胡晓峰
(中国矿业大学化工学院，徐州)
摘要：本文对毛细管电泳技术基本原理进行回顾，并简要介绍了当前毛细管电泳技术发展情况。
关键词：毛细管电泳技术；原理；发展
毛细管电泳法（capillary electrophoresis，CE）是20世纪80年代发展起来的一种以电场为推动力的高效分离技术，利用离子在电场力作用下迁移速度的不同对组分进行分离和分析，该方法具有成本低、污染小、高效和操作简单等优点[1]。 工字钮
1.原理
离子或带电粒子在外加电场的作用下，在分散介质中定向移动的现象称作电泳。粒子带电量不同，在电场中电泳速率也不同，因而可以获得分离，因此电泳技术是适合分离离子和带电粒子的技术。
毛细管电泳以毛细管为分离通道，毛细管能有效减少因焦耳热效应导致的区带展宽，以高压电场为驱动
力，在外电场作用下，带电粒子在毛细管内电解质溶液中作定向移动，获得很高的分离效率，分析时间也大大缩短，试样分析范围宽，检出限低。
当pH>3时，毛细管内壁的硅羟基Si-OH电离成SiO-，使其带负电荷。与所接触的电解质溶液形成双电层，于是毛细管内溶液表层形成了一个圆筒形的阳离子套，在高压作用下，该阳离子套将携带整个溶液向负极方向流动。管内液体在外加电场的作用下朝一个方向移动的现象，称为电渗流（EOF）。电渗流与溶液成分、浓度及pH、毛细管材质、溶液离子淌度有关。通过对电渗流大小的控制可以影响电泳分离的效率、选择性和分离度。带电粒子在毛细管内电解质溶液中的迁移速率等于电泳速率和电渗速率的总和。电渗流方向正极到负极，阳离子向阴极迁移，与电渗流方向一致，移动速率最快，最先流出；阴离子向阳极运动与电渗流方向相反，但是电渗流移动速率比电泳速率大，所以，阴离子缓慢的在电渗流作用下移向阴极，最后流出：中性分子随电渗流迁移，利用中性分子出峰时间可以测定电渗流迁移速率的大小[2]。
2.毛细管电泳仪组成
毛细管电泳仪主要由高压电源、毛细管、电泳槽和检测器等部件组成。 （1）高压电源为分离提供动力，输出直流电压一般为0~30kV，纵向电场强度高达400V·cm-1，分离效率高，短时间实现分离操作。
（2）毛细管常用石英毛细管，内径为25~75μm，有效长度为80~100cm，柱温一般控制在±0.1℃。烫毛机
（3）电泳槽盛放待测试样、缓冲溶液和电极，常用材质为塑料或玻璃。
（4）检测器将试样分离后的组分信号转换成响应信号，对迁移时间作关系曲线，即电泳谱图。
3.毛细管电泳法发展
毛细管电泳法广泛用于生命科学、环境检测、药物分析和食品检验等。在实际检测中，被检测物含量往往很低，而且检测信号还易受外界因素干扰。因此，迫切需要灵敏度高的分析方法。人们对毛细管电泳法进行改进、发展。
3.1与其他技术联用
(1)毛细管电泳-质谱检测法(CE-MS)
CE-MS是通过测定各峰的组分碎片离子质荷比对样品中物质实现定性和定量分析的[3]。此技术对样品定量分析灵敏度和准确性高，干扰少。CE-MS联用中，接口的性能优劣是关键因素。接口技术必须考虑检测的高灵敏和仪器的高稳定性。CE-MS技术的应用主要针对食品营养与安全分析、药物分析、代谢组学分析及离子分析。樊静[4]运用CE-MS技术，结合主成分分析，对胃癌患者的尿液中氨基酸进行了分析，检测结果能较准确地反映尿液中氨基酸变化，从而反馈被化验者健康信息。
（2）毛细管电泳-紫外检测法(CE-UV)
CE-UV是利用物质对紫外吸收性质，进行定性定量分析。针对某些物质对紫外吸收较弱[5]，可以在样品溶液中加入缓冲溶液提高分析灵敏度。Jiang[6]在分析人体唾液和绿茶中的氨基酸时，缓冲溶液中加入了体积分数0.05%HAc，pH=4.5进行了分析检测，灵敏度显著提高。
（3）毛细管电泳-激光诱导荧光检测法(CE-LIF)
首先对样品进行衍生化处理，使被检测样品有荧光吸收特性。CE-LIF法具分析灵敏度极高、选择性好、进样量少。因此，在疾病诊断、评估和监测疾病对药物方面应用较多。王宇飞等[7]以4-氯-7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑（NBD-F）为衍生剂，用CE-LIF法分析了谷胱甘肽钠药品中氨基酸含量，分析时间为11 min，检测限可达为0.1μg/mL。
(4)毛细管电泳-电化学检测法(CE-EC)
CE-EC分为电导检测法、电位检测法和安培检测法等，利用物质电信号不同实现检测的方法。具有质量检出限低、线性范围宽、设备简单、价格低廉、高效快速等特点。董永平等[8]用Ag2S/Cu2S纳米晶修饰玻碳电极检测了半胱氨酸，检出限可达6.0×10-6mol/L。将电化学与化学发光检测相结合，发展成为一种新型检测方法，除具有传统化学发光分析法的优点，还具有反应过程控制性强、发光
信号易于检测、易于微型化的优点。杜艳等[9]采用集成铜微电极的聚甲基丙烯酸甲酯(P MMA)电泳芯片，采用直接电化学安培检测模式，在3c m长的毛细管内使精氨酸与亮氨酸获得较好的分离效果。
(5)免疫毛细管电泳（CEIA）
蛭石板
利用免疫分析的特异性在柱前或柱内进行免疫反应，毛细管将抗原（抗体）与抗原-抗体复合物进行分离之后实现定性或定量。因其快速、简便、灵敏、经济、检测范围广等特点而成为食品安全快速精准检测中发展最为迅速的检测手段之一。
CEIA存在两种免疫分析方法，即竞争法与非竞争法。在竞争法中，标记抗原和样品中的抗原同时去竞争有限的抗体，生成标记抗原-抗体复合物、样品抗原-抗体复合物，剩余的游离标记抗原及游离样品抗原。游离标记抗原和标记复合物能在CE中分离并检测得到信号，因此可以通过他们的比例关系来定量。张灿等[10]采用竞争法CEIA检测了鱼肉、鸡肉等食品中的氯霉素含量，测得氯霉素在实际样品中的检测限为0.035μg/kg。非竞争法的模式的CEIA又称亲和探针毛细管电泳，样品中的抗原与过量的标记抗体反应，产物中有标记抗体-抗原复合物以及剩下的没有反应的游离抗体标记抗体，用CE分离后，检测器虽可检测到以上两种物质的信号，但标记抗体浓度过高，信号不能充分体现动力学范围，因而可利用复合物的信号作为定量依据。王清刚等[11]用非竞争法测定牛血清蛋白（BSA），检出限为5nmol/L。
3.2涂层毛细管技术
随着材料科学的迅猛发展，新型功能材料在毛细管电泳分离手性物质中的应用日益广泛，通过物理吸附或化学键合的方式将其涂覆在毛细管内壁，实现对目标分析物分离。
(1)开口柱
金纳米颗粒具有制备简单、粒径可控、尺寸分布窄、水溶性好和易于修饰等特点，可作为开口毛细管的手性固定相。李向良等[12]在毛细管内壁引入聚多巴胺涂层制备二氧化钛涂层毛细管柱，以5种阴离子、生物碱作为分离对象结果显示，5种阴离子及生物碱在该涂层毛细管柱上均能得到较好的分离。
金属有机骨架材料是一种新型的有机配体与金属离子通过自组装形成的结晶材料，具有比表面积大、热稳定性好、结构多样性和孔隙可调等特点，用动态涂层方法将[Zn2(D-Cam)2(4,4’-bpy)]涂覆在毛细管内表面，并将此柱成功应用于手性化合物黄烷酮、喹诺酮、硝基酚以及紫罗酮位置异构体的分离。
（2）整体柱
引向器
功能化的纳米颗粒不仅可添加到运行缓冲液中作为准固定相来对目标分析物
进行手性分离，也可作为整体柱固定相来对目标化合物进行手性分离。柯雅莉等[13]用新型手性选择
剂双-(6-氧-间硝基苯磺酰基)-β-环糊精，制备成新型手性整体柱，实现了普罗帕酮对映异构体分离分析的新方法。
4.结语
毛细管电泳技术独特的优势在各个领域得到了广泛应用。随着时代发展，被检测物质的多样性及其成分的复杂性对分析检测方法提出了更高的要求。传统的毛细管电泳技术存在灵敏度较低、检测窗口较窄等缺点，这需要我们进一步研发新的毛细管电泳技术。
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