一、毛細(xì)管電泳儀的興起與發(fā)展

毛細(xì)管電泳(capillary electrophoresis, CE)，又稱gao效毛細(xì)管電泳(HPCE)是近年來(lái)發(fā)展Z快的分析化學(xué)研究領(lǐng)域之一。1981年Jorgenson等在75μm內(nèi)徑的毛細(xì)管內(nèi)用高電壓進(jìn)行分離，創(chuàng)立了現(xiàn)代毛細(xì)管電泳。1984年Terabe等發(fā)展了毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜(MECC)。1987年比Hjerten建立了毛細(xì)管等電聚焦(CIEF)，Cohen和Karger提出了毛細(xì)管凝膠電泳(CGF)。1988—1989年出現(xiàn)了diyi批毛細(xì)管電泳儀CE商品儀器，1989年diyi屆國(guó)際毛細(xì)管電泳會(huì)議召開(kāi)，標(biāo)志了一門新的分支學(xué)科的產(chǎn)生。

短短的幾年內(nèi)，由于毛細(xì)管電泳儀CE符合了以生物工程為代表的生命科學(xué)各領(lǐng)域中對(duì)生物大分子(肽、蛋白、DNA等)的高度分離分析的要求，得到了迅速發(fā)展，正逐步成為生命科學(xué)及其它學(xué)科實(shí)驗(yàn)室中一種常用的分析手段。近三年來(lái)國(guó)際毛細(xì)管電泳會(huì)議與會(huì)者均達(dá)700—800人，1996、1997兩年公開(kāi)發(fā)表的有關(guān)毛細(xì)管電泳儀CE論文達(dá)3600余篇。歐洲、美國(guó)國(guó)內(nèi)及日本也相繼召開(kāi)毛細(xì)管電泳儀CE地區(qū)性國(guó)際會(huì)議。

我國(guó)在毛細(xì)管電泳儀CE領(lǐng)域研究起步早、發(fā)展快、研究工作較全面、有的研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。定期召開(kāi)全國(guó)CE會(huì)議及亞太地區(qū)國(guó)際會(huì)議，在國(guó)際上已有一定的影響。1984年zhong國(guó)科學(xué)院化學(xué)所竺安教授在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展毛細(xì)管電泳儀CE研究，迄今國(guó)內(nèi)已有幾百個(gè)單位開(kāi)展毛細(xì)管電泳儀CE研究和應(yīng)用。

從毛細(xì)管電泳儀CE理論到各種模式及各方面應(yīng)用，國(guó)內(nèi)均在進(jìn)行。1998年舉行的第三屆全國(guó)CE會(huì)議共收錄論文129篇，同時(shí)舉行的第二屆亞太國(guó)際會(huì)議也取得了成功。毛細(xì)管電色譜(CEC)、CE/MS聯(lián)用、低背景毛細(xì)管梯度凝膠電泳、手性藥物分離、逆流聚焦及脫氧核糖核酸(DNA)各種毛細(xì)管電泳儀CE測(cè)定方法等一批研究成果均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

二、毛細(xì)管電泳儀的基本原理

毛細(xì)管電泳儀CE是以高壓電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力。以毛細(xì)管為分離通道，依據(jù)樣品中各組成之間淌度和分配行為上的差異，而實(shí)現(xiàn)分離的一類液相分離技術(shù)。儀器裝置包括高壓電源、毛細(xì)管、柱上檢測(cè)器和供毛細(xì)管兩端插入又和電源相連的兩個(gè)緩沖液貯瓶，在電解質(zhì)溶液中，帶電粒子在電場(chǎng)作用下，以不同的速度向其所帶電荷相反方向遷移的現(xiàn)象稱電泳。

CE所用的石英毛細(xì)管在PH>3時(shí)，其內(nèi)液面帶負(fù)電，和溶液接觸形成一雙電層。在高電壓作用下，雙電層中的水合陽(yáng)離子層引起溶液在毛細(xì)管內(nèi)整體向負(fù)極流動(dòng)，形成電滲液。

帶電粒子在毛細(xì)管內(nèi)電解質(zhì)溶液中的遷移速度等于電泳和電滲流(EOF)二者的矢量和。帶正電荷粒子Zxian流出，中性粒子的電泳速度為“零”，故其遷移速度相當(dāng)于EOF速度，帶負(fù)電荷粒子運(yùn)動(dòng)方向與EOF方向相反，因EOF速度一般大于電泳速度，故它將在中性粒子之后流出，各種粒子因遷移速度不同而實(shí)現(xiàn)分離，這就是毛細(xì)管區(qū)帶電泳(capillary zone electrophoresis，CZE)的分離原理。

三、影響毛細(xì)管電泳儀的分離因素

1.緩沖液

毛細(xì)管電泳儀緩沖試劑的選擇主要由所需的pH決定，在相同的pH下，不同緩沖試劑的分離效果不盡相同，有的可能相差甚遠(yuǎn)。毛細(xì)管電泳儀CE中常用的緩沖試劑有：磷酸鹽、硼砂或硼酸、醋酸鹽等。

緩沖鹽的濃度直接影響到電泳介質(zhì)的離子強(qiáng)度，從而影響Zeta電勢(shì)，而Zeta電勢(shì)的變化又會(huì)影響到電滲流。緩沖液濃度升高，離子強(qiáng)度增加，雙電層厚度減小，Zeta電勢(shì)降低，電滲流減小，樣品在毛細(xì)管中停留時(shí)間變長(zhǎng)，有利于遷移時(shí)間短的組分的分離，分析效率提高。

同時(shí)，隨著電解液濃度的提高，毛細(xì)管電泳儀電解液的電導(dǎo)將大大高于樣品溶液的電導(dǎo)而使樣品在毛細(xì)管柱上產(chǎn)生堆積的效果，增強(qiáng)樣品的富集現(xiàn)象，增加樣品的容量，從而提高分析靈敏度。但是，毛細(xì)管電泳儀電解液濃度太高，電流增大，由于熱效應(yīng)而使樣品組分蜂形擴(kuò)展，分離效果反而變差。此外，離子還可以通過(guò)與管壁作用以及影響溶液的粘度、介電常數(shù)等來(lái)影響電滲，離子強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)低都對(duì)提高分離效率不利。

2.pH值

毛細(xì)管電泳儀緩沖體系pH的選擇依樣品的性質(zhì)和分離效率而定，是決定分離成敗的一大關(guān)鍵。不同樣品需要不同的pH分離條件，控制緩沖體系的pH值，一般只能改變電滲流的大小。pH能影響樣品的解離能力，樣品在極性強(qiáng)的介質(zhì)中離解度增大，電泳速度也隨之增大，從而影響分離選擇性和分離靈敏度。

pH還會(huì)影響毛細(xì)管內(nèi)壁硅醇基的質(zhì)子化程度和溶質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性，pH在4-10之間，硅醇基的解離度隨pH的升高而升高，電滲流也隨之升高。因此，pH為分離條件優(yōu)化時(shí)不可忽視的因素。

3.分離電壓

在毛細(xì)管電泳儀CE中，分離電壓也是控制電滲的一個(gè)重要參數(shù)。高電壓是實(shí)現(xiàn)毛細(xì)管電泳儀CE快速、gao效的前提，電壓升高，樣品的遷移加大，分析時(shí)間縮短，但毛細(xì)管中焦耳熱增大，基線穩(wěn)定性降低，靈敏度降低；分離電壓越低，分離效果越好，分析時(shí)間延長(zhǎng)，峰形變寬，導(dǎo)致分離效率降低。

因此，相對(duì)較高的分離電壓會(huì)提高分離度和縮短分析時(shí)間，但電壓過(guò)高又會(huì)使譜帶變寬而降低分離效率。電解質(zhì)濃度相同時(shí)，非水介質(zhì)中的電流值和焦耳熱均比水相介質(zhì)中小得多，因而在非水介質(zhì)中允許使用更高的分離電壓。

4.溫度

溫度影響分離重現(xiàn)性和分離效率，控制溫度可以調(diào)控電滲流的大小。溫度升高，緩沖液粘度降低，管壁硅輕基解離能力增強(qiáng)，電滲速度變大，分析時(shí)間減短，分析效率提高。但溫度過(guò)高，會(huì)引起毛細(xì)管柱內(nèi)徑向溫差增大，焦耳熱效應(yīng)增強(qiáng)，柱效降低，分離效率也會(huì)降低。

5.添加劑

在電解質(zhì)溶液中加入添加劑，例如中性鹽、兩性離子、表面活性劑以及有機(jī)溶劑等，會(huì)引起電滲流的顯著變化。表面活性劑常用作電滲流的改性劑，通過(guò)改變濃度來(lái)控制電滲流的大小和方向，但當(dāng)表面活性劑的濃度高于臨界膠束濃度時(shí)，將形成膠束。

加入有機(jī)溶劑會(huì)降低離子強(qiáng)度，Zeta電勢(shì)增大，溶液粘度降低，改變管壁內(nèi)表面電荷分布，使電滲流降低。在電泳分析中，緩沖液一般用水配制，但用水一有機(jī)混合溶劑常常能有效改善分離度或分離選擇性。

6.進(jìn)樣

毛細(xì)管電泳儀CE的常規(guī)進(jìn)樣方式有兩種：流體力學(xué)和電遷移進(jìn)樣。電遷移進(jìn)樣是在電場(chǎng)作用下，依靠樣品離子的電遷移和(或)電滲流將樣品注入，故會(huì)產(chǎn)生電歧視現(xiàn)象，會(huì)降低分析的準(zhǔn)確性和可靠性，但此法尤其適用于粘度大的緩沖液和CGE情況。

流體力學(xué)進(jìn)樣是普適方法，可以通過(guò)虹吸、在進(jìn)樣端加壓或檢測(cè)器端抽空等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但選擇性差，樣品及其背景同時(shí)被引入毛細(xì)管，對(duì)后續(xù)分離可能產(chǎn)生影響。通過(guò)進(jìn)樣時(shí)間也可以來(lái)改善分離效果，進(jìn)樣時(shí)間過(guò)短，峰面積太小，分析誤差大。進(jìn)樣時(shí)間過(guò)大，樣品超載，進(jìn)樣區(qū)帶擴(kuò)散，會(huì)引起峰之間的重疊，與提高分離電壓一樣，分離效果變差。

另外，毛細(xì)管電泳儀的高分離性能以及消耗試劑少等特點(diǎn)使其分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是其常規(guī)分析的靈敏度不能適應(yīng)痕量分析的要求，限制了毛細(xì)管電泳儀的應(yīng)用和推廣。樣品前處理技術(shù)可以提高樣品通量或?qū)⒑哿糠治鑫镞M(jìn)行預(yù)富集，去除樣品基質(zhì)，將其與毛細(xì)管電泳技術(shù)聯(lián)用不僅可以提高分析的靈敏度，同時(shí)也消除了大部分可能的基質(zhì)干擾，是一種比較理想的富集分離檢測(cè)技術(shù)。