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毛細(xì)管電泳儀是藥品檢測(cè)領(lǐng)域必不可缺的一類儀器，這篇文章將向您詳細(xì)介紹它的作用原理、分類以及相較于其他分離技術(shù)所具備的優(yōu)缺點(diǎn)。

什么是毛細(xì)管電泳

毛細(xì)管電泳（CE）是一系列利用窄孔徑（內(nèi)徑20-200μm）毛細(xì)管對(duì)大、小分子進(jìn)行高效分離的技術(shù)的統(tǒng)稱。毛細(xì)管電泳基于帶電分子在電場(chǎng)中的遷移速度不同來(lái)分離樣品中的不同化合物。在毛細(xì)管電泳中，樣品溶液被填充進(jìn)一根細(xì)長(zhǎng)的毛細(xì)管中，該毛細(xì)管通常是由石英或硅膠材料制成。兩側(cè)的電場(chǎng)施加在毛細(xì)管的兩端，帶電的分子在電場(chǎng)中遷移，這個(gè)遷移速度與帶電酸堿性、分子大小和形狀有關(guān)。通過(guò)調(diào)整電場(chǎng)強(qiáng)度、溶液pH值、溫度和添加緩沖劑等因素，可以改變帶電分子的遷移速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中的化合物進(jìn)行分離。

分離原理

在典型的毛細(xì)管電泳系統(tǒng)中，分析物在電泳和電滲流的共同影響下遷移。雖然每種分析物的電泳遷移率是獨(dú)一無(wú)二的，但樣品中所有分析物的電滲遷移率是相同的。電泳作用是指樣品中的帶電分子在電場(chǎng)的影響下移動(dòng)的過(guò)程，電場(chǎng)是由放置在毛細(xì)管兩端的背景電解質(zhì)（BGE）儲(chǔ)器中的電極產(chǎn)生的。分子的電泳遷移率(νep)與分子的凈電荷（q）和電場(chǎng)強(qiáng)度（E）呈正相關(guān)，而與溶劑的粘度（η）和分子的大小（r）負(fù)相關(guān).

與之相對(duì)的，當(dāng)高壓施加到毛細(xì)管上時(shí)，電滲流（EOF）是由陽(yáng)離子層沿著毛細(xì)管的運(yùn)動(dòng)引起的。當(dāng)填充毛細(xì)管的緩沖液的pH大于3時(shí)，構(gòu)成毛細(xì)管壁的每個(gè)SiOH分子的羥基基團(tuán)將失去質(zhì)子，從而變得帶負(fù)電。帶負(fù)電荷的毛細(xì)管壁會(huì)吸引雙層陽(yáng)離子。內(nèi)層陽(yáng)離子層是靜止的，而外層陽(yáng)離子層可以自由地向陰極移動(dòng)，這將形成從陽(yáng)極到陰極的強(qiáng)流（圖1）。EOF的強(qiáng)度（νeof）與溶液的粘度（η）成反比，與溶液的介電常數(shù)（ε）、電場(chǎng)強(qiáng)度（E）和ζ電位（ζ）成正比。ζ電位是陽(yáng)離子雙層界面處的電位，與陽(yáng)離子的擴(kuò)散程度成正相關(guān)。

總的來(lái)說(shuō)，毛細(xì)管電泳系統(tǒng)中，電泳和電滲流并存，在不考慮相互作用的前提下，粒子在毛細(xì)管內(nèi)電介質(zhì)中的遷移速率是兩種速率的矢量和，在典型的毛細(xì)管電泳分離中，溶質(zhì)的分離基于溶質(zhì)間電泳速率的差異。電滲流的速率絕對(duì)值一般大于粒子的電泳速率，并有效地成為毛細(xì)管電泳的驅(qū)動(dòng)力。溶質(zhì)從毛細(xì)管的正極端進(jìn)樣，帶正電的粒子最先流出，中性粒子次之，帶負(fù)電的粒子在中性粒子之后流出 （Figure 1）。

Figure 1 毛細(xì)管電泳儀的分離原理（化學(xué)物質(zhì)在毛細(xì)管電泳中的分離取決于電泳遷移率和電滲遷移率的共同作用）（來(lái)源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/666575092）

毛細(xì)管電泳的分類

毛細(xì)管區(qū)帶電泳（CZE）：毛細(xì)管區(qū)帶電泳是最常用的毛細(xì)管電泳技術(shù)，它特別適用于分離離子和小分子。毛細(xì)管區(qū)帶電泳的分離原理如上述所說(shuō)，通過(guò)施加電場(chǎng)，在毛細(xì)管中形成電場(chǎng)梯度，使樣品中的帶電化合物根據(jù)其電荷性質(zhì)和大小異速遷移，從而實(shí)現(xiàn)分離。分離后的物質(zhì)通過(guò)不同的檢測(cè)方法進(jìn)行定性和定量分析，如紫外吸收檢測(cè)、熒光檢測(cè)或質(zhì)譜檢測(cè)等。

毛細(xì)管凝膠電泳（CGE）：毛細(xì)管凝膠電泳系統(tǒng)中添加的篩分基質(zhì)能顯著阻止大分子的遷移，從而可以提高大、小分子的分離程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高分辨率的分離。因此，CGE 尤其適用于核酸和蛋白質(zhì)的分離，可對(duì)其分子量差異進(jìn)行精確分析。然而，CGE的檢測(cè)速度相較于其他技術(shù)速度較慢。

毛細(xì)管等電聚焦（CIEF）：CIEF 是利用樣品中不同分析物的等電點(diǎn)（pI）的差異實(shí)現(xiàn)分離。毛細(xì)管中會(huì)加入pH呈梯度的兩性緩沖液。當(dāng)分析物遷移到各自的等電點(diǎn)（pI）處時(shí)，會(huì)因自身電荷變?yōu)榱愣Ｖ?。這種方法尤其適用于區(qū)分pI不同的蛋白質(zhì)和肽。但由于需要校準(zhǔn)系統(tǒng)的pI值，該方法比較耗時(shí)，也不適用于成分復(fù)雜的樣品。

毛細(xì)管等速電泳（CITP）：在CITP中，分析物的分離是以離子遷移率為基礎(chǔ)逐步進(jìn)行的。遷移率較低的前導(dǎo)電解質(zhì)和遷移率較高的后導(dǎo)電解質(zhì)將分析物夾在中間，并將它們推向檢測(cè)器。CITP常用于分離復(fù)雜混合物，可確保每個(gè)分析物占據(jù)一個(gè)獨(dú)特的遷移區(qū)域。

Figure 2毛細(xì)管等速電泳示意圖。（來(lái)源：Encyclopedia of Analytical Science (Third Edition)）

膠束電動(dòng)毛細(xì)管色譜（MEKC）：是唯一既能分離中性溶質(zhì)(組分)又能分離帶電組分的毛細(xì)管電泳模式。該模式是通過(guò)在電泳緩沖液中加入適量的表面面活性劑(如十二烷基硫酸鈉等)，使之形成疏水內(nèi)核和外部帶負(fù)電的膠束相。在電泳過(guò)程中，因各組分的疏水性不同，在水相和膠束相之間的分配存在差異，疏水性越強(qiáng)的組分，與膠束相的作用力越強(qiáng)， 在毛細(xì)管內(nèi)的停留時(shí)間就越長(zhǎng)。MCE主要用于分離分析小分子、中性和手性化合物，如各種氨基酸和核酸及各種藥物等。

毛細(xì)管電色譜法（CEC）：CEC是將HPLC常用的各種固定相有選擇性地填充到毛細(xì)管電泳用的毛細(xì)管內(nèi)，使樣品中的各組分與固定相相互作用，以高壓電源產(chǎn)生的電滲流(起 HPLC的流動(dòng)相作用)為驅(qū)動(dòng)力而實(shí)現(xiàn)類似色譜的分離過(guò)程。

CE 與 LC 優(yōu)劣點(diǎn)的比較

毛細(xì)管電泳儀和液相色譜法都是被廣泛使用的分離技術(shù)，但由于其分離原理不同，各自具備的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用的場(chǎng)合也不同。CE和LC最大的區(qū)別在于促使分離產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力。毛細(xì)管電泳的分離所依賴的是帶電物質(zhì)在電場(chǎng)作用下不同速度的遷移。它所需的樣品量較小，分析速度也更快，適用于帶電分子的快速分離，但對(duì)大分子的分離能力有限。而液相技術(shù)的分離原理則是利用柱內(nèi)分析物與固定相之間不同的相互作用，這使液相技術(shù)能更好地控制分離參數(shù)，從而適用于分析更復(fù)雜的化合物和生物大分子。然而與CE相比，液相分析時(shí)間更長(zhǎng)，所需樣品量較大。同時(shí)還存在色譜柱老化和色譜帶增寬的風(fēng)險(xiǎn)。