毛細管電泳的前世今生
一,、毛細管電泳的原理簡介：
毛細管電泳（High Perfect Capillary Electrophoresis）,，又稱“毛細管電泳 (HPCE)”，指以高壓電場為驅(qū)動力,，以毛細管為分離通道,，依據(jù)試樣中各組分間淌度和分配行為上的差異而實現(xiàn)分
離的一種分離技術(shù)。
圖1 毛細管電泳簡易裝置
二,、毛細管電泳的專業(yè)術(shù)語：
1）電泳：在電解質(zhì)溶液中,，帶電粒子在電場作用下，以不同的速度向其所帶電荷相反方向遷移的現(xiàn)象叫電泳,。
2）電滲：在充滿電解質(zhì)溶液的毛細管柱中,，柱內(nèi)層氧化硅與溶質(zhì)的界面上形成雙電層。當高電壓通過此含有緩沖溶液的毛細管柱時,，而此時雙電層中的水合陽離子引起流體整體朝負極方向移動的現(xiàn)象叫電滲,。
3）電滲流（EOF）：當高電壓通過含有緩沖溶液的毛細管柱時，管內(nèi)的溶質(zhì)向陰極或陽極移動,，產(chǎn)生電滲流,。在柱內(nèi)層氧化硅與溶質(zhì)的界面上形成雙電層是電滲流產(chǎn)生的原因,。
圖2 毛細管雙電層與電滲流示意
粒子在電解質(zhì)中的遷移速度等于電泳和電滲流(EOF)兩種速度的矢量和,。
陽離子的移動方向和電滲流一致，會先流出,；中性粒子的電泳流速度為“0”,，其遷移速度等于電滲流速度；陰離子的移動方向和電滲流相反,，但因電滲流速度一般都大于電泳速度,，它將在中性粒子之后流出，從而實現(xiàn)分離,。
三,、毛細管電泳發(fā)展的發(fā)展歷程[1]：
1808年俄羅斯物理學家Von Reuss［2］發(fā)現(xiàn)電泳現(xiàn)象。
1867 年, Hjerten 采用內(nèi)徑3mm 的石英管, 內(nèi)涂甲基纖維素, 在旋轉(zhuǎn)下分離,紫外檢測, 實現(xiàn)了自由區(qū)帶電泳, 這是毛細管分析實踐的初嘗試,。
1981年Jorgenson和Lukacs［3－4］發(fā)表現(xiàn)代CE技術(shù)的里程碑性的成就,，分離丹酰化
氨基酸,，標志著毛細管電泳分析方法的建立,，標志著CE的誕生,，即毛細管區(qū)帶電泳（CZE）分離模式。他們使用內(nèi)徑為75μm的石英毛細管柱,，配合30kV的高電壓獲得了高于40萬理論塔板數(shù)的分離柱效,，他們設(shè)計出了結(jié)構(gòu)簡單的CE裝置，也從理論上推導出了毛細管區(qū)帶電泳(CZE)分離的效率公式,。
圖3 毛細管區(qū)帶電泳示意
1983年Hjerten［5］提出了在毛細管中填充聚丙烯酰胺凝膠的毛細管凝膠電泳(CGE)技術(shù),，標志著CGE分離模式的誕生。
1984年,，Terabe［6］在毛細管中使用含有表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS) 的背景電解質(zhì)成功地分離了中性化合物,，開創(chuàng)了膠束電動毛細管色譜(MEKC)
圖4 毛細管膠束電動色譜示意
1984年,由Walbrohel[7]等提出非水毛細管電泳,旨在解決強疏水性樣品在毛細管電泳中的分析分離問題,他們以乙腈為非水溶劑分離了幾何異構(gòu)體喹啉和異喹啉,取得了不錯的效果。
1985年,，Hjerten［8］又報道了新的毛細管等電聚焦技術(shù)(CIEF),。
圖5 毛細管等電聚焦示意
1985年，Knox［9］等利用超細的液相色譜的填料填充毛細管,，發(fā)展了毛細管電色譜技術(shù)(CEC),。
1994年Yan等人[10-12]在加壓洗脫電色譜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一臺商用加壓毛細管電色譜（pCEC）儀器，該系統(tǒng)由微流控系統(tǒng),、溶劑輸送系統(tǒng),、柱上紫外/可見光檢測器、高壓電源和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成,，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6,。系統(tǒng)有電滲流驅(qū)動和壓力流驅(qū)動兩種相結(jié)合，和CEC相比,，其分離能力和應(yīng)用范圍都得到了很大的提高[13],。
圖6 毛細管等電聚焦示意
毛細管等速電泳：將兩種淌度差別很大的緩沖液分別作為前導離子(充滿毛細管)和尾隨離子，試樣離子的淌度全部位于兩者之間,，并以同一速度移動,；負離子分析時，前導電解質(zhì)的淌度大于試樣中所有負離子的,。所有試樣都按前導離子的速度等速向陽極前進,，逐漸形成各自獨立的區(qū)帶而分離。陰極進樣,，陽極檢測,。
圖7 毛細管等速電泳示意
四、毛細管電泳幾種分離模式的原理及應(yīng)用：
表1 毛細管電泳的分離模式與應(yīng)用[14-15]
分離模式 | 簡稱 | 原理 | 應(yīng)用 |
毛細管區(qū)帶電泳 | CZE | 溶質(zhì)電泳淌度差異 | 離子/手性分離/環(huán)境分析 |
毛細管凝膠電泳 | CGE | 凈電荷性質(zhì)與分子大小 | 蛋白質(zhì)/核酸 |
毛細管膠束電動色譜 | MEKC | 疏水性差異 | 中性物質(zhì) |
非水毛細管電泳 | NACE | 非水溶質(zhì)電泳淌度差異 | 強疏水性樣品 |
毛細管等電聚焦 | CIEF | 等電點差異 | 氨基酸/多肽/蛋白質(zhì)/pKa |
毛細管等速電泳 | CITF | 淌度/電場強度差異 | 富集/濃縮 |
毛細管電色譜 | CEC | 溶質(zhì)分配系數(shù)差異 | HPLC+CE |
加壓毛細管電色譜 | pCEC | 溶質(zhì)分配系數(shù)差異 | Pressure+HPLC+CE |
五,、毛細管電泳的未來普及應(yīng)用展望：
自20世紀80年代誕生以來,，HPCE技術(shù)在理論與應(yīng)用方面，都得到了飛速的發(fā)展。其作為一種經(jīng)典電泳技術(shù)與現(xiàn)代毛細管微柱相結(jié)合的新興分離技術(shù),，由于其,、快速、柱平衡快,、低成本,、操作模式多樣且易于切換等優(yōu)點使得HPCE成為近年來分離科學的研究核心。今天,，HPCE技術(shù)已逐漸成熟,，在分析化學、生物化學,、環(huán)境化學,、有機化學、天然產(chǎn)物化學和藥物化學,、材料化學,、臨床化學等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。HPCE技術(shù)作為一種強有力的分離分析手段,，已成功地應(yīng)用于小分子,、大分子、中性化合物和荷電化合物的分離,。此外,，HPCE 技術(shù)還是測定物化參數(shù)的重要手段。也形成了許多HPCE技術(shù)的原理和應(yīng)用相關(guān)的許多專著和綜述論述,。
推廣與普及HPCE技術(shù),，使其發(fā)揮越來越重要的作用，成為一種便捷的日常分析方法,，還將取決于各種使用分析體系與工作條件的發(fā)展及標準化,。目前，HPCE已被寫入美國,、歐洲,、中國等藥典中，成為一種重要的分離檢測手段,。此外伴隨著生物制藥多肽、單克隆抗體以及核酸類藥物的崛起,，毛細管電泳作為一種*的表征手段,，必將隨著生物藥的興起而進入到一個重要的應(yīng)用實踐階段，正式走入各大生物制藥實驗室及生物制藥企業(yè)?，F(xiàn)如今HPLC技術(shù)與應(yīng)用已是非常成熟,，此外在儀器精度、重現(xiàn)性、可操性,、自動化程度方面,，也與HPLC、GC已相同,。之所以未能像HPLC,、GC一樣普及走進千家萬戶的檢測實驗室，主要原因是所用的工作條件或分離體系設(shè)計不恰當,、操作不方便,、結(jié)果不能重現(xiàn)，缺乏專業(yè)的人員及操作規(guī)范,。HPLC在實際應(yīng)用中的重現(xiàn)困難,，還需要專業(yè)的人員進行相關(guān)的培訓，讓更多人全面理解和掌握毛細管電泳的特點,，及時解決和排查實驗中的故障和困難,，讓實驗更加輕松更加流暢與。
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文章來源：微信公眾號 實驗室分析儀器
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