摘要:論述了毛細管電泳法的優點及在分離等眾多領域的應用前景。闡述了毛細管電泳技術的分離模式、分離原理、聯用技術及涂層技術。著重介紹了毛細管電泳介孔材料涂層技術的原理及應用，如涂層技術在毛細管電泳法分析過程中的研究及發展，在藥物拆分、環境監測、臨床檢測等領域應用等。

　　關鍵詞:毛細管電泳法,涂層技術,介孔材料,應用

　　毛細管電泳法是現今熱門的色譜分析技術之一，由于具有進樣少、無污染、分離效果好、靈敏度高、操作簡單等特點，得到各領域專家的廣泛關注，毛細管電泳技術也因此得到快速發展。按照分離模式、分離原理、聯用技術及涂層技術的不同，可將毛細管電泳法進行不同的分類[1]。這些技術的進步大大促進了毛細管電泳技術發展及應用。

　　與此密切相關的涂層技術更是得到快速發展，尤其是介孔材料涂層技術的研究，在手性藥物的拆分等領域取得令人驚喜的成績。與此同時，毛細管電泳技術的分離及拆分機理也得到發展，讓毛細管電泳技術更加有理有據，進而促進毛細管電泳法的快速發展。同時，也拓寬了介孔材料的應用范圍。介孔材料的粒子孔徑在2nm～50nm之間，由于孔徑小、分散度高、比表面積大等優點，可以很好地吸附在毛細管內壁，改善毛細管的結構，實現毛細管電泳技術對多種物質的分離。由于毛細管電泳涂層技術的發展進一步帶動其在各領域的應用。

　　目前，毛細管電泳技術比較熱門的應用領域主要有食品營養與安全、臨床樣本檢測、藥物分析、生命科學研究、環境監測等。隨著毛細管電泳技術的發展與機理的深入研究，相信毛細管電泳法會有更寬廣的發展及應用前景。

　　1毛細管電泳法的分離原理

　　毛細管電泳法儀器的分離通道是毛細管柱，一般以石英或玻璃為原材料制成。因內壁的表面易形成硅羥基及硅氧負離子，在電場為驅動力的推動下，依據樣品中各組分的淌度(單位電場強度下的遷移速度)或分配行為的差異而實現各組分分離[1]。

　　與一般色譜技術的主要區別在于其分離原理不是基于組分在流動相和固定相中分配系數不同，而是在電場作用下離子遷移速度的不同[1-2]。毛細管電泳儀的主要部件有直流高壓電源、毛細管、電極和電極槽、沖洗進樣系統、檢測系統和數據處理系統等。

　　2毛細管電泳法的分離模式

　　目前，以毛細管電泳法為載體的分離分析方法有毛細管區帶電泳(CZE)、毛細管凝膠電泳(CGE)、膠束電動毛細管色譜(MECC，MEKC)、毛細管等電聚焦(CIEE)、毛細管等速電泳(CITP)、毛細管電滲色譜(CEC)、非水毛細管電泳(NACE)、親和毛細管電泳(ACE)、毛細管陣列電泳(CAE)、芯片式毛細管電泳(ChipCE)等[1]。采用不同的分離模式可以分離不同性質及不同結構的物質，這為毛細管電泳法的靈活應用奠定基礎。

　　3毛細管電泳法的聯用技術

　　樣品試驗前須進行預處理，預處理一般包括兩個過程:樣品的提取及待測液的配置。樣品提取是通過分離萃取將樣品的水溶性物質及水溶性物質分離，以待備用。樣品待測液的配置主要是將提取液按檢測器要求，配置成待測樣品溶液，以供儀器分析與檢測。樣品中有效成分的測定即樣品分析技術，在儀器分析中，需分三個步驟:一是分離，二是檢測，三是鑒定。分離方法常見的主要是色譜法，包括氣相色譜法及液相色譜法。

　　另外，還有近三十年發展起來的毛細管電泳法等。而檢測及鑒定儀器，從原理上看，主要包括光學及電學檢測儀器。常用的光學儀器有質譜(一般質譜、時間飛行質譜)、光譜(紅外光譜、紫外、熒光)、核磁共振。電學儀器主要有毛細管電泳-電化學檢測法(CEED)、毛細管電泳高頻電導法(CE-HFCD)等電化學(EC)檢測器。若想在一次試驗中就實現對樣品的分離、檢測及鑒定，則需將分離儀器與檢驗儀器聯起來用。

　　這樣就產生了一系列聯用的原理及連用技術，進而促進了一批聯用儀器的發展。目前，最常用的則是氣相色譜和質譜聯用儀(GC/MS)、液相色譜和質譜聯用儀(LC/MS)、毛細管電泳和質譜聯用儀(CE/MS)以及核磁共振(NMR)等[2]。合適的分析方法，可以提高儀器和技術的檢測速度、選擇性和靈敏度，最終，可以確定檢測樣品的最優實驗方法。

　　毛細管電泳技術是20世紀80年代發展起來的新型物理分析分離技術，具有高效、穩定、高靈敏的優點，可以對超微量樣品進行定性定量分析。在天然產物化學分析、藥品含量檢測、食品工業監測等研究方面有著廣泛的應用前景，在廣大的分析分離領域中都具有巨大的發展潛力。CE與各種檢測技術聯用，隨著檢測器的發展，毛細管電泳法的靈敏度會得到提高。這種技術有利于毛細管電泳法的自動化操作，為毛細管電泳技術的發展及應用提供更多的可能。

　　4毛細管電泳法的涂層技術

　　毛細管電泳分離儀器分離樣品的容器為毛細管柱。通常，毛細管柱由石英玻璃制成，這種毛細管柱在分離帶電粒子，特別是陽離子效果非常好。但在分離陰離子尤其是蛋白質等生物大分子應用方面遇到了瓶頸。由于石英毛細管柱的內壁有一層硅氧基，易吸附氫離子等陽離子形成雙電層，在電場作用下使整個溶液向負極移動，一般按陽離子、中性粒子、陰離子的順序先后移向負極。由于毛細管壁對離子的吸附，致使毛細管電泳法在中性粒子、生物大分子、手性粒子分離等領域的應用中受到了限制。為控制CE電滲流或防止電泳中的蛋白質吸附等問題，研究者們進行了深入的探索，并發現了一些解決辦法，其中，用的是毛細管柱涂層法。

　　伴隨著分析對象的日益廣泛和分析要求的不斷提高，涂層毛細管柱的重要性愈加突出，其類型也呈現出多樣化的特點。根據其作用特點，涂層毛細管柱可大致分為非手性涂層柱和手性涂層柱。根據涂層材料的不同，可將涂層柱分為:納米粒子[3]、聚合物[4]、離子液體[5-8]、有機金屬骨架[9-10]、生物大分子[10]、功能性試劑涂層[11]及其他物質[12-13]等。

　　這些涂層材料在用毛細管電泳儀分離、檢測及鑒定技術中起到突破瓶頸的核心作用。介孔涂層材料的比表面積大、吸附性能好。特別適合用作毛細管壁涂層材料，改善毛細管壁的吸附性。根據樣品的性質，結合涂層材料的特點，新型毛細管涂層柱用于不同的領域，已然成為毛細管涂層柱的研究一個熱門方向。

　　5涂層毛細管電泳技術應用

　　涂層毛細管電泳技術的發展，特別是介孔涂層材料與毛細管柱的結合，有效地改善了毛細管壁對被分析物的吸附。因此，涂層后的毛細管電泳分離技術滲透到很多應用領域。如:中藥成分的檢測與分離分析，氨基酸、多肽、蛋白質等生物大分子的分離與測定，食品營養成分、添加劑、微生物含量等的檢測，手性藥物對映體的分離與分析及水樣中污染物的檢測等，并都取得了顯著的分離與檢測效果，促進了這些領域的發展。

　　5.1中藥成分的檢測與分析

　　每種中藥材多含有黃酮類、生物堿類、苷類等有效成分，但中藥中這些成分多且含量少，一般的分離分析方法很難實現對中藥成分的有效分離及測定。毛細管電泳法因具有多種優勢，在此領域應用中，取得非常好的成績，建立了分離中草藥的新方法。中藥有很多種類，而且不同種類的中藥有效成分不同。相同種類的中藥生長在不同的地區主要成分及含量也不同。再加上中藥成分非常多，因此中藥的檢測很困難。毛細管電泳法在這方面的發展前景很大，如于虹敏等[14]利用毛細管電泳技術檢測了抑肽酶及其增加的中藥成分。

　　毛細管電泳法測定人參皂苷的含量[15-16]、CE法測定草藥三七中三七素的含量[17]、何首烏中藥中各種有效成分的分析與檢測[18]等。陳琴華等[19]采用不同的毛細管電泳分離模式(MEKC、CZE、CEC等)對中藥中黃酮類物質實現了分離及檢測。南葶藶子與車前子相似，可以用高效毛細管電泳法實現二者的鑒別與分離[20]。

　　5.2氨基酸、多肽、蛋白質等生物大分子的分離與測定

　　生物大分子一般結構多種多樣，相對分子質量高的特點，易與檢測儀器相互作用，影響檢查效果。因此在鑒別與分析時比較困難。由于毛細管電泳法與涂層技術的結合，可以控制和改變蛋白質在毛細管中的速度和遷移方向，因此，在分離分析多肽、蛋白質、核酸等生物大分子的分離效果比其它方法好很多，而且成本低、操作快速簡單。蛋白質等生物大分子的分離很困難，因為其穩定性差、對外界條件非常敏感，易變性失活。

　　常用的分離技術都存在各種各樣的不足。因此，毛細管電泳法在分離及檢測蛋白質[21]等生物大分子方面顯示較大的優勢。如Ma[21]等研究出可用于日常檢測的分析利妥昔單抗的毛細管電泳法。Zakaria等[22]利用毛細管電泳涂層技術實現了對苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸三種氨基酸的分離。Schulze等[23]利用毛細管電泳法快速地分離了氨基酸衍生物及天然蛋白質。宋瓏等[24]利用毛細管電泳技術檢測到尿液中的尿液蛋白并將其提取出來。丁曉靜等[25]利用毛細管電泳法建立了分析α-乳白蛋白、β-乳球蛋白A及β-乳球蛋白B的方法。可預見，毛細管電泳法在這一領域將有更深入的發展和應用。

　　5.3食品營養成分、添加劑、藥物殘留等含量的檢測

　　食品中的營養成分及其他成分多種多樣。有些商家為牟取暴利，會在食品種植、生產、加工過程中使用違禁藥品或過量使用藥品及添加劑。為保障食品的安全，必須采用簡單有效的檢測方法。食品的組成復雜多變，許多營養物質和有害物質的檢測給傳統的檢測方法帶來了很大的挑戰。由于涂層材料的種類很多，介孔涂層材料對不同物質的吸附性可通過改變材料的微觀結構來控制，且毛細管電泳法(CE)具有多種分析模式和檢測方法，可以滿足對食品檢測的要求。

　　因此研究者們開始試著將毛細管電泳技術應用在食品檢測從而取得了較好的結果，為食品檢測開辟了一條新的途徑。食用油的各種營養及添加成分就可以用區帶毛細管電泳(CZE)法來檢測[26]。非法添加非食品添加劑或過量添加食品添加劑都會危害使用者的健康。如蘇丹紅[27-28]、瘦肉精[29-30]、孔雀石綠[31]、三聚氰胺[32]和皮革水解物[33]等化合物引起的食品質量問題。食品中的藥物殘留也可以用毛細管電泳法監控。另外毛細管電泳法還可以檢測食品中重金屬離子[34]、細菌等微生物的含量[35]。

　　5.4水樣中污染物的檢測

　　隨著工業的迅速崛起，環境污染問題也伴隨而來，引起人們的特別關注。由于受污染的水中含有各種化合物，用于檢測分析的方法有很多。但在檢測速度、靈敏度、樣品處理等方面有很多不足之處。毛細管電泳(CE)檢測技術及介孔涂層材料的吸附性能恰好可以彌補這些不足。徐銀娣等[36]利用HPCE同時分離水樣和印染廢水中的3，5-二硝基苯甲酸、對硝基苯甲酸、對硝基苯酚等硝基苯化合物，并確定了最優條件。結果快速準確，可用于實際印染廢水中的硝基苯類化合物的分離測定。彭振磊等[37]利用毛細管電泳法3min內就對檸檬酸完成了分析，且分離效果很好。

　　6展望

　　毛細管電泳法至上個世紀八十年代以來，發展迅速，分離優勢很多。首先，具有樣品處理及操作簡單、進樣量少、分離效率高、環保、成本低等優點。其次，分離模式多，可以與多種檢測器聯用。因此可根據不同的分離要求靈活地分離檢測不同的物質。另外，由于涂層技術的引入，特別是介孔材料的應用，顯著改善了毛細管壁的吸附缺陷，使毛細管電泳技術的發展得到極大推動力[38]。目前，廣泛地應用在藥物檢測及分離，氨基酸、多肽、蛋白質等生物大分子的分離與測定，食品檢測及水樣中污染物的檢測等領域[39]。

　　作為發展時間不長的新型分離技術，毛細管電泳法仍存在很多問題。如重現性有待進一步提高、穩定性還需改進、檢測范圍有限等。而且與其他檢測技術聯用方面及涂層材料的穩定性等方面還存在許多技術問題。但這些恰恰說明毛細管電泳法的發展空間很大。解決這些問題也將成為毛細管電泳法的熱門方向，為毛細管電泳的發展及應用指明了新的道路，為分離及檢測技術注入新的研究動力。

　　參考文獻

　　[1]曹衛榮，張世光，王曉蜻，等.毛細管電泳技術在蛋白質生物制品分析中的應用研究進展[J].化學與生物工程，2012，9(6):20-23.

　　[2]徐祥云，彭君，何志坤.淺談毛細管電泳的基本原理及相關技術[J].寧夏農林科技，2012，53(11):91-92，95.

　　[3]ChenJI，HsiehKH.Nanochitosancrosslinkedwithpolyacrylamideasthechiralstationaryphaseforopen-tubularcapillaryelectrochromatography[J].Electrophoresis，2011，32:398-407.

　　[4]周圣強.納米磁性粒子研究現狀及進展[J].宿州教育學院學報，2010，13(6):118-120.

　　[5]VaherM，KoelM，KaljurandM.Ionicliquidsaselectrolytesfornonaqueouscapillaryelectrophoresis[J].Electrophoresis，2002，23(3):426.

　　[6]QinWD，WeiHP，LiSFY.Separationofionicliquidcationsandrelatedimidazolederivativesbya-cyclodextrinmodifiedcapillaryzoneelectrophoresis[J].Analyst，2002，127:490-493.

　　相關期刊推薦：《寧夏農林科技》是寧夏農林科學院主辦的綜合性農業科技期刊，2011年由雙月刊正式改版為月刊，現為中文科技期刊數據庫收錄期刊;《中國學術期刊(光盤版)》收錄期刊;中國學術期刊綜合評價數據庫統計院期刊;《中國核心期刊遴選數據庫》統計源期刊。