毛细管电泳是指以弹性石英毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，根据供试品中各组分淌度(单位电场强度下的迁移速度)和(或)分配行为的差异而实现分离的一种分析方法。

当石英毛细管内充满缓冲液时，即使缓冲液的PH较低，管内壁上的硅羟基也会解离释放氢离子至溶液中使管壁带负电荷并与溶液形成双电层(ζ电位)。在毛细管两端施加直流电压时，将使带正电的溶液整体地移向负极(阴极)端。这种在电场作用下溶液的整体移动称为电渗流(EOF)。内壁硅羟基的解离度与缓冲液的PH以及添加的改性剂相关。降低溶液的PH会降低解离度，减小电渗流；提高溶液的PH会提高解离度，增加电渗流。加入有机添加剂有时可抑制内壁硅羟基的解离，减小电渗流。在缓冲液中带电粒子在电场作用下以不同速度向极性相反的方向移动，形成电泳，运动速度等于电泳速度与电渗速度的矢量和。通常电渗速度大于电泳速度，因此电泳时包括阴离子在内的各组分也会从毛细管正(阳)极端流向负(阴)极端。为了减小或消除电渗流，除了降低操作缓冲液的PH或改变添加剂的种类外，还可以采用内壁聚合物涂层的毛细管。这种涂层毛细管可减少大分子在管壁上的吸附。

一、分离模式

(一)当以毛细管空管为分离载体时，毛细管电泳有以下几种模式

1．毛细管区带电泳(CZE) 将待分析溶液引入毛细管进样一端，施加直流电压后，各组分按各自的电泳与电渗流的矢量和，分别流向毛细管阴极端，按阳离子、中性粒子和阴离子及其电荷大小的顺序通过检测器。中性组分彼此不能分离。出峰时间为迁移时间(t_m)，相当于高效液相色谱和气相色谱中的保留时间。

2. 毛细管等速电泳(CITP) 采用前导电解质和尾随电解质，阴极端和阳极端采用前导电解质并在毛细管中充入前导电解质，进样后，电极槽中换用尾随电解质进行电泳分析，使带不同电荷的组分迁移至各个狭窄的区带，在电泳稳态时，相互连接的区带具有相同的泳动速度，依次通过检测器。

3．毛细管等电聚焦电泳(CIEF) 在毛细管内壁涂覆聚合物使电渗流减少，将供试品和两性电解质混合进样，两个电极槽中分别加入酸液和碱液，施加电压后毛细管中的电解质溶液逐渐形成pH梯度，供试品的各组分在毛细管中迁移至各自的等电点(pl)时变为中性并形成聚焦的区带，然后采用压力或改变检测器末端电极槽储液pH的方法使各组分通过检测器。

4．胶束电动毛细管色谱(MEKC) 当操作缓冲液中加入大于其临界胶束浓度的离子型表面活性剂时，表面活性剂就聚集形成胶束，其亲水端朝外、疏水性非极性核朝内，供试品组分则在水和胶束两相间分配，各组分由于分配系数的差别而被分离。对于常用的阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠，进样后极强亲水性组分不能进入胶束，随缓冲液流过检测器(容量因子k'=0)；极强疏水性组分则进入胶束中不再回到水相，最后到达检测器(k'=∞)。常用的胶束试剂还有阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、胆酸等。两亲性质的聚合物，尤其是嵌段聚合物也会在不同极性的溶剂中形成胶束结构，可以起到类似于表面活性剂的作用。

5．亲和毛细管电泳(ACE)在缓冲液或毛细管内加入亲和作用试剂，实现供试品各组分的分离。如将蛋白质(抗原或抗体)预先固定在毛细管柱内，利用抗原抗体特异性识别反应、毛细管电泳的高效快速分离能力、激光诱导荧光检测器的高灵敏度，可分离并检测供试品中能与固定化蛋白质特异性结合的组分。

(二)当以毛细管填充管为分离载体时，毛细管电泳有以下几种模式

1. 毛细管凝胶电泳(CGE) 在毛细管中装入单体和引发剂，引发聚合反应使生成聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶等凝胶，该方法主要用于蛋白质、DNA等大分子的测定。另外还可以利用葡聚糖等聚合物溶液的筛分作用进行分析，称为毛细管无胶筛分。有时将其统称为毛细管筛分电泳，可分为凝胶电泳和无胶筛分电泳两类。

2．毛细管电色谱(CEC) 将细粒径固定相填充到毛细管中或在毛细管内壁涂覆固定相，或以聚合物原位交联聚合的形式在毛细管内制备聚合物整体柱，以电渗流驱动缓冲液(有时可施加辅助压力)进行分离。根据填料不同，可分为正相、反相及离子交换等分析模式。

3. 毛细管阵列电泳(CAE) 通常毛细管电泳一次只能分析一个样品，要高通量地分析样品就需要多根毛细管阵列，这就是毛细管阵列电泳。毛细管阵列电泳仪主要采用激光诱导荧光检测，分为扫描式检测和成像式检测两种方式，主要应用于DNA的序列分析。

4．芯片式毛细管电泳(Chip CE) 芯片式毛细管电泳技术是将常规的毛细管电泳操作转移到芯片上进行，利用玻璃、石英或各种聚合物材料加工出微米级的通道，通常以高压直流电场为驱动力，对样品进行进样、分离及检测。芯片式毛细管电泳与常规毛细管电泳的分离原理相同，具有分析时间短、分离效率高、系统体积小、可实现不同操作单元的集成等优势，在分离生物大分子样品方面具有一定的优势。

以上分离模式中，CZE和MEKC使用较多；ACE和CEC的分离机制以色谱为主，但对荷电组分则兼有电泳作用。

缓冲液中加入各种添加剂可获得多种分离效果。如加入环糊精、衍生化环糊精、冠醚、血清蛋白、多糖、胆酸盐、离子液体或某些抗生素等可拆分手性化合物；加入有机溶剂可改善某些组分的分离效果，甚至可在非水溶液中进行分析。

二、对仪器的一般要求

(一)毛细管电泳仪的主要部件及其性能要求

1．毛细管 用弹性石英毛细管，内径50和75um两种使用较多(毛细管电色谱有时用内径更大的毛细管)。细内径的分离效果好，焦耳热小，允许施加较高的电压；但采用柱上检测时，由于细内径毛细管的光程较短，检测的灵敏度比粗内径毛细管差。毛细管长度称为总长度，根据分离度的要求，可在20～100cm内选择长度适当的毛细管；进样端至检测窗口的长度称为有效长度。为降低焦耳热对分离效率的影响，通常将毛细管置于控温环境下操作。缓冲液的黏度和电导率是影响测定重复性的重要因素。

2．直流高压电源 采用0～30kV的可调节直流电源，工作电流约300uA，具有稳压和稳流两种方式可供选择。

3．电极和电极槽 在两个电极槽中加入缓冲液，将毛细管的进口端、出口端及铂电极分别插入缓冲液中；铂电极与直流高压电源相连，正、负极可切换。

4. 冲洗进样系统 每次进样之前毛细管要用不同的溶液冲洗，商品化的毛细管电泳仪一般都具备自动冲洗进样功能。进样方法有压力(加压/减压)进样、虹吸进样和电动(电迁移)进样等。通过控制压力或电压及时间可控制进样量。

5．检测系统 毛细管电泳仪可与紫外-可见分光检测器、激光诱导荧光检测器、电化学检测器、质谱检测器、核磁共振检测器、化学发光检测器、LED检测器、共振瑞利散射光谱等检测器相连。紫外-可见分光光度检测器的应用最广，包括单波长、程序波长和二极管阵列检测器。在毛细管接近出口端处，除去长度约2mm的聚合物外涂层，作为检测窗口；当采用可透过紫外涂层的毛细管柱时，不需要除去检测窗口的涂层，可直接进行检测。为了提高检测的灵敏度，也可采用泡状检测池或Z形检测池。对无光吸收(或荧光)的溶质的检测，可选用适当的紫外或荧光衍生试剂与被检测样品进行柱前、柱上或柱后化学反应来实现组分的分离与检测。还可采用间接测定法，即在操作缓冲液中加入对光有吸收(或荧光)的添加剂，在组分到达检测窗口时出现反方向的峰。

6．数据处理系统 与一般色谱的数据处理系统基本相同。

(二)系统适用性试验

为考察毛细管电泳分析系统及设定参数的适用性，测试项目和方法与高效液相色谱法或气相色谱法相同，相关的计算式和要求也相同；如重复性(相对标准偏差，RSD)、容量因子(k')、毛细管理论板数(n)、分离度(R)、拖尾因子(T)、线性范围、检测限(LOD)和定量限(LOQ)等。

文章来源：《实用化学药品检验检测技术指南》

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