毛细管电泳技术：原理、模式与应用解析

毛细管电泳（Capillary Electrophoresis, CE）技术族，其核心原理在于利用电场驱动带电物质进行分离。当在系统中施加电压时，带正电荷的分析物会朝向负极（阴极）移动，而带负电荷的分析物则迁往正极（阳极）。中性物质由于不带电，理论上不会被任何一端电极所吸引，从而构成了分离的基础。

一个典型的CE仪器系统并不复杂，其简化示意图如下所示。

图1. 毛细管电泳（CE）仪器示意图

分离过程通常在内径为25 μm至100 μm、长度为25 cm至100 cm的熔融石英毛细管中进行。毛细管内预先填充了缓冲溶液，施加的电压通常在10 kV到30 kV之间。为了检测分离后的组分，可以联用多种检测器，包括紫外吸收（UV）、激光诱导荧光（LIF）以及质谱（MS）等。

技术范畴与核心模式

CE技术的应用范围极其广泛，横跨药物分析、生物分析、环境监测和法医学等多个领域。针对不同的分析物类型和分离机制，CE发展出多种操作模式。

• 毛细管区带电泳 (CZE)：这是应用最广的CE模式。它主要依据在特定pH条件下，不同分析物因电荷和尺寸差异导致的迁移速度不同来实现分离。CZE在药物及其代谢产物分析、多肽图谱分析以及营养补充剂中维生素的测定等方面均有成熟应用。
• 胶束电动毛细管色谱 (MECC or MEKC)：当目标分析物为中性化合物时，CZE便无能为力。MEKC通过在缓冲液中引入胶束，巧妙地解决了这一问题。中性分子与胶束发生作用，从而实现分离。CZE和MEKC也都被成功应用于对映异构体的手性分离。
• 毛细管凝胶电泳 (CGE)：该模式被广泛用于蛋白质和核酸等生物大分子的分离。毛细管中填充的凝胶网络如同一个分子筛，根据分子大小对组分进行筛选分离。
• 毛细管等电聚焦 (CIEF)：CIEF的分离基础是分析物的等电点（pI）。通过在毛细管内建立一个pH梯度，各组分会迁移至其净电荷为零的pH位置，从而被聚焦和分离。此技术是蛋白质分离的常用工具。
• 毛细管等速电泳 (CITP)：CITP采用两种不同的缓冲液体系，有时被用作其他CE模式的样品预浓缩手段。

多样化的分离模式为方法开发提供了极大的灵活性，但也对操作者的经验和理论知识提出了更高要求。如何根据样品特性选择最佳分离模式并优化实验条件，是获得理想结果的关键。

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与液相色谱（LC）的比较

长期以来，CE被视为液相色谱（LC）的一种替代技术，尽管其成熟度和普及度尚不及LC。CE的突出优势在于通常能提供比LC高得多的分离效率，并且样品消耗量极低。更重要的是，CE与LC基于完全不同的分离机理，这意味着CE可以作为一种正交技术，为LC分析提供互补性的验证信息。

当然，CE也面临自身的局限，主要集中在灵敏度和重现性方面，但相关技术仍在不断进步与完善中。

样品性质与分析类型

CE能够处理的样品基质范围很广，包括生物体液、蛋白质消化物和药物化合物等。根据样品基质的复杂程度，样品可以直接进样，或用纯水、运行缓冲液稀释后进样。为了优化检测灵敏度，可以采用特定的样品前处理技术。例如，在使用激光诱导荧光检测器时，通常需要对分析物进行衍生化处理。

定性分析

CE在高分辨定性分析中表现出色，尤其适用于多肽和蛋白质。其极高的分离效率能够区分结构极为相似的物质。通过比对不同样品的分析“指纹图谱”，可以揭示出它们之间的细微差异。

可溯源的定量分析

CE的定量分析方法与LC大体相似，通常通过制备一系列已知浓度的目标分析物标准溶液，绘制标准曲线，然后通过比对未知样品与标准溶液的峰面积来进行浓度计算。

CE定量分析中有一个独特的考量因素：峰面积与溶质的迁移速度相关。为了提高定量准确性，需要使用校正峰面积。该校正值通过将原始峰面积除以分析物的迁移时间得到。这一步骤对于确保数据的可靠性至关重要，也凸显了专业分析服务在复杂定量任务中的价值。如果您在实际工作中也面临类似的药物成分分析挑战，我们非常乐意与您一同探讨解决方案。