毛细管电泳技术的发展与应用

毛细管电泳技术的发展与应用

作者：陈翠杰 白伟东

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第10期

摘 要：毛细管电泳柱中装载电解液运行时，由于管壁硅羟基的存在会产生电渗流，电渗流将推动整个毛细管柱内的溶液定向移动。毛细管电泳仪以弹性石英毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分的淌度（单位电场强度下的迁移速度）和分配行为的差异而实现各组分分离。与一般色谱技术的主要区别在于其分离原理不是基于组分在流动相和固定相中分配系数，而是在电场作用下离子迁移速度的不同。 关键词：毛细管电泳；技术发展；应用措施

毛细管电泳又称毛细管电分离法或高效毛细管电泳，是一种起源于20世纪60年代，80年代后得到飞速发展的一种液相微分离技术。得益于试验设备的商品化与自动化，具有分离效率高、检测速度快、样品容积小、操作简便、成本低等优点的毛细管电泳已经得到了广泛的应用。本文挑选了部分国内外具有代表性的研究进行分析介绍。 1 毛细管电泳相关标准

自2000年5月1日《美国药典》第24版的第2增补本中收录毛细管电泳法之后，毛细管电泳成为抗体药物检测行业的重要方法。2005年和2010年版《中国药典》1部、2部附录收录了毛细管电泳的分离模式、仪器条件和系统适用性试验等内容，且在2015年版《中国药典》的生物制品部分（3部）对所收录的毛细管电泳方法作了重要增修，扩展了毛细管电泳的适用范围。

目前颁布的毛细管电泳方法标准有42条，颁布的国家和组织包括美国（5条）、中国（3条）、乌克兰（3条）、斯洛伐克（2条）、法国（1条）、俄罗斯及联邦国家（20条）、其他国家（4条）、国际葡萄及葡萄酒组织（4条）。其中俄罗斯及联邦国家的毛细管电泳方法标准数量最多。相关标准涉及行业包括饮用水（4条）、饲料（6条）、食品（6条）和酒（4条）。目前我国毛细管电泳的标准发展在初期阶段，暂有进出口蜂蜜产品中有机酸、对苯二甲酸的质量监测以及2017年4月1日正式实施的饲料中氨基酸的测定标准[13]中的检测方法为毛细管电泳。

2 毛细管电泳技术

在电解质溶液中的各项离子在电场作用下，各种离子向其所带电荷相反方向以不同速度运动的现象叫作电泳。当电解质溶液的酸性越强时，由于石英毛细管内表面上存在硅醇基致使其内表面的电性为负电荷，与溶液中电解质接触形成双分子层（外部带正电荷），在直流高压电场作用下，双分子层流体向阴极方向整体移动，从而形成电渗流（Electroosmotic Flow，

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EOF）。EOF是CE的驱动力，EOF的速度一般总是大于电解质中任何分子的电泳流速度，由于中性粒子不带电，所以中性粒子的电泳速度为“0”，从而达到分离各种离子的效果。 毛细管电泳用一根装满缓冲电解质溶液的毛细管，与毛细管两边相连的两个小容器。微量样品从毛细管的一端通过毛细管注射器进入毛细管中。当进行电泳时，与电源相连的电极分别放到小容器的缓冲电解质里。样品将在电荷的作用下发生移动。各样品因为分子量、电荷数、等各性质的不同进而试验室时各组分各组分的移动速率也讲不同，依次流至毛细管输出端附近的光检测器，并在屏幕上以吸收峰的形式动态直观地表现出来。 毛细管电泳具有以下优点：

①高效塔板数目在105～ 106片/m间，可以给试验带来丰富的数据，为数据处理带来便利；②试验样品用量少，成本低；③试验时间短，便于操作；④可以用一台试验机器上进行多组试验；⑤目前自动毛细管电泳法已可用于试验。毛细管电泳的缺点是：①因为试验量少，所以数据可能存在误差；②因为毛细管的直径太小，使光路偏短，所以试验时灵敏度；③样品组分会随着试验进行发生变化，将会影响试验结果。 3 实际应用

3.1 在药物分离中的应用

CE技术的研究内容很多，包括对生物大分子、无机离子、有机物质、有机高分子聚合物等的研究。CE在医药方面的应用包括三大块：药物代谢机理研究、临床样本的在线监测以及药物成分的分析。目前，CE主要用来分析中成药有效成分、西药特别是含有对映体的西药以及中西药复合制剂。Chen等利用联用技术毛细管区带电压-电化学检测（CZE-ED）法对三黄连口服液进行检测，有效地分离出了黄芩苷元、槲皮苷物质。最优分析条件及分离度的确定是通过磺化后的β-环糊精为手性添加剂，实现了曲马多等5种手性药物的分离。将合成的顺丁烯二酸酐-β-环糊精加入毛细管柱中，实现了对多种氨基酸和手性药物对映体的拆分，得到了最佳分离条件。毛细管电泳技术人工合成及天然中医药药物、各种西药特别是具有手性的西药及复合药物制剂的合成、成分测定、药物分离、质量检测及药物监督等应用过程作用越来越重要。

3.2 在食品安全方面的应用

近年来食品问题频出，食品安全问题日益成为国内外重视的主要问题之一。食品分析主要分为营养成分分析、食品添加剂分析、非食用添加剂以及化学污染物分析。由于食品样品基质复杂，如何快速、准确地定量分析目标物成为食品检测的重要难题。作为目前发展最为迅速的分离分析技术之一，毛细管电泳法由于本身分离模式多、分离效率高、分析速度快、样品用量少、易于以及对环境污染小等优点在食品分析方面得到了广泛的应用。

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克伦特罗俗称“瘦肉精”，动物摄入克伦特罗可以促进其生长，改善脂肪分配。近年来有相关研究表明，克伦特罗在人体累计至一定值，对人体会产生一定的危害。常规的克伦特罗检测方法有液相色谱法、液相色谱-质谱联用法等，均存在前处理以及进样过程中消耗大量有机试剂和需要废液处理等缺点。高效毛细管电泳法检测猪肉中的克伦特罗含量的方法。样品经过超声提取、蒸干复溶后，在15mmol/L磷酸盐为分离缓冲液的作用下使样品中的目标物得到了较好的分离，而且该方法在样品进样时消耗试剂远远小于液相色谱法以及液相色谱-质谱联用法。

在蛋白质和多肽的检测方面，毛细管电泳对比液相色谱存在一定的优势，具有更广泛的应用。保健食品中免疫球蛋白的检测方法，克服了常规检测方法中遇到的样品量较少等问题，能够在简化样品前处理的基础上，在低进样量的情况下保证高灵敏度和高重现性，具有较高的应用价值。使用毛细管电泳仪，以50mmol/L柠檬酸-20mmol/L柠檬酸三钠为电泳缓冲液，在分离电压22kV、紫外检测波长196nm的条件下，对畜禽肌肉中肌红蛋白和血红蛋白含量进行检测，准确度良好，为评价肉指标参数提供了更加实用的检测方法。 3.3 在其他方面的应用

毛细管电泳法在其他方面的应用也在陆续发展。与传统的色谱方法对比，毛细管电泳法还可以对物质之间的化学反应等进行动态研究。建立了毛细管电泳法对重瓣榆叶梅花朵生长过程中的DNA酶、RNA酶和细胞色素C含量及动态变化进行研究，可在20min内准确、快速、简便地完成检测。利用高效毛细管电泳法针对土壤中存在的三嗪类与磺胺类抗球虫药物进行研究，建立了同时分离检测土壤中两类抗球虫药物（磺胺、磺胺氯吡嗪、磺胺喹嗯啉、地克珠利）的方法，该方法简便快速、成本低，可应用于畜禽养殖场土壤中4种常用抗球虫药物的快速检测。

综上所述，毛细管电泳法又有样品使用率低、反应速度快、灵敏度高等优点，降低了试验成本，毛细管技术已日趋成熟。自20世纪80年代以来，毛细管电泳得到了快速发展，在临床应用和科学研究方面都取得了突破，国外在进行试验的同时，国内毛细管试验方面也在迅猛发展。随着研究的进行，毛细管电泳在众多领域得到重大应用将成为可能。 参考文献：

[1]胡灿，梅宏成，郭洪玲，朱军，权养科.毛细管电泳技术在微量物证检验中的应用[J].刑事技术，2016，41（05）：361-366.

[2]李晓娟，刘心，杨丽，李虹.基于毛细管电泳技术的毒品检验与溯源[J].分子科学学报，2016，32（04）：334-338.

[3]林华萍，代婷婷，徐向东，康维钧，王玮.毛细管电泳-化学发光联用技术应用研究进展[J].化学与生物工程，2016，33（04）：1-3+8.

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