定CE，难度很大，不利于CE实用方法的构建和应用，亟待解决。
当然，也有一些其他研究报道了转换电泳谱图来提高重现性的方法。Thomas等人在1991年报道了一些谱图的转换方法(Anal.Chem.(1991)63:2842-2848)，包括相对迁移时间、迁移指数和相对迁移指数，并对其优缺点进行了比较。随后，兰州大学的胡之德、陈兴国等提出了电通量的谱图表述方法(Biomed.Chromatogr.(2004)18:381-387)。中科院化学研究所陈义课题组在2007年，发展了扩散谱方法(Electrophoresis(2010)31:2949-2956)，但总体而言，上述方法尚未得到推广和应用，主要问题可能在于方法应用有所不便或实施不易。
为此，亟需发明了一种通用且易于推广应用的迁移电荷密度作图法，实现了毛细管电泳的高重现测定。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法，本发明通过毛细管电泳中测定的迁移电荷密度为变量绘制电泳谱图，获得出峰位置稳定的毛细管电泳谱图，以便更准确的对样品进行定性或定量检测。
本发明提供的一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法，包括如下步骤：(1)对待测样品和其标准物质的信号与迁移电荷密度进行同频率检测，以所述样品的迁移电荷密度为横坐标，以所述样品的信号为纵坐标，绘制高重现毛细管电泳谱图；
(2)根据步骤(1)得到待测样品和其标准物质的谱图中峰，按照如下1)-2)即能实现所述样品进行定性和/或定量检测；
1)所述待测样品的谱图中峰的迁移电荷密度与所述标准物质的一致，判定所述样品的定性检出；
2)根据所述待测样品的谱图中峰面积，采用内标法或外标法，即能定量检测所述样品。
上述的方法中，所述样品的信号包括紫外-可见吸收检测、激光诱导荧光检测、电化学检测和质谱检测中的至少一种检测得到的数据。
本发明中，所述样品的信号的检测方法均为本领域中常规的方法。
上述的方法中，所述迁移电荷密度通过实时测定电泳电流、电流密度或电阻率并按式(1)计算得到：
Figure BDA0002312239550000021
式(1)中，ρ表示迁移电荷密度，C/mL；I、i或g分别表示电泳电流、电流密度或电阻率，单位分别为A、A/cm2和Ω·cm，均与样品信号同频率采集；L表示迁移长度，cm；tR表示迁移时间，s；E表示电泳电场强度，V/cm；V表示电泳电压，V；S表示毛细管的平均有效横截面积，cm2。
上述的方法中，所述迁移电荷密度通过串联于电泳电路中的电流或电流密度采样电路及相关的信号转换与积分运算放大电路测量得到。
上述的方法中，所述迁移电荷密度通过并联于电泳电路中的电导或电阻采集、信号转换及相关运算电路测量得到。
本发明中，所述电路均为常规电路。
上述的方法中，所述样品包括所有能通过本领域中公知的常规毛细管电泳测定的产品。
上述的方法中，所述同频率采集为本领域公知的常识，通过本领域常用的采集软件设置即可。
本发明具有以下优点：
本发明纵坐标对应于样品信号(如紫外-可见吸收、荧光、电导等等)，横坐标对应于迁移电荷密度ρ，而不是迁移时间，在测定时能改变电压、毛细管长度或管径，获得出峰位置稳定不变，即得到的是相同的CE谱图。稳定不变的CE谱图有利于定性和定量测定方法的建立，所建方法既可在现有CE仪器及其改造仪器上实施，也可重新设计全新法CE装置来实施，有利CE方法与技术的推广应用，有很高的商业价值。
附图说明
图1为本发明实施例2中Beckman P/ACE 2050商用仪器下，改变CE运行电压、毛细管有效长度与管径条件下测得的常规CE谱图。
图2为本发明实施例2中Beckman P/ACE 2050商用仪器下，改变CE运行电压、毛细管有效长度与管径条件下测得的迁移电荷密度谱图。
图3为本发明实施例3中自搭建新式CE装置下，改变CE运行电压、毛细管有效长度与管径条件下测得的常规CE谱图。
图4为本发明实施例3中自搭建新式CE装置下，改变CE运行电压、毛细管有效长度与管径条件下测得的迁移电荷密度谱图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、高重现谱图转换方法与效果
本发明的高重现方法将迁移时间谱图改为迁移电荷密度谱图，包括以下步骤：
1、毛细管预处理：
为了活化新的毛细管，首先用去离子水清洗5min，然后使用1M的NaOH清洗20min，再使用去离子水清洗5min。
2、电泳及检测：
(1)Beckman P/ACE 2050商用毛细管电泳仪
选用250mM Tris+25mM His为电泳缓冲液，以10mg/L的维生素B1、维生素B6、维生素C和烟酸为样品，采用0.5Psi的压力进样5s，紫外吸收检测波长254nm。
(2)自搭建新式毛细管电泳系统：
它包括毛细管、缓冲池、高压直流电源、非接触式电导检测器(eDAQ)、电流采集单元、多通道数据采集卡(ADLINK,USB 1901)和常规自编制采集软件及常规连接部分组成，其中采集软件中能同时得到时间谱图和迁移电荷密度谱图，不需要导出数据后面转换。
采用串联10kΩ的高精度采样电阻来采集电路电流，选用2.5M的乙酸为运行缓冲，以100μM的精胺、尸胺、乙醇胺和三乙醇胺为样品，毛细管总长50cm，采用高度进样10cm，时间15s，施加电压并启动软件进行数据记录，检测方式为非接触式电导检测，激励频率1250kHZ，激励电压20Vp-p。
其中，迁移电荷密度通过实时测定电泳电流、电流密度或电阻率并按式(1)计算得到：
Figure BDA0002312239550000041
式(1)中，ρ表示迁移电荷密度，C/mL；I、i或g分别表示电泳电流、电流密度或电阻率，单位分别为A、A/cm2和Ω·cm，均与样品信号同频率采集；L表示迁移长度，cm；tR表示迁移时间，s；E表示电泳电场强度，V/cm；V表示电泳电压，V；S表示毛细管的平均有效横截面积，cm2。
迁移电荷密度ρ可以在电泳过程中实时测定，理论依据如下：
由毛细管电泳过程中的稳态迁移速度υ和溶液的欧姆定律
Figure BDA0002312239550000042
式中x是迁移距离变量；t是时间变量；ε和η分别是电泳介质的介电常数和黏度；ζa表示样品成分的电动电位；ζc表示毛细管内壁位于切面界面处的电动势；g是电泳介质的电阻率，等于电导率k的倒数；i是电流密度，等于电流I除以毛细管有效横截面积S。合并两式得：
Figure BDA0002312239550000043
在迁移时间0～tR和迁移距离0～LR内作定积分，有：
Figure BDA0002312239550000044
在恒温条件下并据Walden规则(ηk或g/η近似与时间无关)，忽略电流之外的参数随时间的变化，则式(4)的积分结果为：
Figure BDA0002312239550000051
式中QR为迁移电量。转换后得：
Figure BDA0002312239550000052
式中LRS可叫迁移体积。式(6)表明，迁移电荷密度与电泳电压或电流无关，也与毛细管长度与内径无关，因此可以抗拒电泳电压、场强、电流、毛细管长度、内径等仪器参数的变化，表现出高稳定性或高重现性。
实施例2、在Beckman商用仪器下，不同条件下时间谱图与迁移电荷密度谱图重现性比较
采用不同电压(4-10kV)，不同毛细管有效长度(20-30cm)，不同毛细管内径(50-75μm)，得到时间谱图(图1)与迁移电荷密度谱图(图2)。从图1可以看出，时间谱图的重现性相对较差，出峰位置随条件而变化，出峰顺序依次为维生素B1、电渗、维生素B6、维生素C和烟酸，其保留时间的RSD分别为15.2％，16.8％，17.3％和17.6％。而图2显示出峰位置高度稳定、重现性，即不随电泳参数变化，四种维生素迁移电荷密度的RSD分别为1.1％、1.4％、2.9％和3.2％，说明本发明中迁移电荷密度的重现性显著高于图1中保留时间的重现性。
实施例3、自搭建新式CE系统不同条件下时间谱图与迁移电荷密度谱图重现性比较
采用本发明实施例1中，自搭建新式CE系统进行检测。
采用不同电压(13-17kV)，不同毛细管有效长度(30-40cm)，不同毛细管内径(50-75μm)，得到时间谱图(图3)与迁移电荷密度谱图(图4)。从图3可以看出，时间谱图出峰位置随条件而变化，重现性相对较差，出峰顺序依次为精胺、尸胺、乙醇胺和三乙醇胺，其保留时间的RSD分别为15.2％，15.4％，15.7％和15.8％。而图4显示出峰位置高度稳定、重现性，即不随电泳参数变化，四种生物胺迁移电荷密度的RSD分别为1.9％、1.9％、2.1％和2.3％，说明本发明中迁移电荷密度的重现性显著高于图3中保留时间的重现性。

Claims (5)

1.一种高重现毛细管电泳方法，包括如下步骤：(1)对待测样品和其标准物质的信号与迁移电荷密度进行同频率检测，以所述样品的迁移电荷密度为横坐标，以所述样品的信号为纵坐标，绘制高重现毛细管电泳谱图；
(2)根据步骤(1)得到待测样品和其标准物质的谱图中峰，按照如下1)-2)即能实现所述样品进行定性和/或定量检测；
1)所述待测样品的谱图中峰的迁移电荷密度与所述标准物质的一致，判定所述样品的定性检出；
2)根据所述待测样品的谱图中峰面积，采用内标法或外标法，即能实现定量检测所述样品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述样品的信号包括紫外-可见吸收检测、激光诱导荧光检测、电化学检测和质谱检测中的至少一种检测得到的数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述迁移电荷密度通过实时测定电泳电流、电流密度或电阻率并按式(1)计算得到：
Figure FDA0002677248030000011
式(1)中，I、i和g分别表示电泳电流、电流密度和电阻率，单位分别为A、A/cm2和Ω·cm，均与样品信号同频率采集；L表示迁移长度，单位为cm；tR表示迁移时间，单位为s；E表示电泳电场强度，单位为V/cm；V表示电泳电压，单位为V；S表示毛细管的平均有效横截面积，单位为cm2。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述迁移电荷密度通过串联于电泳电路中的电流或电流密度采样电路及相关的信号转换与积分运算放大电路测量得到。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述迁移电荷密度通过并联于电泳电路中的电导或电阻采集、信号转换及相关运算电路测量得到。
CN201911263546.5A 2019-12-11 2019-12-11 一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法 Active CN110954587B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911263546.5A CN110954587B (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911263546.5A CN110954587B (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110954587A CN110954587A (zh) 2020-04-03
CN110954587B true CN110954587B (zh) 2020-11-20

Family

ID=69980761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911263546.5A Active CN110954587B (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110954587B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113109409B (zh) * 2021-03-29 2023-02-21 中国科学院化学研究所 一种基于高稳定毛细管电泳分离分析技术的分子成像方法
CN115346595A (zh) * 2021-05-12 2022-11-15 上海细胞治疗集团有限公司 测定mRNA平均分子量以及Cap0/1、修饰核苷酸及氧化物的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102435819A (zh) * 2011-11-24 2012-05-02 西南大学 基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统
CN102636547A (zh) * 2012-04-18 2012-08-15 北京理工大学 一种基于毛细管区带电泳的寡核苷酸文库分级和评价方法
CN107389774A (zh) * 2017-07-19 2017-11-24 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 一种液体中金属阳离子的毛细管电泳检测方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5932080A (en) * 1997-05-30 1999-08-03 Bio-Rad Laboratories, Inc. Mobility-based and normalized capillary electrophoresis
WO2009141821A1 (en) * 2008-05-20 2009-11-26 Crystal Clear Partnership Separation of polysaccharides by charge density gradient
US20160341694A1 (en) * 2015-05-22 2016-11-24 Headway Technologies, Inc. Method and apparatus to concentrate and detect an analyte in a sample
CN105866265B (zh) * 2016-03-25 2019-06-04 北京大学 仿生拮抗血管内皮细胞与白细胞粘附毛细管及其电泳方法及用途

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102435819A (zh) * 2011-11-24 2012-05-02 西南大学 基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统
CN102636547A (zh) * 2012-04-18 2012-08-15 北京理工大学 一种基于毛细管区带电泳的寡核苷酸文库分级和评价方法
CN107389774A (zh) * 2017-07-19 2017-11-24 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 一种液体中金属阳离子的毛细管电泳检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110954587A (zh) 2020-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kubáň et al. 20th anniversary of axial capacitively coupled contactless conductivity detection in capillary electrophoresis
Jin et al. Determination of diclofenac sodium by capillary zone electrophoresis with electrochemical detection
Cheng et al. Determination of carbohydrates by capillary zone electrophoresis with amperometric detection at a nano-nickel oxide modified carbon paste electrode
CN110954587B (zh) 一种基于迁移电荷密度的高重现毛细管电泳方法
Deml et al. Electric sample splitter for capillary zone electrophoresis
Wang et al. Measurement of electroosmotic flow in capillary and microchip electrophoresis
Beutner et al. Selectivity enhancement in capillary electrophoresis by means of two-dimensional separation or dual detection concepts
Erlandsson et al. Automated flow-injection immunosensor based on current pulse capacitive measurements
CN104713932B (zh) 一种交流模式的多参数纳米孔单分子分析仪
Britz-Mckibbin et al. Sensitive and high-throughput analyses of purine metabolites by dynamic pH junction multiplexed capillary electrophoresis: a new tool for metabolomic studies
Liénard et al. Modular instrumentation for capillary electrophoresis with laser induced fluorescence detection using plug-and-play microfluidic, electrophoretic and optic modules
JP3190678B2 (ja) クロマトグラフィー分析法
Gao et al. Sensitive determination of verticine and verticinone in Bulbus Fritillariae by ionic liquid assisted capillary electrophoresis–electrochemiluminescence system
Woo et al. Multi-immunoreaction-based dual-color capillary electrophoresis for enhanced diagnostic reliability of thyroid gland disease
Böhm et al. Combining amperometry and mass spectrometry as a dual detection approach for capillary electrophoresis
Wang et al. Amperometric detection of three purine alkaloids following their separation by micellar electrokinetic capillary chromatography
Li et al. Determination of terbutaline sulfate by capillary electrophoresis with chemiluminescence detection
KR20110125833A (ko) 절연된 박막 전극의 전위 측정을 통한 나노포어 입자 검출기
Wu et al. An end-channel amperometric detector for microchip capillary electrophoresis
Anouti et al. Heart‐cutting 2‐D CE using multiple detection points for chiral analysis of native amino acids
Mark et al. Very fast capillary electrophoresis with electrochemical detection for high-throughput analysis using short, vertically aligned capillaries
Sun et al. Robust and easy-to-use microchip electrophoresis within sub-millimeter channels for fast and highly efficient separation
CN104020205B (zh) 对氯苯胺的印迹聚合物膜电极、其制备方法及应用方法
Qi et al. On‐column labeling technique and chiral ligand‐exchange CE with zinc (II)‐L‐arginine complex as a chiral selector for assay of dansylated D, L‐amino acids
Zhang et al. Determination of trace nitrites and nitrates in human urine and plasma by field-amplified sample stacking open-tubular capillary electrochromatography in a nano-latex coated capillary

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant