毛细管电泳三种前沿应用的简介

二. 毛细管电泳-质谱联用技术
二.1 CE-MS技术简介 二.2 CE-MS接口技术的研究进展 二.3 CE-MS的应用及其进展 二.4 小结
二.1 CE-MS技术简介
自1987年首次提出CE-MS联用方法以来, CEMS作为具有高分离效率和高灵敏度的方法, 其应用 受到了广泛关注, 并在过去的20年得到了迅速发展。 CE的一些常用分离模式, 如毛细管区带电泳(CZE)、 胶束电动色谱(MEKC)、毛细管电色谱(CEC)等,都 在CE-MS中得到了应用。CE-MS联用分为在线联 用和离线联用两种方式。CE-MS离线联用的关键 是对已分离样品的有效收集;而且与离线联用相比, CE-MS在线联用具有样品损失少、自动化程度高、 分析速度快等优点,其应用要比离线联用广泛得多。
毛细管电泳三种前沿应用的简 介
李曼琳 0940120
毛细管电泳三种前沿应用的简介
一． 毛细管电泳—电化学发光分离检测技术 二． 毛细管电泳-质谱联用技术 三． 非水毛细管电泳
ຫໍສະໝຸດ Baidu
毛细管电泳（CE）简介
毛细管电泳，亦称高效毛细管电泳，是以高压电场为驱 动力，以毛细管作为分离通道，依据样品中各组分之间淌度 和分配行为的差异而实现分离的一类液相分离技术[1]。 CE作为一种经典电泳技术与现代微柱分离有机结合的新 兴分离技术，自上世纪80年代问世以来，得到了迅速发展， 其研究和应用涉及环境分析、药物分离、生化分析等几乎所 有的分析领域，引起学术届，尤其是色谱界的广泛关注。这 与它独特的优点是密不可分的: ①高效（105TP/m-107TP/m） 快速（几十秒至几于分钟）；②分离模式多,选择自由度大； ③分析对象广,小到无机离子大至整个细胞,具有“万能”的分 析功能和潜力；④操作可高度自动化；⑤样品与试剂消耗量 小、运转费用低,无环境污染问题等等[2]。
(2) 快速分析
在NACE中，分离高压所引起的电泳电流较小， 因此可施加高的分离电压来进行快速的分析。有实 验[9]将 NACE 用于人尿样中磷脂酰乙醇的快速分析。 结果显示，在2. 5 min 内就可实现此化合物的分析， 分析速度比常规的色谱法提高了10倍。由于磷脂酰 乙醇是一种乙醇摄入的生物标记物，可在乙醇存在 的情况下，通过转磷脂酰反应在生物体内产生此外， 它在生物体内的存留时间特别长。因此，可以通过 检测磷脂酰乙醇来确定乙醇的摄入量。
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常见非水溶剂理化性质
(1) 使用超大内径毛细管柱
在NACE中，由于离子对和供体-受体作用的 存在，使得电解质的解离程度减小以及离子电导 率降低，从而导致电泳电流减小，焦耳热降低。 因此，可以使用超大内径的毛细管柱作为分离通 道，从而提高样品的载量。在NACE中，所使用 的毛细管柱的内径可达到530μm [5]。
一.4 小结
CE-ECL联用技术以及该技术在分析化学、生物分析 化学等领域的应用取得了重要的进展。它可用于对具有化 学发光响应的药物制剂及药物在生物体内的代谢物进行分 析, 为药物的分析提供灵敏的检测手段。今后对该技术的 研究工作可能会围绕以下几方面展开: (1)共反应剂与吡啶 钌电化学发光共反应机理研究。对共反应机理的进一步研 究,有利于提高电化学发光的选择性和灵敏度,同时拓展该 技术的应用范围。(2)新的电化学发光共反应剂的研究开发； (3)CE-ECL技术新应用。CE-ECL技术在众多领域的应用 所带来的潜在价值, 已引起了人们的广泛关注；(4)高通量 CE-ECL分析体系的研究与开发。
（1）鞘液接口技术
鞘液接口技术的优点在于通过提高样品流速使得 喷雾更加稳定,有利于形成稳定的电流回路,同时可改 变 CE运行缓冲液的组成,使其满足ESI源的检测要求。 然而鞘液的引入会稀释样品, 使检测灵敏度下降。为 此,有人设计了低流速(low flow)鞘液接口[5]（如图1）， 以降低鞘液的稀释作用, 同时铂丝构成电流回路可以 避免因流速低所造成的断流。
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二.4 小结
CE-MS联用技术大大拓宽了CE和MS本身的 应用领域，但CE固有的缺陷并未克服[7] 。对于 CE-MS未来的发展趋势, 主要仍将集中在提高CE 的分离能力、新接口技术以及应用研究方面[5] 。
三. 非水毛细管电泳
毛细管区带电泳(CZE) 既可以使用水相缓冲 溶液，也可以使用有机相缓冲溶液进行分离。在 有机溶剂中进行的CZE分离常被称为非水毛细管 电泳( Nonaqueous capillary electrophoresis， NACE) 。 非水毛细管电泳的优势 NACE的检测方法 NACE中的富集方式 NACE 在实际样品分析中的应用 小结
二.3 CE-MS的应用及其进展
• 生物大分子及相关物质分析 • 中草药及其他天然产物中活性和毒性成分分析
生物大分子及相关物质分析
蛋白质、糖类、脂类等生物大分子通常基质 复杂、目标化合物含量低、纯化和分析检测较为 困难。CE-MS联用技术作为高分离能力和高灵敏 度的手段能够很好地解决生命物质的分析问题。
（3）芯片CE-ESI- MS接口技术
芯片CE与ESI-MS联用的方法主要分为两类: 一类是将ESI源和CE微芯片整合在一起, 另一类是 把毛细管喷雾器附加在 CE微芯片内。后者的应 用更为广泛, 其优势在于更有利于装置的微型化。
CE-ICP-MS接口技术
ICP-MS是一种先进的痕量多元素分析技术。 CE-ICP-MS具有分离分析速度快、灵敏度高、分 辨率高、样品用量少等优点, 在金属及金属化合物 的分离分析中扮演着重要的角色。迄今为止,主要 有3种CE-ICP-MS接口技术: 无鞘液接口技术、鞘 液接口技术和氢化物发生接口技术。
（1）分离检测及结构功能分析
CE-MS联用技术不仅可对蛋白质、多肽和脂 类等生物大分子分离检测，也可进行不同生物分 子构型的分析。CE-MS的应用有助于了解分子的 结构功能信息,为分子的鉴定提供依据。
（2）分子间相互作用研究及代谢组 学研究
目前,对于生物大分子及相关物质的研究已不 仅仅局限于单个分子的结构功能, 而是还要研究分 子间相互作用以及代谢组学的问题, 从而深入认识 生命过程。在分子间相互作用研究方面, CE-MS 在实现分离检测的同时,还可给出结构信息,为分子 间加合物的研究提供了有力的手段。CE-MS在代 谢组学方面的应用主要是血样或尿样中氨基酸、 核苷等小分子图谱的分析, 旨在从中筛选出生物标 志物, 为疾病的诊断和治疗提供依据[5] 。
电泳与电化学发光淬灭效应的间接检测也被 用于酚类物质的研究。
CE-ECL技术对中药分析的应用[4]
CE-ECL技术被应用于对中药苦参中喹诺 里西啶生物碱的分析及植物提取液中山莨菪碱、 东莨菪碱和阿托品的分析等。
CE-ECL技术在生物体液及其生化方面 的应用[4]
有实验利用CE-ECL体系成功地分析了尿液中的雷 尼替丁；发展了非水毛细管电泳电化学发光和电化学 快速双检测分析叔胺新技术, 用于实际尿液样品的分析； 将毛细管电泳电化学发光联用技术用于四大环内酯类 药物及其在人尿和片剂中药品的灵敏检测分析；采用 液-液萃取技术, 利用毛细管电泳分离-电化学与电化学 发光双检测技术分析了尿液中的安非他明。
ESI方法的发现使得被分析物带上多电荷后采用质 谱仪可以检测相对分子质量达几万甚至十几万的生物 大分子。由于ESI自身的优势以及LC-ESI-MS接口技 术的日益趋于成熟,使得CE-ESI-MS已成为CE-MS联 用技术中占主导地位的方法。目前CE-ESI-MS接口主 要分为鞘液接口和无鞘液接口两种[7] 。
一.毛细管电泳—电化学发光分离检 测技术
一.1 电化学发光及CE-ECL简介 一.2 CE-ECL的模式 一.3 CE-ECL 技术的应用进展 一.4 小结
一.1 电化学发光及CE-ECL简介[3]
电化学发光(ECL)是一种在电场的作用下，在 电极表面将电能转化为辐射能的化学发光方法。 在ECL体系中，三联吡啶钌(Ru(bpy)32+)是最常用 的发光试剂。近几年， Ru(bpy)32+技术已经成功 应用于CE，简称CE-ECL。CE-ECL主要用来检 测胺类化合物，并且成功用于各种实际样品的分 析。它具有以下的优点：操作简单、灵敏度高、 分离效率高、分析速度快以及试剂消耗少等。
最近, 又出现了一种将鞘液接口和无鞘液接口相结 合的技术[5] （如图2），这种设计既可以消除因鞘液造 成的分离完整性的下降, 又可以消除因无鞘液接口不能 改变缓冲液而造成的磷酸根离子的离子抑制作用,综合 了鞘液接口和无鞘液接口技术的优点。
（2）无鞘液接口技术
无鞘液接口技术不能像鞘液接口技术一样依 靠稳定的喷雾实现电流回路,因此必须采用一些其 他的方法来形成电流回路。
• CE-ECL技术在药物分析方面的应用 • CE-ECL技术对中药分析的应用 • CE-ECL技术在生物体液及其生化方面的应用
CE-ECL技术在药物分析方面的应用
有实验[4]采用毛细管区带电泳吡啶钌电化学发 光技术分析了药物中的比索洛尔。也有人发展了一 种毛细管电泳电化学发光分析牛奶中乙基环丙沙星 及其代谢产物环丙沙星的新方法。另有科学家将电 化学发光检测方法和毛细管电泳联用技术用于动物 分析, 检测老鼠肝细胞中的抗坏血酸含量。毛细管
2008年 Yang等[5]设计了 一种新型的无鞘液接口(如图 3 所示),他们将毛细管装进一个 不锈钢管套中,利用不锈钢管 形成电流回路,管后连接一个 蠕动泵 1(图 3中的部件 1) , 再 与一个三通接头相连,三通的 另两个通路分别与蠕动泵 2(图 3中的部件 2)和质谱检测器连 接。这个设计的关键就在于蠕 动泵 1在不运行的情况下可以 隔离雾化气和 CE,这样雾化气 的吸力作用便不会影响 CE分 离;而当蠕动泵 1运行时, 由于 CE和不锈钢管之间有狭缝会 吸入空气,吸入的空气不仅可 以部分抵消雾化气的吸力作用, 同时可以使溶液的传输更容易, 从而克服了由于雾化气的吸力 作用而造成的谱带展宽。
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三.1 非水毛细管电泳的优势
有机溶剂种类繁多，而且它们的物理化学性质各不相 同 。NACE 可以针对被分析物的性质，选择不同的有机 溶剂或混合有机溶剂。与水相CZE相比，NACE 主要有以 下优势[9] : 使用超大内径的毛细管柱 快速分析 降低吸附 提高分离选择性 有利于难溶于水及在水中不稳定的化合物的分离 对中性物质的分离 对手性物质的分离
二.2 CE-MS接口技术的研究进展
接口技术是实现CE-MS联用的关键所在。近 几年来,关于CE-MS方法学的研究主要是关于新接 口技术。该技术的研究使得CE-MS的联用更加方 便, 效率更高。现主要分为： • CE-ESI-MS接口技术 • CE-ICP-MS接口技术
CE-ESI-MS接口技术
一.2 CE-ECL的模式[3]
CE-ECL主要有四种模式： • 管区带电泳-ECL(CZE-ECL) • 胶束电动色谱-ECL(MEKC-ECL) • 毛细管电色谱-ECL(CEC-ECL) • 非水毛细管电泳-ECL(NACE-ECL) 其中CZE-ECL最简单，也最常见。
一.3 CE-ECL 技术的应用进展
（3）其它
除了大分子代谢物的分析, CE-MS还被用于 细菌提取物的分析。通过对细菌代谢组学的研究, 可以认识细菌能量摄取和生长情况, 从而为因细菌 引起的疾病的治疗提供依据[5] 。
中草药及其他天然产物中活性和毒性 成分分析
中草药成分复杂,如何对其有效成分进行分析和质量 控制一直是研究的难点。CE-MS除了在生命物质分析中起着重 要的作用, 在中草药分析中的应用也日益广泛[6] 。 Henion等首次用CE-MS技术对几种草药中的多种异喹啉生物碱 进行了分离，并用四氢小檗碱作内标，对小檗碱和巴马亭进行了 定量分析。 Unger等对单萜吲哚生物碱(如氢化小檗碱、β-咔啉生物碱和异喹 啉生物碱)进行了分析。 Sturm等分离了异喹啉类生物碱，对多种药用植物甲醇提取液中 的异喹啉生物碱进行了鉴定。 Madteus等引用CE-ESI-MS分离分析了莨菪碱和 莨菪胺，并用 于实际样品的分析。 Armendia等则报道了采用CE-MS技术以负离子检测模式分析黄 酮类化合物，在定量的同时对每种成分的结构进行了解析。