4 综述高效毛细管电泳技术的最新进展Word文档下载推荐.docx

1、但是，这些工作已显示出细内径毛细管给电泳分离带来的优越性，为CE的发展奠定了理论和实验基础。 1981年Jorgenson和Lukacs2,3的出色工作标志着CE的诞生。他们首次使用内径为75m的石英毛细管柱，配合30 kV的高电压获得了高于40万理论塔板数的分离柱效，他们不仅设计出了结构简单的CE装置，还从理论上推导出了毛细管区带电泳（CZE）分离的效率公式。CE高效、快速的特点以及与色谱的相似性，吸引了许多有经验的色谱工作者加入到研究CE的行列中，促进了毛细管电泳的近一步发展。Hjerten11于1983年提出在毛细管中填充聚丙烯酰胺凝胶的毛细管凝胶电泳（CGE）技术。1984年，Tera

2、be12使用含有表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的背景电解质成功地分离了中性化合物，开创了胶束电动毛细管色谱（MEKC）。1985年，Hjerten13又报道了新的毛细管等点聚焦技术（CIEF）。同年，Knox14等利用超细的液相色谱的填料填充毛细管，发展了毛细管电色谱技术（CEC）。这样，CE的几种主要分离模式在短短几年中就形成了，其高效、快速、柱平衡快、低成本、操作模式多样且易于切换等优点使得CE成为近年来分离科学的研究核心。Table 1-1列出了常用的CE模式及其基本原理。Table 1-1 毛细管电泳的几种分离模式及其主要分离机理分离模式主要分离机制毛细管区带电泳 （CZE）溶质在

3、自由溶液中的淌度差异毛细管凝胶电泳（CGE）溶质分子尺寸与电荷 / 质量比差异胶束电动毛细管色谱（MEKC）溶质在胶束与水相间分配系数的差异毛细管等电聚焦（CIEF）溶质等电点差异毛细管等速电泳（CITP）溶质在电场梯度下的分布差异毛细管电色谱（CEC）固定相存在下溶质分配系数差异1. 2毛细管电泳技术的最新进展1988年，随着第一台商品化的毛细管电泳仪问世，CE技术在其理论、仪器和应用方面得到飞速发展，新技术不断涌现，应用领域不断扩大。本文在SCI检索的基础上，对1995年以来CE技术在上述领域的最新进展进行综述。1. 2. 1 基本理论的进展1. 2. 1. 1 非水毛细管电泳（NACE）

4、在CZE广泛的应用例子中，大多是在水相完成的。近年来，非水介质的毛细管电泳得到了迅速发展，在基础理论和应用方面不断完善，文献逐年增多。NACE有很多优点15-19：（1） 增加CE分析对象，拓宽CE分析领域。（2） NACE增多了可优化参数的个数，如介质的极性、介电常数、粘性等，使在水溶液中难溶而不能用CE分离的对象，能在有机介质中有较高的溶解度而实现CE分离。（3） 对某些与水和非水溶剂都可溶的分析物，NACE能改善其分离度、提高灵敏度和选择性。与水体系相比，非水体系可承受更高的操作电压所产生的高电场，因而会有更高的分离效率，或者在不增大焦耳热的条件下可提高缓冲液的离子强度，因而增大了进量样

5、，能有更好的样品堆积效应，提高检测灵敏度。在非水介质中，溶质的溶剂化和离子对效应与水相中有很大不同。此性质使溶质在非水介质毛细管中的迁移时间发生改变，甚至完全改变电迁移顺序，因而可更好地进行选择性测定。（4）以质谱（MS）技术作为CE的检测手段时，非水介质为CE-MS提供了更多的优势。在以电喷雾离子化为接口的CE-MS中，甲醇、乙腈等溶剂比水的表面张力小，可用更低的电喷雾电压，增加电喷雾的稳定性、提高离子化效率。而且选用比水具有更低沸点的有机介质作为分离体系，可改善质谱的进样口去溶剂效果，并能降低背景信号，有利于提高分析灵敏度。M. L. Riekkola和Simo P. Porras在NAC

6、E领域做了出色的工作，对非水体系进行了系统的研究20-26。他们建立了以甲醇和乙腈为介质的非水体系，探讨了阴、阳离子如酸、碱性化合物在此非水体系中的电泳行为，深入研究了非水体系中离子对效应、涂壁毛细管（消除了电渗流的影响）对非水电泳行为的影响、比较了水和非水体系中酸碱性化合物物化参数的差异，并对被分析物的非水电泳行为进行了预测，研究表明实验值与理论值一致。此外，近年来还有多篇综述论述了NACE的基础理论27-30。NACE的应用范围很广，可应用于无机阴、阳离子和有机小分子、大分子的分离。I. Bjornsdottir综述了NACE在食品分析中的应用31，I. Bjornsdottir、A. T

7、ivesten和U. Backofen等综述了NACE在药物和体液分析中的应用31-34，有机酸和酚类成分的NACE分析也有综述35-38， K. D. Altria对带正电荷的无机和有机化合物的NACE分离进行了综述39，刘虎威研究组以甲醇为非水介质，对中药唐松草中八个异喹啉生物碱进行了成功的分离和测定40。1. 2. 1. 2 毛细管微乳电动色谱 （MEEKC）毛细管微乳电动色谱 （MEEKC） 是九十年代在胶束电动毛细管色谱（MEKC）基础上发展起来的一种电泳新技术。微乳液早在1943年即被发现，1959年被正式命名为微乳液。在分离分析化学中，微乳液最初曾经被用于高效液相色谱41。199

8、1年，Watarai第一次将其应用于CE42。 近年来，MEEKC方面的文章逐渐增多，是毛细管电泳研究的前沿领域之一。MEEKC可以同时分离水溶性的、脂溶性的、带电的或不带电的物质，所分离物质的极性范围与MEKC相比更宽。在MEEKC分离过程中，被分析物在微乳液滴和水相之间分配，化合物的疏水性不同，同微乳液滴的亲和作用不同。脂溶性越强，和微乳液滴的亲和作用越强，迁移时间越强。通常采用十二烷基苯测定分析物和微乳液滴的亲和常数43。 十二烷基硫酸钠（SDS）是MEEKC中最常用的阴离子表面活性剂，它分布于微乳液滴表面使其带负电荷，在电场力作用下，微乳液滴被阳极吸引，与电渗流的方向刚好相反, 但是电

9、渗流的速度要大于微乳液滴的迁移速度，所以带负电荷的微乳液滴最终向阴极移动。中性物质由于和微乳液滴表面的活性剂没有电荷相互作用，其分离机制就是电渗流驱动下的色谱过程；带正电的物质和微乳表面的负电荷有离子对的相互作用，带负电的物质和微乳液表面的负电荷有互斥作用，它们的分离过程是电泳和色谱综合作用的结果43。微乳液的组成与浓度、pH值、添加剂的种类和浓度、温度和电压，以及微乳液的制备程序都会对MEEKC分离产生重要影响43-44。 目前，MEEKC可用于分离多环芳烃、固醇类化合物、脂溶性维生素、糖类、蛋白类以及药物、手性物质和中性化合物，此外，MEEKC的另一大应用是测定物质的疏水常数。K. D.

10、Altria对MEEKC的应用进行了详尽的综述43，45。刘虎威研究组运用MEEKC对天然产物如山酮 （xanthone, XAN）、生物碱和皂苷类成分进行了分离研究，取得了良好的结果46-47。1. 2. 1. 3 手性分离第一篇CE手性分离的论文是由E. Gsaamann完成的，他采用铜-L组氨酸做为手性配基48。此后，CE手性分离的文献呈爆炸式增加，环糊精及其衍生物是其最常用的手性选择剂，所用CE分离模式多为CZE和MEKC49-50。 最近，新的手性选择剂如大环抗生素、天然和合成的手性胶束、冠醚、蛋白质、寡糖和聚糖等被人们采用，显示出较强的手性分离能力51-54。非水体系毛细管电泳的出

11、现使得电泳分离的领域扩展到一些不溶于水的化合物，且可施加很高的电场强度，因而具有更高的灵敏度和更好的峰形。非水体系毛细管电泳用于手性拆分时不仅具有以上优点，而且一些手性选择剂在非水溶剂中具有更高的溶解度。另外，同样的手性选择剂和待分析物在不同的有机相中结合常数不同，使得方法优化更为灵活55-60。有五篇综述详尽论述了近五年来CE手性分离的发展情况61-65。1. 2. 1. 4 毛细管电色谱（CEC）CEC是依靠电渗流来驱动流动相的毛细管液相色谱，它有高效液相色谱（HPLC）的高选择性，同时兼具CE的高效性66-68。传统的电色谱柱是将HPLC填料装入毛细管，但由于装柱困难且易产生气泡而在一定

12、程度上阻碍了电色谱的发展69-70。通过柱内合成的方法直接在毛细管中制成连续床毛细管电色谱柱，可避免在柱两端制备烧结筛板。1995年，F. Svec等71-72首次将连续床色谱柱用于CEC，此后，有关毛细管中原位合成连续床电色谱柱的方法得到了应用73-77。近来，各种类型的原位聚合整体柱及硅胶整体柱的制备和应用得到了迅速发展，F. Svec综述了原位聚合整体柱的制备和应用78，N. Tanaka综述了硅胶整体柱的最新进展79。Liu综述了各种不同的CEC填充柱、开管柱、整体柱的制备方法和特点，并对CEC柱的制备和化学修饰进行了阐述80。刘虎威研究组把磷酸锆的纳米材料键合到毛细管中，然后将手性选

13、择剂溶菌酶素涂布到纳米材料涂层上，实现了D, L -色氨酸的手性分离81。1. 2. 1. 5 亲和毛细管电泳（ACE）在对分子之间非键合作用（即超分子化学）的研究中，ACE是强有力的手段。蛋白质和肽是ACE的主要研究对象82，此外，ACE在胰岛素与皮质醇分析、小分子药物及体液中药物分析、食品分析等领域有着广阔的应用。苏萍、G. Rippel 和D. Schmalzing83-86对ACE的原理和应用进行了综述。主、客体结合常数的测定对于抗原与抗体反应、蛋白质和药物的相互作用以及手性选择剂和手性药物的相互作用，起着重要作用。最近，有四篇综述论述了ACE测定主、客体结合常数的方法、应用和进展87

14、-90。刘虎威研究组用ACE测定了十种XAN类成分与二种环糊精的包合常数，并用结构色谱保留定量关系（QSRRs）研究了CE分离机理91。1. 2. 1. 6 毛细管电泳柱上富集技术毛细管电泳一般采用紫外柱上检测，灵敏度较低，因而限制了其应用。采用电化学、激光诱导荧光和质谱检测成本很高，柱前预富集操作繁琐，因而发展柱上富集技术有着重要意义。有四篇文献综述了毛细管电泳柱上富集技术的原理及其应用的最新进展92-95。1. 2. 2 仪器的进展1. 2. 2. 1 检测器和联用技术近年来，毛细管电泳的检测器和联用技术发展很快，Zhang和Paze综述了荧光检测器的进展96-97, Liu综述了电化学检

15、测器的进展98, Matysik综述了在非水毛细管电泳中，电化学、荧光和质谱检测器的特点及其应用99, Wu综述了毛细管电泳整体检测技术，该技术在毛细管等点聚焦中有着较好的应用前景100。 有关CE的联用技术也有较快的发展，Von Brocke A101综述了CE-MS的进展，Miranda综述了流动注射与CE联用技术的进展102, Valcarcel综述了用于在线样品预处理的自动恒流系统（CFS-CE）与CE的联用技术103，陈义等研究了瑞利光散射检测器和CE的联用，并用于测定金属离子104。1. 2. 2. 2 微流控芯片（Chips）:微流控芯片作为一个重要的技术领域，得到越来越多的关注

16、，其所涉及的对象从生物大分子（DNA、蛋白、糖）、生物小分子（氨基酸、神经递质）、胶体微粒到金属离子、无机物等。对于微流控芯片的装置、理论研究和应用的最新进展有多篇综述105-109。1. 2. 3 应用的进展作为一种高效分离技术，CE的应用领域非常广泛，不仅适用于离子型化合物和小分子的分离，而且还适用于中性化合物和大分子的分离。有大量文献论述了CE在各个领域的应用，本文对CE近年来在应用方面的综述进行总结，见 Table 1-2。由于本文篇幅有限，对各综述所引的二次文献不作过多的介绍。Table 1-2 毛细管电泳技术的应用应用领域参考文献氨基酸、蛋白质和多肽110 119 药物分析120

17、127食品分析128 133环境分析134 136手性分离61 65 物化常数测定 87 90、137-140 参考文献1 F. Von Reuss, Commol / Lent Soc. Phys. Univ. Mosquensem 1808, 1, 141.2 J. W. Jorgenson, K. D. Lukacs, Anal. Chem. 1981, 53, 1298.3 J. W. Jorgenson, K. D. Lukacs, J. Chromatogr. 1981, 218, 209.4 J. Parath, Biophys. Acta. 1956, 22, 151. 5 J

18、. Uriel, J. Berges, C. R. Acat. Sci Paris 1966, 262, 164.6 O. Smithies, Nature 1955, 175, 307.7 S. Raymond, L. Weintraub, Science 1959, 130, 711.8 S. Hjerten, Chromatogr. Rev. 1967, 96, 122.9 F. E. P. Mikkers, F. M. Everaerts, T. P. E. M. Verheggen, J. Chromatogr. 1979, 169, 11.10 R. Virtenen, Acta.

19、 Polytech. Scan. 1974, 123, 1. 11 S. Hjerten, J. Chromatogr. 1983, 270, 1.12 S. Terabe, K. Otsuka, K. Ichikawa, et al, Anal. Chem. 1984, 56, 111.13 S. Hjerten, M. D. Zhu, J. Chromatogr. 1985, 346, 265.14 J. H. Knox, L. H. Grant, Chromatographia 1987, 24, 135.15 I. E. Valko, H. Siren, M. L. Riekkola,

20、 LC-GC 1997, 15, 560.16 K. Sarmini, E. Kenndler, J. Chromatogr. A 1997, 792, 3.17 M. T. Browser, A. R. Kranack, D. D. Y. Chen, Trends Anal. Chem. 1998, 17, 424.18 J. L. Miller, M. G. Khaledi, High Performance Capillary Electrophoresis. Theory, Techniques, and Applications, Chemical Analysis Series,

21、Vol. 146, Wiley, New York 1998, Charter 15.19 M. L. Riekkola, M. Jussila, S. P. Porras, I. E. Valko, J. Chromatogr. A 2000, 892, 155. 20 S. P. Porras, M. L. Riekkola, E. Kenndler, J. Chromatogr. A 2001, 905, 259.21 S. P. Porras, P. Jyske, M. L. Riekkola, E. Kenndler, J. Microcol. Sep. 2001, 13, 149.

22、22 S. P. Porras, M. L. Riekkola, E. Kenndler, Chromatographia 2001, 53, 290.23 S. P. Porras, S. K. Wiedmer, S. Strandman, H. Tenhu, M. L. Riekkola, Electrophoresis 2001, 22, 3805.24 S. P. Porras, M. L. Riekkola, E. Kenndler, Electrophoresis 2001, 22, 3798.25 S. P. Porras, M. L. Riekkola, E. Kenndler

23、, J. Chromatogr. A 2001, 924, 31.26 S. P. Porras, M. L. Riekkola, E. Kenndler, Electrophoresis 2002, 23, 367.27 M. L. Riekkola, Electrophoresis 2002, 23 （3）, U3.28 F. Steiner, M. Hassel, Electrophoresis 2002, 21 （18）, 3994.29 F. Wang, M. G. Khaledi, Anal. Chem. 1996, 68 （19）, 3460.30 S. P. Porras, M

24、. Jussila, K. Sinervo et al, Electrophoresis 1999, 20 （12）, 2510.31 I. Bjornsdottir, J. Tjornelund, S. H. Hansen, Electrophoresis 1998, 19 （12）, 2179.32 I. Bjornsdottir, J. Tjornelund, S. H. Hansen, J. Capillary Electrophoresis 1996, 3 （2）, 83.33 A. Tivesten, S. Folestad, V. Schonbacher et al, Chrom

25、atographia 1999, 49, S7.34 U. Backofen, F. M. Matysik, C. E. Lunte, J. Chromatogr. A 2002, 924 （1-2）, 259.35 J. L. Miller, D. Shea, M. G. Khaledi, J. Chromatogr. A 2000, 888 （1-2）, 251.36 B. Kim, M. S. Chun, S. Shin, D. S. Chung, Bulletin of the Korean Chemical Society 1999, 20 （12）, 1483.37 J. H. T

26、. Luong, A. Hilmi, A. L. Nguyen, J. Chromatogr. A 1999, 864 （2）, 323.38 M. S. Bellini, Z. Deyl, I. Miksik, Forensic Science International 1998, 92 （2-2）, 185.39 K. D. Altria, M. Wallberg, D. Weaterlund, J. Chromatogr. B 1998, 714 （1）, 99.40 X. D. Su, T. Bo, K. A. Li, H. W. Liu, Chromatographia 2002,

27、 55 （1/2）, 63. 41 Hansen SH, Gabel-Jensen C, El-Sherbiny DTM et al，Trac-Trend Anal Chem. 2001, 20（11）, 614.42 Watarai H., Chem. Lett. 1991, 391. 43 K. D. Altria, J Chromatogr. A 2000, 892 （1-2）, 171.44 K. D. Altria, Chromatographia 1999, 49 （7-8）, 457.45 K. D. Altria, J Chromatogr. A 1999, 844 （1-2）

28、, 371.46 T. Bo, X . D. Yang, H. W. Liu et al, Chinese Chemical Letters 2002, 13 （9）, 877.47 T. Bo, M. Li, K. A. Li, H W. Liu et al, Chromatographia 2002, 56 （11/12）, 709.48 E. Gassmann, J. E. Kuo, R. N. Zare, Science 1985, 230, 813.49 K. Otsuka, S. Terabe, in: Guzman, N. A., （Ed.）. Capillary Electro

29、phoresis Technology, Mercel Dekker, New York, NY 1993, pp. 617-619.50 任雪芹，北京大学博士论文：多种模式环糊精-毛细管电泳分离手性药物，1999.51 A. Amini, Electrophoresis 2001, 22 （15）, 3107.52 H. Fangmin, H. He, Chinese J. Anal. Chem. 2002, 30 （5）, 621.53 H. Nishi, Y. Kuwahara, J. Biochem. Bioph. Meth. 2001, 48 （2）, 89.54 T. J. Ward, A. B. Farris, J. Chromatogr. A 2001, 906 （1-2）, 73.5