毛细管电泳

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

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