第六节 高效毛细管电泳
一、概述
毛细管电泳(capillary electrophoresis,CE)又称高效毛细管电泳(high performance capillary electrophoresis,HPCE),是指离子或带电粒子以毛细管为分离通道,以高压直流电场为驱动力,依据淌度的差异而实现分离的一种全新的分离分析技术。
电泳是指带电粒子在电场作用下,以不同速度做定向移动的现象。利用这种现象对物质进行分离分析的方法称之为电泳法。电泳作为一种物理现象早已被人们发现,并逐渐发展为一种分离技术。1937年,瑞典化学家提塞留斯(Tiselius)利用电泳技术首次从人血清中分离出白蛋白和α、β、γ球蛋白,并研制成第一台电泳仪,使电泳作为分离分析技术有了突破性进展,因而获得1948年诺贝尔化学奖。经典电泳法由于存在焦耳热(在高电场下,毛细管中的电解质会产生自热现象,称该热量为焦耳热),只能在低电场强度下操作,直接影响了其分离效率和分析速度的提高。为解决这一问题,1981年,乔根森(Jorgenson)和卢卡奇(Lukacs)使用内径为75μm的石英毛细管进行区带电泳,采用激光诱导荧光检测器,在30kV电压下,理论塔板数超过40万/米,获得极高柱效和十分快速的分离。他们还进一步研究了影响区带展宽的因素,阐明了毛细管电泳的有关理论。这一开创性工作成为电泳发展史上一个里程碑,使经典的电泳技术发展为高效毛细管电泳。从此,毛细管电泳在理论研究、分离模式、商品仪器、应用领域等各方面均获得了迅猛发展。如今,HPCE可与GC、HPLC相媲美,成为现代分离科学的重要组成部分。
由于毛细管能抑制溶液对流,具有良好的散热性,克服了传统电泳技术中的焦耳热现象,可在很高的电场下使用,极大地改善了分离效果。与传统电泳技术和HPLC相比,HPCE具有灵敏度高、样品用量少、操作简便、分离效率高、分析速度快、成本低以及应用范围广等优点。
二、毛细管电泳基本原理
1.电泳和电泳淌度
电泳是带电粒子在电场作用下作定向移动的现象,其移动速度uep由式(3-85)决定。
uep=μepE (3-85)
式中,uep为带电粒子的电泳速度(下标ep表示电泳),cm·s-1;E为电场强度,V·cm-1;μep为带电粒子的电泳淌度,cm2·(V·s)-1。
所谓电泳淌度(electrophoretic mobility)是指带电粒子在毛细管中单位时间和单位电场强度下移动的距离,也就是单位电场强度下带电粒子的平均电泳速度,简称淌度,表示为:
(3-86)
淌度与带电粒子的有效电荷、形状、大小以及介质黏度有关,对于给定的介质,带电粒子的淌度是该物质的特征常数。因此,电泳中常用淌度来描述带电粒子的电泳行为。
由式(3-85)可以看出,带电粒子在电场中的迁移速度取决于该粒子的淌度和电场强度的乘积。在同一电场中,由于带电粒子淌度的差异,致使它们在电场中的迁移速度不同,而导致彼此分离。
带电粒子在无限稀释溶液中的淌度叫做绝对淌度,用μab表示。在实际工作中,人们不可能使用无限稀释溶液进行电泳,某种离子在溶液中不是孤立的,必然会受到其他离子的影响,使其形状、大小、所带电荷、离解度等发生变化,所表现的淌度会小于μab,这时的淌度称为有效淌度,即物质在实际溶液中的淌度,用μef表示。
μ ef=∑aiμi (3-87)
式中,ai为物质i的离解度;μi为物质i在离解状态下的绝对淌度。
物质的离解度与溶液的pH值有关,而pH值对不同物质的离解度影响不同。因此,可以通过调节溶液pH值来加大溶质间μef的差异,以提高电泳分离效果。
2.电渗与电渗流
(1)电渗流的大小 电渗是一种物理现象,是指在电场作用下,液体相对于带电荷的固体表面移动的现象。电渗现象中液体的整体移动叫电渗流。在HPCE中,所用毛细管大多为石英材料。当石英毛细管中充入的缓冲溶液的pH值大于或等于3时,管壁表面的硅羟基—Si—OH部分离解成—SiO-,使管壁表面带负电荷。在静电引力作用下,—SiO-将把试液中的阳离子吸引到管壁附近,并在一定距离内形成阳离子相对过剩的扩散双电层(双电层与管壁间会产生一个电位差,叫作Zeta电势),看上去就像带负电荷的毛细管内壁形成了一个圆筒形的阳离子塞流。在外加电场作用下,带正电荷的溶液表面及扩散层的阳离子向阴极移动。由于这些阳离子是溶剂化的,当它们沿剪切面作相对运动时,将携带着溶剂一起向阴极移动,这就是HPCE中的电渗现象。在电渗力驱动下,毛细管中整个液体的流动,叫HPCE中的电渗流。电渗流的大小用电渗流速度ueo表示。与电泳类似,电渗流速度等于电渗淌度μeo与电场强度E的乘积,即
ueo=μeoE (3-88)
电渗流受双电层厚度、管壁的Zeta电势和介质黏度的影响。一般说来,双电层越薄,Zeta电势越大,黏度越小,电渗流速度就越大。通常情况下,电渗流速度是一般离子电泳速度的5~7倍。
(2)电渗流的方向 电渗流的方向取决于毛细管内壁表面所带电荷的性质。一般情况下,石英毛细管内壁表面带负电荷,电渗流从阳极流向阴极。但如果将毛细管内壁表面改性,使其内表面带正电荷,产生的电渗流方向则变为由阴极流向阳极。
(3)电渗流的作用 在毛细管电泳中,同时存在电泳流和电渗流,在不考虑相互作用的前提下,带电粒子在毛细管内的实际迁移速度是电渗流速度与其电泳速度的矢量和,可表示为
uap=ueo+uef=(μeo+μef)E=μapE (3-89)
μap=μeo+μef (3-90)
式中,uap为表观迁移速度;uef为有效电泳速度;μap为表观淌度。
样品中的阳离子向阴极迁移,与电渗流方向一致,移动速度最快;阴离子向阳极迁移,与电渗流方向相反,但由于电渗流速度通常大于电泳速度,其结果是阴离子缓慢移向阴极;中性分子与电渗流速度相同。当把样品从阳极一端注入到毛细管内时,各种带电粒子将按不同的速度向阴极迁移,电渗流将所有的阳离子、中性分子、阴离子先后带至毛细管另一端(阴极端)并被检测。溶质粒子的出峰顺序为:阳离子→中性分子→阴离子。因不同离子的表观淌度不同,则它们的表观迁移速度就不同,因而得以分离。不电离的中性分子总是与电渗流的速度相同,故可利用其出峰时间测定电渗流速度的大小。
由上述讨论可知,电渗流在HPCE的分离中起着非常重要的作用,改变电渗流的大小或方向,可改变分离的效率与选择性,这是HPCE中优化分离的重要因素。
三、毛细管电泳的分离模式
毛细管电泳有多种分离模式,根据分离原理可分为:毛细管区带电泳、毛细管凝胶电泳、胶束电动毛细管色谱、毛细管等电聚焦电泳、毛细管等速聚焦电泳和毛细管电色谱。
1.毛细管区带电泳
毛细管区带电泳(capillary zone electrophoresis,CZE)是毛细管电泳中最简单、应用最广的一种模式,是其他各种分离模式的基础。CZE不仅可以分离小分子,也可以分离蛋白质、肽、糖等生物大分子;毛细管经改性处理后,还可分离阴离子,但不能分离中性物质。CZE的特征是整个系统都用同一种电泳缓冲液充满。缓冲液由缓冲试剂、pH调节剂、溶剂和添加剂组成。通电后,溶质在毛细管中按各自特定的速度迁移,形成一个一个独立的溶质带,溶质离子间依其淌度的差异而得到分离。
2.毛细管凝胶电泳
毛细管凝胶电泳(capillary gel electrophoresis,CGE)是用凝胶物质或其他筛分介质作为支撑物进行分离的区带电泳。CGE是毛细管电泳的重要模式之一,它综合了毛细管电泳和平板凝胶电泳的优点,成为当今分离度极高的一种电泳技术,常用于蛋白质、寡聚核苷酸、核糖核酸、DNA片段的分离和测序及聚合酶链反应产物的分析。
在CGE中,毛细管内填充有凝胶或其他筛分介质,它们具有类似于分子筛的作用。在电场力推动下,试样中各组分流经筛分介质时,其运动受到介质的阻碍。大分子受到的阻力大,在毛细管中迁移速度慢;小分子受到的阻力小,迁移快,从而使大小不同的分子得到分离。筛分介质是CGE中的关键,也是毛细管电泳研究的热点问题之一。CGE所用的筛分介质主要是交联聚丙烯酰胺和琼脂糖凝胶等。由于在毛细管中灌制凝胶介质有很大的难度,近年来,研制出了新的筛分介质,即非胶筛分介质。它们主要是一些黏度低亲水线性或枝状高分子,如线性聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羧丙基甲基纤维素、聚乙烯醇等。这些物质的溶液仍有分子筛的作用,与凝胶相比具有方便、简单、柱子寿命长等优点,缺点是分离能力略差于凝胶柱。
毛细管凝胶电泳所用缓冲液的可变性远小于CZE。当使用非胶筛分介质时,缓冲液的选择与CZE类似。
3.胶束电动毛细管色谱
胶束电动毛细管色谱(micellar electrokinetic capillary chromatography,MECC或MEKC)是以胶束为准固定相的一种电动色谱,是电泳技术与色谱技术相结合的产物,其突出特点是将只能分离离子型化合物的电泳变成不仅可分离离子型化合物,而且还可分离中性分子,从而大大拓宽了电泳技术的应用范围。
MECC是在电泳缓冲液中加入表面活性剂,如十二烷基磺酸钠(SDS),当溶液中表面活性剂浓度超过临界胶束浓度(CMC)时,它们就会聚集形成具有三维结构的胶束,疏水性烷基聚在一起指向胶束中心,带电荷的一端朝向缓冲溶液。由于SDS形成的胶束表面带负电荷,它会向阳极迁移,而强大的电渗流使缓冲溶液向阴极迁移。由于电渗流的速度大于胶束迁移速度,从而形成了快速移动的缓冲液水相和慢速移动的胶束相。这里胶束相的作用类似于色谱固定相,称为“准固定相”。当被测样品进入毛细管后,中性溶质按其亲水性的不同,在胶束相和缓冲液水相之间进行分配。亲水性弱的溶质,分配在胶束中的多,迁移时间长;亲水性强的溶质,分配在缓冲溶液的多,迁移时间短。从而使亲水性稍有差异的中性物质在电泳中得到分离。在MECC中,“准固定相”作为独立的一相,对分离起着非常重要的作用。改变准固定相的种类,将改变分离选择性。目前常用的准固定相是表面活性剂,作为准固定相的表面活性剂可分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和中性分子等不同种类。原则上凡能在水或极性有机溶剂中形成胶束的物质,都可用于MECC,但在实际工作中,由于毛细管电泳分离及其检测等方面的限制,可选的表面活性剂数量相当有限,目前比较常用的几种表面活性剂有:十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十四烷基硫酸钠、癸烷磺酸钠等阴离子表面活性剂;十二烷基三(甲基)氯化铵、十二烷基三(甲基)溴化铵、十四烷基三(甲基)溴化铵、十六烷基三(甲基)溴化铵等阳离子表面活性剂;胆酰胺丙基二(甲基)氨基丙磺酸、胆酰胺丙基二(甲基)氨基-2-羟基丙磺酸等两性离子表面活性剂;辛基葡萄糖苷、十二烷基-β-D-麦芽糖苷等中性分子表面活性剂。MECC中的缓冲液选择与CZE基本相同。
4.毛细管等电聚焦电泳
毛细管等电聚焦电泳(capillary isoelectric focusing electrophoresis,CIEF)是根据等电点(两性物质以电中性状态存在时的pH值叫等电点,用pI表示)的差异分离生物大分子的电泳技术,也是一种采用涂层毛细管的分离分析技术。当使用有涂层的毛细管时,可以使电渗流降至很小,从而实现基于电迁移差异的分离。将样品与两性电解质混合,然后装入毛细管;施加高电压3~4min,两性电解质沿毛细管形成线性pH梯度,各种具有不同等电点的样品组分按照这一梯度迁移到其等电点位置,并在该点停留,其所带净电荷为零,由此产生一条由不同组分排列的非常窄的聚焦区带;通过外力将此梯度溶液推出毛细管,这些聚焦谱带就被“电洗脱”使组分逐个通过检测器。
等电聚焦实际上是pH梯度CZE,因为要构建pH梯度,所以电泳时正极与负极的缓冲液是不相同的,毛细管中的介质也与电极槽的不完全一样。分离之前,毛细管中先灌入含有样品和两性电解质的样液,正极槽灌入酸性溶液,负极槽灌入碱性溶液。当施加电压后,管内很快就会在两性电解质作用下建立pH梯度,样品组分按等电点迁移到各自的位置上。CIEF中,正极溶液通常是20~50mmol·L-1的磷酸溶液,负极溶液是10~50mmol·L-1的NaOH溶液,两性电解质与传统的等电聚焦相同。通常选用pH=3~9的两性电解质溶液,若选用更窄的pH梯度试剂,则可获得更精细的分离结果。
毛细管等电聚焦过程是在毛细管内实现的,具有极高的分辨率,可以分离等电点差异小于0.01的蛋白质以及氨基酸等两性化合物。
5.毛细管等速聚焦电泳
毛细管等速聚焦电泳(capillary isotachophoresis,CITP)是一种在被分离组分与电解质一起向前移动时,进行聚焦分离的电泳方法。同等电聚焦电泳一样,等速聚焦电泳在毛细管中的电渗流为零,缓冲液系统由前后两种不同淌度的电解质组成。在分离时,毛细管内首先导入前导电解质,其电泳淌度要高于各被分离组分;然后进样,随后再导入尾随电解质,其电泳淌度要低于各被分离组分。在强电场作用下,被分离组分按其不同的淌度夹在前导电解质与尾随电解质之间,以同一个速率实现分离。例如,在进行阴离子分析时,阴离子按淌度大小的次序朝阳极泳动,前导电解质的离子淌度大,速度快,集中在最前面;紧接着是被分离组分中淌度最大的离子,然后由大到小以此类推;排在最后的是尾随电解质。于是所有的阴离子形成各自的独立区带,达到彼此分离。CITP可以同时分析阴离子和阳离子。实际上,更多的是用CITP进行样品的柱上浓缩。
在实际CITP分离中,电渗流可用0.25%的羟脯氨酸酰甲基纤维素抑制,理想的前导电解质是5nmol·L-1的磷酸溶液;有效的尾随电解质是用伯胺调节适当pH的100nmol·L-1的缬氨酸溶液。
6.毛细管电色谱
毛细管电色谱(capillary electrochromatography,CEC)是HPCE与HPLC有机结合的产物,它开辟了高效微分离技术的新途径。CEC的分离过程包含了电泳和色谱两种机制,溶质根据它们在流动相与固定相中的分配系数不同和自身的电泳淌度差异而得以分离。CEC可看成是CZE中的空管被色谱固定相填充、涂布和键合的结果,在毛细管的两端加高压直流电压,以电渗流代替高压泵推动流动相。目前,反相毛细管电色谱研究较多,毛细管填充长度一般为20cm,填料为C18或C8烷烃,流动相为乙腈和甲醇。
CEC的最大特点是分离速度快、分离效率高,选择性好于毛细管电泳。但由于柱容量小,其检测灵敏度尚不如HPLC。CEC的应用领域与HPLC一样广泛,它可采用HPLC的各种模式。
综合上述毛细管电泳的分离模式,具体应用时,可根据样品的类型,参照表3-16进行选择。
表3-16 毛细管电泳分离模式的选择
四、毛细管电泳仪
毛细管电泳仪通常是由高压电源、毛细管柱、缓冲液池、检测器和记录/数据处理等部分组成,如图3-33所示。
图3-33 毛细管电泳仪示意图
1—高压电极槽与进样系统;2—填灌清洗系统;3—毛细管;4—检测器;5—铂丝电极;6—低压电极槽;7—恒温系统;8—记录/数据处理装置
毛细管柱两端分别置于缓冲液池中,毛细管内充满相同的缓冲溶液。两个缓冲液池的液面应保持在同一水平面,柱两端插入液面下同一深度。毛细管柱一端为进样端,另一端连接在线检测器。高压电源供给铂电极5~30kV的电压,被测试样在电场作用下电泳分离。
1.高压电源
高压电源一般采用0~30kV稳定、连续可调的直流电源,具有恒压、恒流和恒功率输出。为保证迁移时间的重现性,输出电压应稳定在±0.1%以内。为方便操作,电源极性要容易转换。工作电压是影响柱效、分离度和分析时间的重要参数,应合理选择。一般来讲,工作电压越大,柱效越高,分析时间越短。但升高电压的同时,柱内产生的焦耳热也增大,引起谱带展宽,使分离度下降。分离操作的最佳工作电压与缓冲溶液的组成、离子强度、毛细管内径及长度等许多因素有关。为了尽可能使用高电压而不产生过多的焦耳热,可通过实验做欧姆定律曲线(I-V曲线)来选择体系的最佳工作电压。具体做法是:在确定的分离体系中,改变外加电压测对应的电流,做I-V曲线,取线性关系中的最大电压即为最佳工作电压。
2.毛细管柱
理想的毛细管柱应是化学和电惰性的,能透过紫外光和可见光,强度高,柔韧性好,耐用且便宜。目前采用的毛细管柱大多为圆管形弹性熔融石英毛细管,柱外涂敷一层聚酰亚胺以增加柔韧性。降低毛细管内径,有利于减少焦耳热,但不利于对吸附的抑制,同时还会造成进样、检测和清洗上的困难。毛细管柱的常规尺寸为:内径20~75μm、外径350~400μm,柱长一般不超过1m。毛细管柱尺寸的选择与分离模式和样品有关,CZE多选用内径为50μm或75μm的毛细管,有效长度控制在40~60cm之间。进行大分子如红细胞的分离,则需要内径大于300μm的毛细管。当使用开管柱毛细管电色谱时,毛细管内径应在5~10μm之间。
3.电极槽
电极槽内一般装有缓冲溶液,为电泳提供工作介质。要求电极槽化学惰性,机械稳定性好。缓冲溶液在所选择的pH范围内要有较强的缓冲能力,否则,电解引起的pH的微小变化将导致实验结果重复性的明显下降。另外,缓冲溶液的浓度也要合适,浓度过低使重复性变差,浓度过高又会降低电渗流,影响分析速度;一般选20~50mmol·L-1的浓度较为合适,分析蛋白质和多肽时,浓度可高一些。
4.进样
毛细管电泳所需进样量很小,一般为纳升级。为减小进样引起的谱带展宽,进样塞长度应控制在柱长的1%~2%以内,采用无死体积的进样方法。目前常用的进样方式有以下三种。
(1)电动进样 电动进样是将毛细管柱的进样端插入样品溶液中,然后在毛细管两端施加一定的电压,靠电渗流将样品带入毛细管,通过控制电压的大小和时间的长短来控制进样量。电动进样结构简单,易于实现自动化,是商品仪器必备的进样方式。该法的缺点是存在进样偏向,即组分的进样量与其迁移速度有关;在同样条件下,迁移速度大的组分比迁移速度小的组分进样量大,这会降低分析结果的准确性和可靠性,必须进行校正。
(2)压力进样 压力进样也叫流动进样,它要求毛细管中的介质具有流动性。当将毛细管的两端置于不同的压力环境中时,在压差的作用下,管中溶液流动,将试样带入。使毛细管两端产生压差的方法有:在进样端加气压,在毛细管出口端抽真空,以及抬高进样端液面等。压力进样没有进样偏向问题,但选择性差,样品及其背景同时被引入管中,对后续分离可能产生影响。
(3)扩散进样 扩散进样是利用浓差扩散原理将样品引入毛细管。当把毛细管插入样品溶液时,样品分子因管口界面存在浓度差而向管内扩散,进样量由扩散时间控制。扩散进样具有双向性,即样品分子进入毛细管的同时,区带中的背景物质也向管外扩散,因此可以抑制背景干扰,提高分离效率。扩散与电迁移速度和方向无关,可抑制进样偏向,提高了定性定量结果的可靠性。
5.检测器
毛细管电泳的检测在原理上与液相色谱相似,由于HPCE进样量很小,所以对检测器灵敏度提出了很高的要求。为实现既能对溶质作灵敏检测,又不致使谱带展宽,通常采用柱上检测。目前,毛细管电泳仪配备的几种主要检测器有:紫外检测器、激光诱导荧光检测器和电化学检测器等。紫外检测器是目前应用最广的一种HPCE检测器。因多数有机分子和生物分子在210nm附近有强吸收,使得紫外检测器接近于通用检测器。该检测器结构简单,操作方便,如果配合二极管阵列检测,还可得到有关组分的光谱信息。激光诱导荧光检测器是HPCE最灵敏的检测器之一,可以检出单个DNA分子。采用激光诱导荧光检测器时,样品常需进行衍生化。电化学检测器也是HPCE中一类灵敏度较高的检测器,分为安培检测器和电导检测器。电化学检测器特别适用于那些吸光系数小的无机离子和有机小分子的分析检测。安培检测器因其灵敏度高、选择性好,可实现对单个活细胞的检测,因而在微生物和活体分析中占据优势,在生物医学研究中具有重要应用前景。随着科学技术的发展,将质谱仪用作CE检测器已成为可能,现在关于CE-MS联用的报道也很多。
目前用于HPCE的各种检测器的检测限及其特点见表3-17。
表3-17 HPCE检测器的检测限及其特点
五、高效毛细管电泳的应用
HPCE因其分离效率高、速度快、样品用量少,已在化学、生命科学、药物学、临床医学、法医学、环境科学、农学、食品科学等领域得到了广泛应用。从小到无机离子大到生物大分子,从荷电粒子到中性分子均能用HPCE进行分离分析。目前,HPCE已成为生物化学和分析化学中最受瞩目,发展最快的一种分离分析技术。
1.在无机金属离子分析中的应用
与离子色谱相比,HPCE在无机金属离子分离分析上具有许多优势,它能在数分钟内分离出四五十个离子组分,而且不需要任何复杂的操作程序。利用HPCE分离无机离子最关键的问题是检测,基本检测方式有两种,即直接检测和间接检测。少数无机离子在合适价态下有紫外吸收,可直接检出;绝大多数无机离子不能直接利用紫外吸收检测,但可以进行间接检测,即在具有紫外吸收离子的介质(称此介质为背景试剂)中进行电泳,可以测得无吸收同符号离子的倒峰或负峰。背景试剂可选择淌度较大的芳胺或胺等。芳胺的有效淌度随pH下降而增加,因此,改变pH可以改善峰形和分离度。采用胺类背景时,多选择酸性分离条件。杂环化合物如咪唑、吡啶及其衍生物等也是一类很好的背景试剂。图3-34是27种无机阳离子在对甲苯胺背景中的高速高效分离。
图3-34 27种无机阳离子在对甲苯胺背景中的高速高效分离
毛细管:60cm×75μm;缓冲液:15mmol·L-1乳酸+8mmol·L-14-甲基苯胺+5%甲醇,pH4.25;工作电压:30kV;检测波长:214nm峰:1—K+;2—Ba2+;3—Sr2+;4—Na+;5—Ca2+;6—Mg2+;7—Mn2+;8—Cd2+;9—Li+;10—Co2+;11—Pb2+;12—Ni2+;13—Zn2+;14—La3+;15—Ce3+;16—Pr3+;17—Nd3+;18—Sm3+;19—Gd3+;20—Cu2+;21—Tb3+;22—Dy3+;23—Ho3+;24—Er3+;25—Tm3+;26—Yb3+;27—Lu3+
2.在蛋白质分析中的应用
目前,HPCE已广泛应用于蛋白质分离及其相关领域。因蛋白质在毛细管中具有强烈的吸附作用,导致分离效率下降、峰高降低甚至不出峰,所以用毛细管电泳分离蛋白质时,抑制和消除管壁对蛋白质(特别是碱性蛋白质)的吸附是分离的关键。有三种抑制蛋白质分子吸附的途径可供选择,即样品处理、管壁惰性化处理和缓冲液改性。
利用样品蛋白质与变性剂如SDS、尿素、甘油或其他表面活性剂形成复合物,消除或掩盖不同蛋白质之间自然电荷的差异,使其在凝胶中按分子大小进行分离。利用化学方法将甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙二醇及聚醚等在毛细管内壁形成亲水性涂层,消除或覆盖管壁上的硅羟基,也可使蛋白质得到很好的分离。
在缓冲液中加入聚乙烯醇、聚氧乙烯等非离子表面活性剂,进行电泳操作时,毛细管表面将形成一亲水表层,对生物大分子具有排斥作用。图3-35是聚乙烯醇添加到缓冲体系中蛋白质的分离谱图。
图3-35 聚乙烯醇添加到缓冲体系中蛋白质的分离谱图
毛细管:57/75cm×75μm;缓冲液:20mmol·L-1磷酸盐+30mmol·L-1NaCl(pH3.0)+0.05%PVA1500;工作电压:5kV;电动进样:5s峰:1—细胞色素;2—溶菌酶;3—胰蛋白酶;4—胰蛋白酶原;5—α-糜蛋白酶原A
3.在药物分析中的应用
自从HPCE问世以来,许多学者对用HPCE分离分析药物中的主成分、药物中的微量杂质、复方制剂中的有效成分及各种违禁药物等都进行了大量研究。研究结果足以说明,用HPCE(尤其是CZE和MECC)进行药物分析具有非常广泛的应用前景,例如已经将MECC用于法庭鉴定违禁药物(见图3-36),而且对有些药物的分析还优于HPLC。
图3-36 MECC用于法庭鉴定违禁药物
毛细管柱:27cm×50μm,有效长度25cm;背景电解质溶液:8.5mmol·L-1磷酸盐+8.5mmol·L-1硼砂+85mmol·L-1SDS+15%乙腈;pH8.5;工作电压:20kV;检测波长:210nm峰:1—西洛西宾;2—吗啡;3—苯巴比妥;4—二甲-4-羟色胺;5—可待因;6—安眠酮;7—麦角酰二乙胺;8—海洛因;9—苯丙胺;10—利眠宁;11—可卡因;12—去氧麻黄碱;13—氯羟去甲安定;14—安定;15—芬太尼;16—五氯酚;17—大麻二酚;18—四氢大麻酚
4.在单糖分析中的应用
糖没有光吸收基团,检测非常困难;而且因其多不带电荷和强亲水性质,使其分离也很困难。利用HPCE分离糖首先要使糖带电,才能实现在电场中迁移。理论上,可以采用络合、解离、衍生等方法使糖带电。单糖的检测主要依赖于衍生,如8-氨基芘-1,3,6-三磺酸钠(APTS)衍生。衍生产物用激光诱导荧光检测器检测。图3-37是标准单糖APTS衍生物的CZE分离结果。
图3-37 标准单糖APTS衍生物的CZE分离结果
毛细管:35/60cm×50μm;缓冲液:100mmol·L-1硼酸;pH10.6;电场强度:400V·cm-1;激发光波长:448nm峰:1—N-乙酰基半乳糖;2—N-乙酰基葡萄糖;3—鼠李糖;4—甘露糖;5—葡萄糖;6—果糖;7—木糖;8—岩藻糖;9—阿拉伯糖;10—半乳糖