毛细管电泳仪是药品检测领域必不可缺的一类仪器，这篇文章将向您详细介绍它的作用原理、分类以及相较于其他分离技术所具备的优缺点。

什么是毛细管电泳

毛细管电泳（CE）是一系列利用窄孔径（内径20-200μm）毛细管对大、小分子进行高效分离的技术的统称。毛细管电泳基于带电分子在电场中的迁移速度不同来分离样品中的不同化合物。在毛细管电泳中，样品溶液被填充进一根细长的毛细管中，该毛细管通常是由石英或硅胶材料制成。两侧的电场施加在毛细管的两端，带电的分子在电场中迁移，这个迁移速度与带电酸碱性、分子大小和形状有关。通过调整电场强度、溶液pH值、温度和添加缓冲剂等因素，可以改变带电分子的迁移速度，从而实现对样品中的化合物进行分离。

分离原理

在典型的毛细管电泳系统中，分析物在电泳和电渗流的共同影响下迁移。虽然每种分析物的电泳迁移率是独一无二的，但样品中所有分析物的电渗迁移率是相同的。电泳作用是指样品中的带电分子在电场的影响下移动的过程，电场是由放置在毛细管两端的背景电解质（BGE）储器中的电极产生的。分子的电泳迁移率(νep)与分子的净电荷（q）和电场强度（E）呈正相关，而与溶剂的粘度（η）和分子的大小（r）负相关.

与之相对的，当高压施加到毛细管上时，电渗流（EOF）是由阳离子层沿着毛细管的运动引起的。当填充毛细管的缓冲液的pH大于3时，构成毛细管壁的每个SiOH分子的羟基基团将失去质子，从而变得带负电。带负电荷的毛细管壁会吸引双层阳离子。内层阳离子层是静止的，而外层阳离子层可以自由地向阴极移动，这将形成从阳极到阴极的强流（图1）。EOF的强度（νeof）与溶液的粘度（η）成反比，与溶液的介电常数（ε）、电场强度（E）和ζ电位（ζ）成正比。ζ电位是阳离子双层界面处的电位，与阳离子的扩散程度成正相关。

总的来说，毛细管电泳系统中，电泳和电渗流并存，在不考虑相互作用的前提下，粒子在毛细管内电介质中的迁移速率是两种速率的矢量和，在典型的毛细管电泳分离中，溶质的分离基于溶质间电泳速率的差异。电渗流的速率绝对值一般大于粒子的电泳速率，并有效地成为毛细管电泳的驱动力。溶质从毛细管的正极端进样，带正电的粒子最先流出，中性粒子次之，带负电的粒子在中性粒子之后流出 （Figure 1）。

Figure 1 毛细管电泳仪的分离原理（化学物质在毛细管电泳中的分离取决于电泳迁移率和电渗迁移率的共同作用）（来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/666575092）

毛细管电泳的分类

毛细管区带电泳（CZE）：毛细管区带电泳是最常用的毛细管电泳技术，它特别适用于分离离子和小分子。毛细管区带电泳的分离原理如上述所说，通过施加电场，在毛细管中形成电场梯度，使样品中的带电化合物根据其电荷性质和大小异速迁移，从而实现分离。分离后的物质通过不同的检测方法进行定性和定量分析，如紫外吸收检测、荧光检测或质谱检测等。

毛细管凝胶电泳（CGE）：毛细管凝胶电泳系统中添加的筛分基质能显著阻止大分子的迁移，从而可以提高大、小分子的分离程度，进而实现高分辨率的分离。因此，CGE 尤其适用于核酸和蛋白质的分离，可对其分子量差异进行精确分析。然而，CGE的检测速度相较于其他技术速度较慢。

毛细管等电聚焦（CIEF）：CIEF 是利用样品中不同分析物的等电点（pI）的差异实现分离。毛细管中会加入pH呈梯度的两性缓冲液。当分析物迁移到各自的等电点（pI）处时，会因自身电荷变为零而停止。这种方法尤其适用于区分pI不同的蛋白质和肽。但由于需要校准系统的pI值，该方法比较耗时，也不适用于成分复杂的样品。

毛细管等速电泳（CITP）：在CITP中，分析物的分离是以离子迁移率为基础逐步进行的。迁移率较低的前导电解质和迁移率较高的后导电解质将分析物夹在中间，并将它们推向检测器。CITP常用于分离复杂混合物，可确保每个分析物占据一个独特的迁移区域。

Figure 2毛细管等速电泳示意图。（来源：Encyclopedia of Analytical Science (Third Edition)）

胶束电动毛细管色谱（MEKC）：是唯一既能分离中性溶质(组分)又能分离带电组分的毛细管电泳模式。该模式是通过在电泳缓冲液中加入适量的表面面活性剂(如十二烷基硫酸钠等)，使之形成疏水内核和外部带负电的胶束相。在电泳过程中，因各组分的疏水性不同，在水相和胶束相之间的分配存在差异，疏水性越强的组分，与胶束相的作用力越强， 在毛细管内的停留时间就越长。MCE主要用于分离分析小分子、中性和手性化合物，如各种氨基酸和核酸及各种药物等。

毛细管电色谱法（CEC）：CEC是将HPLC常用的各种固定相有选择性地填充到毛细管电泳用的毛细管内，使样品中的各组分与固定相相互作用，以高压电源产生的电渗流(起 HPLC的流动相作用)为驱动力而实现类似色谱的分离过程。

CE 与 LC 优劣点的比较

毛细管电泳仪和液相色谱法都是被广泛使用的分离技术，但由于其分离原理不同，各自具备的优缺点以及适用的场合也不同。CE和LC最大的区别在于促使分离产生的驱动力。毛细管电泳的分离所依赖的是带电物质在电场作用下不同速度的迁移。它所需的样品量较小，分析速度也更快，适用于带电分子的快速分离，但对大分子的分离能力有限。而液相技术的分离原理则是利用柱内分析物与固定相之间不同的相互作用，这使液相技术能更好地控制分离参数，从而适用于分析更复杂的化合物和生物大分子。然而与CE相比，液相分析时间更长，所需样品量较大。同时还存在色谱柱老化和色谱带增宽的风险。