在毛細管電泳法中，分析物之遷移主要依靠下列何者？①電荷泳動力（electrophoretic mobility） ②電滲透流（electro-osmotic flow） ③毛細現象

本題觀念：

本題考查的是 毛細管電泳法（Capillary Electrophoresis, CE） 的核心分離原理。毛細管電泳是一種利用高電壓場在細微的石英毛細管中分離分子的分析技術。其分析物的遷移（migration）與分離主要受到兩種電動力學現象的共同驅動。

選項分析

• ① 電荷泳動力（Electrophoretic mobility, $\mu_{ep}$）：正確。

  • 這是帶電離子在電場作用下，因受庫倫力吸引而發生的移動。
  • 原理：帶正電的分析物向負極移動，帶負電的向正極移動。移動速率取決於分析物的電荷/半徑比（Charge-to-size ratio）。電荷越大、體積越小的分子，其電荷泳動力越大，遷移速率越快。這是 CE 能分離不同化學物質（如不同藥物、離子）的基礎。

• ② 電滲透流（Electro-osmotic flow, EOF, $\mu_{eo}$）：正確。

  • 這是毛細管內緩衝溶液（Buffer）在電場作用下的整體流動（Bulk flow）。
  • 原理：一般石英毛細管內壁帶有矽醇基（Si-OH），在 pH > 3 的環境下會解離成帶負電的矽酸根（Si-O⁻）。這會吸引緩衝液中的陽離子聚集在管壁附近形成雙電層（Electric double layer）。當施加電壓時，這些管壁附近的陽離子層會向負極移動，並透過溶劑合作用（Solvation）拖動整管溶液一起向負極流動。
  • 重要性：EOF 通常流速很快，且方向一致（通常向負極），它能將所有溶質（包含帶正電、中性、帶負電的物質）全都帶向陰極端的檢測器，使得原本會向反方向跑的陰離子也能被「沖」過檢測器，實現單次進樣同時分析陰、陽離子。

• ③ 毛細現象（Capillary action）：錯誤。

  • 毛細現象是指液體在沒有外力情況下，因表面張力與附著力而在細管中自動上升或移動的現象。
  • 差異：在毛細管電泳的「遷移分析」過程中，驅動液體流動的力量是高達數萬伏特的高電壓（產生的電場力），而非微弱的表面張力。雖然在「進樣」（Injection）步驟中有時會利用毛細現象或重力（Siphoning），但在分析物遷移（Run）的過程中，毛細現象並非主要驅動力。

答案解析

分析物在毛細管中的淨移動速度（Net velocity） 是電荷泳動速度與電滲透流速度的向量和： $v_{net} = v_{ep} + v_{eof}$ 因此，分析物的遷移主要依靠 ① 電荷泳動力 和 ② 電滲透流。

故正確選項為 (D) ①②。

核心知識點

1. CE 分離機制：依賴 高電壓 驅動。
   • 向量和概念：$\text{Apparent Mobility} (\mu_{app}) = \mu_{ep} + \mu_{eof}$。
2. 電滲透流 (EOF)：
   • 由管壁表面電荷（Zeta potential）驅動。
   • 流型為 平流（Plug flow），不同於 HPLC 的層流（Laminar flow/Parabolic profile），因此 CE 的峰寬較窄，解析度（理論板數）極高。
   • 通常流向負極（陰極），可藉由改變 pH 值或添加修飾劑來改變大小或方向。
3. 電荷泳動力：
   • 由分析物自身性質（電荷 q、半徑 r、介質黏度 $\eta$）決定：$\mu_{ep} \propto q / r$。
   • 中性物質的 $\mu_{ep} = 0$，通常無法被傳統 CZE 分離（需改用 MEKC）。

參考資料

1. Capillary Electrophoresis - Chemistry LibreTexts
2. Capillary Electrophoresis Principles - LabX
3. 毛細管電泳法 - 國家教育研究院名詞解釋