1基础理论 双电层 • Zeta 电势 • 淌度 • 2分类 • 3特点 • 4仪器系统 • 5分离因素 • 缓冲液 • pH值 • 分离电压 • 温度 • 添加剂 • 进样 • 6结合常数 • 7质谱联用 • 8微全分析 • 9应用 • 综述 • 药物制剂分析 • 药物杂质检查 • 中药分析 • 手性药物分析 • 生物样本

一、基础理论 1.1 电层 电层是指两相之间的分离表面由相对固定和游离的两部分离子组成的。双电层是与表面异号的离子层，凡是浸没在液体中的界面都会产生双电层。在毛细管电泳中，无论是带电粒子的表面还是毛细管管壁的表面都有双电层。

1.2 Zeta 电势 电介质溶液中，任何带电粒子都可被看成是一个双电层系统的一部分，离子自身的电荷被异号的带电离子中和这些异号离子中有一些被不可逆的吸附到离子上，而另一些则游离在附近，并扩散到电介质中进行离子交换。“固定”离子有一个切平面，它和离得最近的离子之间的电势则被称之为离子的Zeta 电势。石英材质的毛细管是毛细管电泳中最常使用的毛细管，管子内表面在pH>3 情况下带负电，管子与溶液的界面上形成大小相等符号相反的电荷层，即为双电层。当管子内表面与溶液接触时，会形成紧贴内表面的和游离的两部分离子，其中第一部分又称之为Stern 层，第二层为 扩散层。 扩散层中游离离子的电荷密度随着和表面距离的增大而急剧减小。在Stern 层和 扩散层起点的边界层之间的电势称之为管壁的Zeta 电势。典型值大体在0-100 mV 之间，Zeta 电势的值随距离增大按 指数衰减，使其衰减一个指数单位所需的距离称之为双电层的厚度（δ）。熔硅表面的Zeta 电势与它表面上的电荷数及双电层厚度有关，而这些又受到离子的性质、缓冲溶液pH 值、缓冲溶液中阳离子和熔硅表面间的平衡等因素的影响。

1.3 淌度 带电粒子在直流电场作用下于一定介质（溶剂）中所发生的定向运动称为电泳。单位电场下的电泳速度称为淌度。在无限稀释溶液中（稀溶液数据外推）测得的淌度称为绝对淌度。电场中带电 离子运动除了受到 电场力的作用外，还会受到 溶剂阻力的作用。一定时间后，两种力的作 用就会达到平衡，此时 离子作 匀速运动，电泳进入稳态。 实际溶液的活度不同，特别是酸碱度的不同，所以样品分子的 离解度不同，电荷也将发生变化，这时的淌度可称为有效 电泳淌度。一般来说， 离子所带电荷越多、 离解度越大、体积越小，电泳速度就越快。

电渗、电渗流和表观淌度电渗是推动样品迁移的另一种重要动力。所谓电渗是指毛细管中的溶剂因轴向直流电场作用而发生的定向流动。电渗是由定域电荷引起。定域电荷是指牢固结合在管壁上、在电场作用下不能迁移的离子或带电基团。在定域电荷吸引溶液中的反号 离子并与其构成的 双电层，致使 溶剂在 电场作用（以及碰撞作用）下整体定向移动而形成 电渗流（ 毛细管中的电渗流为平头塞状）。毛细管区在电泳条件下， 电渗流从 阳极流向 阴极。 电渗流大小受到Zeta 电势、 双电层厚度和介质粘度的影响，一般说来，Zeta 电势越大，双电层越薄，粘度越小，电渗流值越大。在毛细管电泳中，样品分子的迁移是有效 电泳淌度和 电渗流淌度的综合表现，这时的淌度称为表观淌度。在多数的 水溶液中， 石英（或玻璃） 毛细管表面因硅羟基解离会产生负的定域电荷，产生指向 负极的 电渗流。在 毛细管中 电渗速度可比电泳速度大一个数量级，所以能实现样品组分同向泳动。正离子的运动方向和电渗和电泳一致，因此它应最先流出。中性分子与电渗流同速，随电渗而行。负离子因其运动方向和 电渗相反，在中性粒子之后流出。 电渗流与pH 的关系十分密切。 电渗受Zeta 电势的影响，Zeta 电势由毛细管壁表面的电荷决定，而电荷又受到缓冲溶液的pH 值影响，所以电渗流的值是缓冲溶液的pH 值的函数，一般随pH 值的增大而增大，到中性或碱性时，其值会变得很大。此外，任何影响管壁上解离的因素，如毛细管洗涤过程、电泳缓冲液组成、 粘度、温度等都会影响或改变电渗流。电磁场以及许多能与毛细管表面作用的物质如表面活性剂、蛋白质等，都可以对电渗流产生很大影响。电渗在电泳分离中扮演着重要角色，是伴随电泳产生的一种电动现象。多数情况下，电渗流速度是电泳速度的5-7 倍。因此，在毛细管电泳（CE）中利用电渗流可将正、负离子和中性分子一起朝一个方向产生差速迁移，在一次CE操作中同时完成正、负离子的分离测定。由于电渗流的大小和方向可以影响CE分离的效率、选择性和分离度，所以成为优化分离条件的重要参数。 电渗流的细小变化将严重影响CE 分离的重现性（迁移时间和峰面积）。所以，电渗流的控制是CE 中的一项重要任务。用来控制电渗流的方法主要有改变 缓冲溶液的成分和浓度；改变缓冲溶液的pH 值；加入添加剂；毛细管内壁改性-物理或化学方法涂层及动态去活；外加径向 电场；改变温度等。中性物质可以用作测定电渗的标记物。例如 二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、β-萘酚、丙酮、甲醇和乙醇等，均可作为电渗标记物。

2分类 分离模式 毛细管电泳根据分离模式不同可以归结出多种不同类型的毛细管电泳，见 表1。 毛细管电泳的多种分离模式，给样品分离提供了不同的选择机会，这对复杂样品的分离分析是非常重要的。

表1毛细管电泳类型

类型 缩写 说明 1单根毛细管 毛细管区带电泳 CZE 毛细管和电极槽灌有相同的缓冲液 毛细管等速电泳 CITP 使用两种不同的CZE 缓冲液 毛细管等电聚焦 CIEF 管内装pH 梯度介质，相当于pH 梯度CZE 胶束电动毛细管色谱 MEKC 在CZE 缓冲液中加入一种或多种胶束 微乳液毛细管电动色谱 MEEKC 在CZE 缓冲液加入水包油乳液高分子离子交换 毛细管电动色谱 PICEC 在CZE 缓冲液中加入可微观分相的高分子离子 开管毛细管电色谱 OTCEC 使用固定相涂层毛细管，分正、反相于离子交换 亲和毛细管电泳 ACE 在CZE 缓冲液或管内加入亲和作用试剂 非胶毛细管电泳 NGCE 在CZE 缓冲液中加入高分子构成筛分网络 2单根填充管 毛细管凝胶电泳 CGE 管内填充凝胶介质，用CZE 缓冲液 聚丙烯酰胺 毛细管凝胶电泳 PA- CGE 管内填充聚丙烯酰胺凝胶 琼脂糖毛细管凝胶电泳 Agar-CGE 管内填充琼脂糖凝胶 填充毛细管电色谱 PCCEC 毛细管内填充色谱填料，分正、反相于离子交换等 3 阵列毛细管电泳 CAE 利用一根以上的毛细管进行CE 操作 4 芯片式毛细管电泳 CCE 利用刻制在载玻片上的毛细通道进行电泳 5 联用 毛细管电泳/质谱 CE/MS 常用电喷雾接口，需挥发性缓冲液 毛细管电泳/核磁共振 CE/NMR 需采用停顿式扫描样品峰的测定方法 毛细管电泳/激光诱导荧光 CE/LIF 具单细胞、单分子分析潜力 2. 操作方式 毛细管电泳仪 毛细管电泳可以按操作方式重新分为手动、半自动及全自动型毛细管电泳。 3. 分离通道形状 按分离通道形状分为圆形、扁形、方形 毛细管电泳等。 4. 缓冲液的介质 根据配制 缓冲液的介质的不同，可以把CE分为 水相毛细管电泳和 非水毛细管电泳（NACE）。NACE是以 有机溶剂作介质的 电泳缓冲液代替以水为介质的 缓冲溶液，增加了疏水性物质的溶解度，特别适用于在 水溶液中难溶而不能用CE分离的物质或在水溶液中性质相似难以分离的 同系物，拓宽了CE的分析领域。

3特点 毛细管电泳通常使用内径为25-100 μm 的弹性（ 聚酰亚胺）涂层熔融 石英管。标准 毛细管的 外径为375 μm，有些管的外径为160 μm。 毛细管的特点是：容积小（一根100 cm×75 μm 管子的容积仅4.4 μL）；侧面/ 截面积比大，因而散热快、可承受高 电场（100-1000 V/cm）；可使用自由溶液、凝胶等为支持介质；在溶液介质下能产生平面形状的 电渗流。

由此，可使 毛细管电泳具备如下优点： （1） 高效塔板数目在105-106 片/m 间，当采用CGE 时，塔板数目可达107 片/m 以上；(2） 快速一般在十几分钟内完成分离；（3） 微量进样所需的样品体积为nL 级；

（4） 多模式可根据需要选用不同的分离模式且仅需一台 仪器；（5） 经济实验消耗不过几毫升 缓冲溶液，维持费用很低；（6） 自动CE 是目前自动化程度较高的分离方法。

毛细管电泳的缺点是： （1） 由于进样量少，因而制备能力差；（2） 由于 毛细管直径小，使光路太短，用一些检测方法（如 紫外吸收光谱法）时，灵敏度较低；（3） 电渗会因 样品组成而变化，进而影响分离重现性。

4仪器系统 毛细管电泳系统的基本结构包括进样系统、两个缓冲液槽、高压电源、 检测器、控制系统和 数据处理系统。

1－温度控制系统；2－高压电源；3－高压电极槽；4－ 毛细管；5－ 检测器；6－低压电极槽；7－铂丝电极；8－记录/数据处理 由于 毛细管内径的限制，检测信号是CE系统最突出的问题。紫外可见法（UV）是CE常用的检测方法，但是受到 仪器、单波长等因素的限制。目前应用最广泛的是二极管阵列（PDA） 检测器。常规的 检测器还有灵敏度很高的 激光光热（LIP）和 荧光（FL）检测器。近些年，在实际应用中还产生了 激光诱导 荧光（LIF）、有良好 选择性的安培（EC）、通用性很好的电导（CD）助以及可以获得结构信息的质谱（MS）等多种 检测器。迄今为止，除了 电感耦合等 离子体（ICP）和红外（IR）技术没有和CE联用，其他的检测方法均和CE联用并且大部分实现商品化。使用CE时应该根据所分析物质的特点，选择相应分离模式和 检测器，以扬长避短，得到最佳分析效果。

毛细管电泳仪的主要部件和其性能要求如下。 （1） 毛细管用弹性 石英毛细管，内径50μm和75μm两种使用较多（ 毛细管电色谱有时用内径再大些的毛细管）。细内径分离效果好，且 焦耳热小，允许施加较高电压，但若采用柱上检测因 光程较短 检测限比较粗内径管要差。 毛细管长度称为总长度，根据分离度的要求，可选用20～100cm长度，进样端至 检测器间的长度称为有效长度。 毛细管常盘放在管架上控制在一定温度下操作，以控制 焦耳热，操作缓冲液的黏度和 电导度，对测定的重复性很重要。

（2） 直流高压电源采用0～30kV（或相近）可调节直流电源，可供应约300μA电流，具有稳压和稳流两种方式可供选择。

（3） 电极和电极槽两个电极槽里放入操作缓冲液，分别插入 毛细管的进口端与出口端以及铂电极，铂电极接至 直流高压电源，正负极可切换。多种型号的 仪器将样品瓶同时用做电极槽。

（4）冲洗进样系统每次进样之前 毛细管要用不同溶液冲洗，选用自动冲洗进样 仪器较为方便。进 样方法有压力（加压）进样、负压（减压）进样、虹吸进样和电动（电迁移）进样等。进样时通过控制压力或电压及时间来控制进样量。