電泳，遷移率

電泳（Electrophoresis）是指溶液中帶電粒子在電場中沿帶相反電荷的電極方向移動現(xiàn)象。 在生物科學(xué)中，電泳法廣泛用于蛋白質(zhì)，核酸和氨基酸的分離和鑒定。

因?yàn)閹щ娏Ｗ拥囊苿铀俣扰c電場強(qiáng)度密切相關(guān)，所以為了證明不同的物質(zhì)具有不同的游泳速度，該學(xué)位的特征，通常使用“機(jī)動性”（Mobility）的概念。 電泳過程中帶電粒子的遷移率是指粒子在單位電場強(qiáng)度下的移動速度（VX）。

影響流動性的因素

在電泳過程中，帶電粒子的移動速度v與粒子電荷Q和電場強(qiáng)度X有關(guān)，而且與粒子半徑r和介質(zhì)的粘度η有關(guān)：

v = QX  6πrη，其中6π是適用于球形帶電粒子的經(jīng)驗(yàn)值，而橢圓形或非常大的粒子則不同用。 可以看出，帶電粒子的移動速度與粒子本身的性質(zhì)密切相關(guān)。定性組成結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 另外，顆粒的尺寸（分子量）和顆粒的形狀也具有重要的影響。因此，在一定的電場強(qiáng)度下，電泳時不同種類的帶電物質(zhì)的移動速度不可能完全相同。移動速度的差異是電泳技術(shù)的基本基礎(chǔ)。

1、樣品：帶電化合物的性質(zhì)以多種方式影響其遷移率。

（1）電荷：流動性隨凈電荷的增加而增加。 電荷的大小通常由pH值確定。

（2）分子大小：對于較大的分子，由于周圍介質(zhì)引起的摩擦力和靜電力的增加，遷移移位率下降。

（3）形狀：大小相同但形狀不同的分子，例如纖維蛋白和球狀蛋白，由于不同的摩擦力，它們表現(xiàn)出不同的遷移特性。

2、電場

歐姆定律表示電流A（安培），電壓V（伏特）和電阻Ω（歐姆）之間的關(guān)系：A = V/Ω。 因此，電場中離子的分離受到這三個因素的影響。

（1）電流：由于兩個電極之間溶液中的電流完全由緩沖液和樣品離子傳導(dǎo)，因此因此，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，為了獲得最佳重復(fù)電泳期間電流必須保持恒定。 當(dāng)然，必須使用直流電。

（2）電壓：電壓控制電流。 因此，遷移率與施加在支撐介質(zhì)上的電勢差成比例。 這個它是一個電壓梯度，通常以伏特/厘米（V / cm）表示（即，施加的電壓除以支撐介質(zhì)的長度）。您可以使用電壓梯度最大為20的低壓（100-500伏）或高壓（500-10,000伏）200 V /厘米。 高壓主要用于分離小分子化合物。

（3）電阻：遷移率與電阻成反比，電阻由支持介質(zhì)的類型和大小以及緩沖液中的離子決定由強(qiáng)度決定。 電阻隨著支持介質(zhì)的長度，支持介質(zhì)的寬度和緩沖液的離子強(qiáng)度而增加降低。

電泳期間，會以A2Ω瓦特的比率產(chǎn)生熱量，并且電阻會隨著溫度的升高而降低。 因此，如果電壓仍然存在如果沒有變化，則溫度的升高將導(dǎo)致電流增加，并促進(jìn)溶劑在載體介質(zhì)上的蒸發(fā)。 為了為了獲得盡可能可重復(fù)的結(jié)果，請使用穩(wěn)定的電源設(shè)備，盡管由于溫度波動，不可避免地引起電阻變化，但是此電源可以自動保持恒定的電壓或電流。 蓋上蓋子電泳槽減少蒸發(fā)。 電泳槽上裝有冷卻系統(tǒng)，在高壓下工作時起到外部冷卻的作用。

3、緩沖液

緩沖劑確定并穩(wěn)定了支持介質(zhì)的pH，并且還以多種方式影響化合物的遷移率。

（1）成分：常用的緩沖劑是甲酸鹽，乙酸鹽，檸檬酸鹽，巴比妥酸鹽和磷酸鹽，Tris，EDTA和吡啶。 硼酸緩沖液經(jīng)常用于碳水化合物的分離，因?yàn)樗鼈兛梢耘c碳水化合物一起裝載復(fù)雜。

由于緩沖液是樣品的溶劑，因此不可避免地會有一定強(qiáng)度的樣品擴(kuò)散。 特別值得一提是小分子，如氨基酸和糖。 讓樣品進(jìn)入非常窄的譜帶，避免過度加載。 在盡可能短的時間內(nèi)在一段時間內(nèi)使用高壓； 及分離完成后的快速去除和干燥，會降低擴(kuò)散的適當(dāng)性。

（2）濃度：隨著緩沖液離子強(qiáng)度的增加，緩沖液攜帶的分電流也增加，電流減小，這減慢了樣品遷移率。 增加緩沖液的離子強(qiáng)度也會增加總電流，因此增加熱量的產(chǎn)生。在低離子強(qiáng)度下，緩沖液攜帶的電流減少，而樣品攜帶的電流增加，從而加速了樣品的遷移轉(zhuǎn)移。 低離子強(qiáng)度緩沖液可降低總電流，從而減少熱量產(chǎn)生，但擴(kuò)散更為嚴(yán)重，從而導(dǎo)致分離度降低。

因此，在選擇離子強(qiáng)度時，必須同時考慮兩者。 離子強(qiáng)度的一般范圍在0.02和0.2之間。 離子強(qiáng)度= 12 ∑ CZ 2，C是離子的摩爾濃度，Z是其攜帶的電荷。

（3）pH：完全離子化的化合物，如無機(jī)鹽，pH影響很小。 但是對于有機(jī)化合物pH值決定了電離度。 隨著pH值的增加，有機(jī)酸的離子化增加，而有機(jī)堿則相反。 因此，它們的遷移程度由pH決定。 對于既是堿性又是酸性（兩性電解質(zhì)）的化合物（例如氨基酸），兩種功能。

因此，兩性電介質(zhì)的遷移方向和遷移程度取決于pH，可以根據(jù)分離的需要使用pH。1-11的緩沖區(qū)。

兩個儲罐中的緩沖液通常是相同的，用于使載體介質(zhì)飽和。 但是，在凝膠電泳中，沖洗液是支撐介質(zhì)的一部分。 因此，凝膠中通常使用與緩沖罐不同的緩沖溶液。 這個樣品可使電泳獲得良好的分辨率。

（4）支持媒體

盡管使用相對惰性的材料作為支撐介質(zhì)，但介質(zhì)的精確結(jié)構(gòu)仍具有流動性影響很多，介質(zhì)的選擇取決于所用樣品的類型。

（1）吸附：

就像吸附色譜一樣，這是支持介質(zhì)對樣品分子的保留作用。 它導(dǎo)致樣品拖尾，使樣品產(chǎn)品移動像彗星一樣，無法形成非常清晰的條帶，從而降低了分離的分辨率。 吸附也減少總體機(jī)動性。 紙張吸收最多，但是使用醋酸纖維素實(shí)際上可以消除這種影響。

（2）電滲（electroosmosis）：

這種現(xiàn)象是由于在緩沖液的水分子和支持介質(zhì)表面之間產(chǎn)生的相關(guān)電荷引起的。 通過支撐介質(zhì)中基團(tuán)的電離和緩沖離子的表面吸附通常是由水分子產(chǎn)生的離子（H3O +）。 因?yàn)檫@些離子帶正電。 因此它們與溶解的中性物質(zhì)一起移動到陰極并加速，這樣可以防止陽離子前進(jìn)并阻止陰離子的移動。 這種影響通常可以忽略不計，但是，如果測量當(dāng)化合物具有等電點(diǎn)時，通常必須通過輸入中性分子（例如

進(jìn)行電泳并確定遷移程度。 醋酸纖維素或聚丙烯酰胺凝膠的電滲作用沒有紙或粉末膠是如此明顯。

（3）分子篩：

這是凝膠電泳的特征。 在這種電泳中，半剛性支持介質(zhì)（凝膠）的分子篩特性有助于大離子不僅在電泳遷移率上不同，而且在大小和形狀上也不同化合物的分離。 該凝膠由分布在整個凝膠中的自由纏結(jié)的分子鏈組成。 這些分子鏈?zhǔn)鼓z篩狀結(jié)構(gòu)。 凝膠的孔徑可以在一定范圍內(nèi)變化，使其適合特殊分析。 瓊脂肪，淀粉和聚丙烯酰胺凝膠的分子篩原理是，大分子的運(yùn)動隨著凝膠中交聯(lián)度的增加而增加，并且孔徑增大減小，而阻力逐漸增大。 如果您使用Sephadex型凝膠，則情況相反，因?yàn)槠涮匦允欠肿舆w移的障礙大于大分子。