毛细管电泳分离技术的原理与应用

1 概述

　　毛细管电泳又称高效毛细管电泳，包括电泳、色谱及其交叉内容，是一类以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，以样品的多种特性为根据的液相微分离分析技术。CE 是分析科学中继高效液相色谱之后的又一重大进展，它使分析科学从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析乃至单分子分析成为可能。1983 年，Hjerten 先后提出了毛细管凝胶电泳和毛细管等电聚焦法，不仅大幅度提高了电泳效率，而且使之可以成为操作自动化，便于进行定性和定量工作。现在，毛细管电泳已经成为一种相当普遍的微量分离分析方法。随着相关标准方法的建立和推广应用，毛细管电泳已逐渐成为某些标准和常规的分析方法。

　　2 毛细管电泳分离技术的基本原理

　　在电场的作用下根据离子的迁移速度不同，以高压电场为驱动力，以内径 10-100μm 的毛细管为工具对样品组份进行分离和分析，毛细管电泳技术采用熔融石英管毛细管柱，石英管外包裹聚酰亚胺涂层以保持石英管的弹性，毛细管的内径达到微米级。因此，一方面可以分析量非常少的样品如单细胞组份的分析，另一方面因为比表面积大，横截半径小，具有较快的散热速度，克服了传统电泳散热效率差而不能采用高电场分离的问题。在毛细管电泳分离过程中，样品分子的迁移是有效电泳速度和电渗速度的综合表现。由于在毛细管中电渗速度比电泳速度大一个数量级，因此能实现样品组份同向泳动。

　　3 毛细管电泳技术的应用

　　3.1 在中药方面的应用

　　毛细管电泳技术 （CE） 应用到药学等领域是在八十年代后期出现的，其最高柱效可达到 105 个理论板数，最高灵敏度可以达到 10-19mol,有区带电泳，凝胶电泳等多种模式。CE 正逐渐成为药物鉴定的参考或标准方法，2010 版药典化药品种中就有采用了分离效能高的毛细管电泳法，而其中抑肽酶增加的去丙氨酸 - 去甘氨酸 - 抑肽酶和去丙氨酸 - 抑肽酶检查就是采用毛细管电泳法[2].

　　中药品种繁多、且产地各异、成分复杂，对药物进行定量分析是不可少的一项任务，如应用毛细管电泳法可以同时测定中成药中人参皂苷 Rgl、Re、红景天苷、淫羊藿苷、腺苷 5 种苷类成分的含量。陈琴华[1]等对植物药和中药中黄酮类化合物采用不同的毛细管电泳分离模式（有 CZE、MEKC 和 CEC）使之从中药和多种植物中更好的分离得到。此外，毛细管电泳技术在医药方面不仅可以进行定量分析，还可以用作建立复杂样品的指纹图谱，对手性药物进行分离分析和药物筛选或与其他仪器联用进行定性分析。

　　3.2 在食品方面的应用

　　食品安全关系着每个人的身体健康和生命安全，关系到社会稳定和国家经济的健康发展。因此食品安全成为了社会关注的重点问题，随着人们生活的水平的不断提高，食品也各式各样，但是食品中不乏掺有添加剂等危害人体健康的化学成分，对食品安全检测重要性也不言而喻，许多营养物质和有害物质的检测给传统的检测方法带来了很大的挑战，因此研究者们开始试着将毛细管电泳技术应用在食品检测从而取得了较好的结果，为食品检测开辟了一条新的途径。

　　比如脂肪酸检测应用中最广泛的检测方法是气相色谱法（GC）和高效液相色谱法（HPLC）。但是 GC 和 HPLC 分析方法测定时过程较为复杂，而采用毛细管电泳（CE）技术进行脂肪酸检测时，其优点是步骤简单、溶剂量少、分离模式多、分析时间短、环保等。利用CZE 的分离模式，基于样品荷质比的差异对样品分离，检测食用油是否掺假及源产地[1].又如有学者利用毛细管电泳法直接快速的测定出枳实和枳壳中的橙皮甙和柚皮甙这两种成分。

　　3.3 在临床医学上的应用

　　由瑞典 Uppsala 大学的 Tiselies 教授在上世纪三十年代创立的界面电泳成为早期的毛细管电泳技术，他在电场的作用下将蛋白质分子分成球蛋白和白蛋白等 4 个区带。随后又在 1950 ~ 1960 年间发明了纸上电泳，这一技术在医学和生物实验室得到了广泛的应用，大量的检测资料也证明了电泳图谱和有关临床病理是有所联系的。另外通过对支持介质的不断改进，各种电泳技术也得到了相应的发展和应用，使得电泳区带分离更加清晰，CE 在临床应用上也更为广阔。

　　3.4 在生命科学方面的应用

　　另外毛细管电泳技术在生命科学中也发挥着重要角色，其运用于DNA 的分析中最重要的优点是能够实现微量 DNA 的检测，当使用LIF 检测器时，它可以从几十纳克的固相硅胶树脂中检测到被吸附的几个纳克甚至是几个皮克的 DNA.所以，从若干细胞或者是几微升的血液中提取的 DNA 时可以直接被 CE 所定量分析，这用做 PCR 的扩增。而在微量氨基酸的测定中，利用高效毛细管区带电泳直接紫外检测法可以完成对 8 种非衍生化氨基酸的有效分离，将该方法用于由糖蜜生产的亮氨酸发酵液中缬氨酸和亮氨酸的含量测定时，也能取得相当好的效果。

　　4 展望

　　毛细管电泳技术现在已经成为一种基础性的分析工具，其应用范围不断扩大，并且随着不同领域研究的发展，其方法技术不断优化更新，而作为一种高效的分离技术因其具有样品处理步骤方便简单、又可以实现多种组分的同时测定、高效快速、自动化操作以及超低的检出限，因此 CE 被广泛的应用于食品、医药、临床、生命科学等方面的分析、分离、检测，另外毛细管电泳技术和其他检测方法的联用也将成为一种新的技术，将在各个领域得到更大的发展空间。

　　参考文献：

　　[1] 陈琴华，李鹏，朱军 . 毛细管电泳技术在黄酮类化合物分析中的应用进展 [J]. 医药导报 ,2012,31（10）：1329-1333.

　　[2] 于虹敏 , 林文津 , 徐榕青 . 毛细管电泳技术在药学研究的应用概述 [M]. 药物研究 .

　　[3] 赵雷 , 常辉 , 胡金山等 . 毛细管电泳在食用油脂脂肪酸检测中的应用 [J]. 农产品加工 , 2014.09（09）：66-68.