高效毛細(xì)管電泳法在藥物分析中的應(yīng)用

關(guān)于高效毛細(xì)管電泳法在藥物分析中的應(yīng)用2024/6/7第一部分概述

高效毛細(xì)管電泳法(HPCE

)又稱毛細(xì)管電泳法(capillaryelectrophoresis，CE）。是以毛細(xì)管為分離通道，以高壓電場為驅(qū)動力，依據(jù)供試品中各組分之間淌度（單位電場強(qiáng)度下的遷移速度）和（或）分配行為上的差異而實現(xiàn)分離的新型液相分離分析技術(shù)。第2頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

1937年，Tiselius(瑞典)將蛋白質(zhì)混合液放在兩段緩沖溶液之間，兩端施以電壓進(jìn)行自由溶液電泳，第一次將人血清提取的蛋白質(zhì)混合液分離出白蛋白和α、β、γ球蛋白；第一次的自由溶液電泳；一臺電泳儀;Tiselius建立了移動界面電泳，將電泳發(fā)展成分離技術(shù)。1948年獲得諾貝爾化學(xué)獎。第3頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

1981年，Jorgenson和Luckas，用75μm內(nèi)徑石英毛細(xì)管進(jìn)行電泳分析，柱效高達(dá)40萬/m，促進(jìn)電泳技術(shù)發(fā)生了根本變革，迅速發(fā)展成為可與GC、HPLC相媲美的嶄新的分離分析技術(shù)——高效毛細(xì)管電泳。

1988～1989年出現(xiàn)了第一批毛細(xì)管電泳商品儀器。目前，在生命科學(xué)、藥物分析、以及從小分子、離子到單細(xì)胞分析的一系列領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。第4頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7一、高效毛細(xì)管電泳法的特點高效毛細(xì)管電泳法是經(jīng)典電泳技術(shù)和現(xiàn)代微柱分離相結(jié)合的產(chǎn)物。

與高效液相色譜法（HPLC）相比，其相同處在于都是高效分離技術(shù)，儀器操作均可自動化，且二者均有多種不同分離模式。二者之間的差異在于：HPCE用遷移時間取代HPLC中的保留時間，HPCE與HPLC相比，分析速度快；柱效高；所需樣品量及流動相用量少；但HPCE僅能實現(xiàn)微量制備，而HPLC可作常量制備；同時，HPCE沒有泵輸液系統(tǒng)，因此成本相對較低，通過改變操作模式和緩沖液的成分，有很大的選擇性，可以根據(jù)不同分子性質(zhì)（諸如大小、電荷數(shù)、疏水性等）對極廣泛的對象進(jìn)行有效的分離。而HPLC為達(dá)到同樣的目的，需要消耗價格昂貴的柱子和大量的溶劑。第5頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7HPCE和普通電泳相比，由于其采用高電場，因此分離速度快；檢測器則除了未能和原子吸收及紅外光譜連接以外，其它類型檢測器均已和HPCE實現(xiàn)了連接檢測；一般電泳定量精度差，而HPCE和HPLC相近；HPCE操作自動化程度比普通電泳要高，與傳統(tǒng)的電泳相比主要有四個特點，即高效、快速、微量和自動化。第6頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7毛細(xì)管電泳技術(shù)兼有高壓電泳及高效液相色譜等優(yōu)點，其突出特點是:

1.儀器簡單、易自動化

電源、毛細(xì)管、檢測器、溶液瓶2.分析速度快、分離效率高

在3.1min內(nèi)分離36種無機(jī)及有機(jī)陰離子，4.1min內(nèi)分離了24種陽離子；分離柱效：105～107/m理論塔板數(shù)3.操作模式多，開發(fā)分析方法容易4.操作方便、消耗少

進(jìn)樣量極少，水介質(zhì)中進(jìn)行5.應(yīng)用范圍極廣第7頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7二、毛細(xì)管電泳的基本裝置與操作毛細(xì)管電泳的基本裝置由高壓電源、毛細(xì)管、檢測器、電解質(zhì)貯液槽、進(jìn)樣器、控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。

1－溫度控制系統(tǒng)；2－高壓電源；3－高壓電極槽；4－毛細(xì)管；5－檢測器；6－低壓電極槽；7－鉑絲電極；8－記錄/數(shù)據(jù)處理檢測器第8頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7幾個主要部分的特點:進(jìn)樣：最常用的進(jìn)樣方式為流體力學(xué)方式和電動方式兩種。分離：分離部件主要包括毛細(xì)管、毛細(xì)管恒溫系統(tǒng)和電源。毛細(xì)管材料應(yīng)具有化學(xué)和電學(xué)惰性、紫外可見光透光性、柔韌性、強(qiáng)度高和便宜等特性。熔融石英是毛細(xì)管的首選材料，最常用的是內(nèi)徑為25～75μm的毛細(xì)管。檢測：紫外可見光檢測是最常用的檢測方式，但是受到儀器、單波長等因素的限制，目前應(yīng)用最廣泛的是二極管陣列（PDA）檢測器。液體的處理：該系統(tǒng)包括自動進(jìn)樣裝置、緩沖液更換系統(tǒng)和緩沖液的水平系統(tǒng)等。第9頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7完成典型的HPCE實驗，一般包括以下操作步驟：移開進(jìn)樣端的電解質(zhì)貯液槽，換上樣品管使用低壓或電遷移方式進(jìn)樣換電解質(zhì)貯液槽加上分離電壓樣品分離，用檢測器進(jìn)行檢測第10頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

電泳

是指在電場作用下，溶液中的帶電粒子作定向移動的現(xiàn)象。單位電場下的電泳速度稱為淌度或電遷移率。離子所帶電荷越多，解離度越大，體積越小，溶液粘度越小，有效淌度就越大，其電泳速度就越快。這也是電泳分離及其條件選擇的根本依據(jù)之一。

物質(zhì)離子在電場中差速遷移是電泳分離的基礎(chǔ)。三、毛細(xì)管電泳法的基本理論第11頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7電滲

高效毛細(xì)管電泳操作中一個基本組成部分是電滲流（electroosmosis，EOF）。電滲流是毛細(xì)管內(nèi)壁表面電荷所引起的管內(nèi)液體的整體流動，來源于外加電場對管壁溶液雙電層的作用。

CE所用的石英毛細(xì)管柱，在pH>3的情況下，其內(nèi)表面帶負(fù)電，和溶液接觸時形成雙電層。在高電壓的作用下，雙電層中的水合陽離子引起流體整體向負(fù)極方向遷移的現(xiàn)象叫電滲。電滲流是毛細(xì)管中的溶劑因軸向直流電場的作用而發(fā)生的定向流動。

第12頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7電滲流的方向

電滲流的方向取決于毛細(xì)管內(nèi)表面電荷的性質(zhì)：內(nèi)表面帶負(fù)電荷，溶液帶正電荷，電滲流流向陰極；內(nèi)表面帶正電荷，溶液帶負(fù)電荷，電滲流流向陽極；

粒子在毛細(xì)管內(nèi)電解質(zhì)中的遷移速度等于電泳和電滲流（EOF）兩種速度的矢量和，正離子的運動方向和電滲流一致，故最先流出；中性粒子的電泳流速度為“零”，故其遷移速度相當(dāng)于電滲流速度；負(fù)離子的運動方向和電滲流方向相反，但因電滲流速度一般都大于電泳流速度，故它將在中性粒子之后流出，從而因各種粒子遷移速度不同而實現(xiàn)分離。

第13頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7多數(shù)情況下，電滲流速度是電泳速度的5-7倍。因此，在毛細(xì)管電泳中利用電滲流可將正、負(fù)離子和中性分子一起朝一個方向產(chǎn)生差速遷移，在一次CE操作中同時完成正、負(fù)離子的分離測定。由于電滲流的大小和方向可以影響CE分離的效率、選擇性和分離度，所以成為優(yōu)化分離條件的重要參數(shù)。用來控制電滲流的方法主要有改變緩沖溶液的成分和濃度；改變緩沖溶液的pH值；加入添加劑；毛細(xì)管內(nèi)壁改性；外加徑向電場；改變溫度等。第14頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7四、影響高效毛細(xì)管電泳分離的因素1.緩沖溶液

CE中常用的緩沖試劑有：磷酸鹽、硼砂或硼酸、醋酸鹽等。緩沖液濃度升高，離子強(qiáng)度增加，電滲流減小，分析效率提高；同時，增強(qiáng)樣品的富集現(xiàn)象，從而提高分析靈敏度。

2．pH值

pH能影響樣品的解離能力，樣品在極性強(qiáng)的介質(zhì)中離解度增大，電泳速度也隨之增大，從而影響分離選擇性和分離靈敏度。

第15頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/73.分離電壓

相對較高的分離電壓會提高分離度和縮短分析時間，但電壓過高又會使譜帶變寬而降低分離效率。

4.溫度的影響

毛細(xì)管內(nèi)溫度的升高，使溶液的黏度下降，電滲流增大。5.添加劑的影響6.進(jìn)樣第16頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

第二部分高效毛細(xì)管法的分離模式及應(yīng)用第17頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7一、高效毛細(xì)管電泳的分離模式1、毛細(xì)管區(qū)帶電泳(CZE)2、毛細(xì)管凝膠電泳(CGE)3、毛細(xì)管等速電泳(CITP)4、毛細(xì)管等電聚焦(CIEF)5、膠束電動毛細(xì)管色譜(MEKC或MECC)6、毛細(xì)管電色譜(CEC)第18頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/71、毛細(xì)管區(qū)帶電泳CZE

將待分析溶液引入毛細(xì)管進(jìn)樣一端，施加直流電壓后，各組分按各自的電泳流和電滲流的矢量和流向毛細(xì)管出口端，按陽離子、中性粒子和陰離子及其電荷大小的順序通過檢測器。中性組分彼此不能分離。正離子在負(fù)極最先流出；中性粒子：無電泳現(xiàn)象，受電滲流影響，在陽離子后流出；陰離子在負(fù)極最后流出，在這種情況下，不但可以按類分離，同種類離子由于差速遷移被相互分離。

CZE最基本的操作模式，應(yīng)用最廣泛，是其它各種操作模式的母體。用以分析帶電溶質(zhì)，如多種蛋白質(zhì)、肽、氨基酸的分析。第19頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/72、毛細(xì)管凝膠電泳

CGE

將聚丙烯酰胺等在毛細(xì)管柱內(nèi)交聯(lián)生成凝膠。其具有多孔性，類似分子篩的作用，試樣分子按大小分離。能夠有效減小組分?jǐn)U散，所得峰型尖銳，分離效率高。蛋白質(zhì)、DNA等的電荷/質(zhì)量比與分子大小無關(guān)，CZE模式很難分離，采用CGE能獲得良好分離，DAN排序的重要手段。特點：抗對流性好，散熱性好，分離度極高。

毛細(xì)管凝膠電泳分凝膠和無膠篩分兩類。無膠篩分技術(shù)：采用低粘度的線性聚合物溶液代替高粘度交聯(lián)聚丙烯酰胺,稱為毛細(xì)管無膠篩分。柱便宜、易制備。第20頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7CGE

是毛細(xì)管自由溶液區(qū)帶電泳派生出的一種電泳方式，用多孔性的凝膠或其它篩分劑作介質(zhì)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，按分子的大小分離

第21頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

1）將兩種淌度差別很大的緩沖液分別作為前導(dǎo)離子(充滿毛細(xì)管)和尾隨離子，試樣離子的淌度全部位于兩者之間，并以同一速度移動。2）負(fù)離子分析時，前導(dǎo)電解質(zhì)的淌度大于試樣中所有負(fù)離子的。所有試樣都按前導(dǎo)離子的速度等速向陽極前進(jìn)，逐漸形成各自獨立的區(qū)帶而分離。陰極進(jìn)樣，陽極檢測。3、毛細(xì)管等速電泳capillaryisotachophoresis，CITP

第22頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

3）不同離子的淌度不同，所形成區(qū)帶的電場強(qiáng)度不同(ν=μE)，淌度大的離子區(qū)帶電場強(qiáng)度小，使溶質(zhì)按其電泳淌度不同得以分離。4）特點：界面明顯，富集、濃縮作用；常用于分離離子型物質(zhì)，目前應(yīng)用不多。第23頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

1)緩沖溶液中加入離子型表面活性劑，其濃度達(dá)到臨界濃度，形成一疏水內(nèi)核、外部帶負(fù)電的膠束。4、膠束電動毛細(xì)管色譜（MECC，MEKC）

在電場力的作用下，膠束在柱中移動。被分離物質(zhì)在水和膠束相之間發(fā)生分配并隨電滲流在毛細(xì)管內(nèi)遷移，達(dá)到分離。

2)電泳流和電滲流的方向相反，且ν電滲流>ν電泳，負(fù)電膠束以較慢的速度向負(fù)極移動；第24頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

3)中性分子在膠束相和溶液（水相）間分配，疏水性強(qiáng)的組分與膠束結(jié)合的較牢，流出時間長；特點：1）可用來分離中性物質(zhì)，擴(kuò)展了高效毛細(xì)管電泳的應(yīng)用范圍；2)色譜與電泳分離模式的結(jié)合。第25頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

1）根據(jù)等電點差別分離生物大分子的高分辨率電泳技術(shù)；2）毛細(xì)管內(nèi)充有兩性電解質(zhì)（合成的具有不同等電點范圍的脂肪族多胺基多羧酸混合物），當(dāng)施加直流電壓（6～8V）時，管內(nèi)將建立一個由陽極到陰極逐步升高的、穩(wěn)定的、連續(xù)的、線性的

pH梯度；3）氨基酸、蛋白質(zhì)、多肽等的所帶電荷與溶液pH有關(guān)，在酸性溶液中帶正電荷，反之帶負(fù)電荷。在其等電點時，呈電中性，淌度為零；5、毛細(xì)管等電聚焦

CIEF第26頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

4）聚焦：具有不同等電點的生物試樣在電場力的作用下遷移，分別到達(dá)滿足其等電點pH的位置時，呈電中性，停止移動，形成窄溶質(zhì)帶而相互分離；

5）陽極端裝稀磷酸溶液，陰極端裝稀NaOH溶液；6）加壓將毛細(xì)管內(nèi)分離后的溶液推出經(jīng)過檢測器檢測；7）電滲流在CIEF中不利，應(yīng)消除或減小。

毛細(xì)管等電聚焦電泳已經(jīng)成功用于測定蛋白質(zhì)等電點，分離異構(gòu)體等方面。第27頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

是將細(xì)粒徑固定相填充到毛細(xì)管中，或在毛細(xì)管內(nèi)壁涂覆固定相，以電滲流驅(qū)動操作緩沖溶液（流動相），使試樣組分在兩相間進(jìn)行分離的電動色譜過程。此模式兼具電泳和液相色譜的模式。CEC可分為開管CEC（即管壁涂漬固定相）和填充CEC。6、毛細(xì)管電色譜

capillaryelectroosmosticchromatography，CEC第28頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7二、高效毛細(xì)管電泳法在藥物分析中的應(yīng)用

高效毛細(xì)管技術(shù)在藥物分析中的應(yīng)用大致可以分為兩部分：一是原料藥的定量、原料藥中雜質(zhì)的測定、藥物制劑分析以及對它們穩(wěn)定性的評價等以藥品質(zhì)量控制為目的的測定方法。二是對進(jìn)入人體內(nèi)的藥物或代謝物的吸收、分布、代謝、排泄等體內(nèi)動態(tài)的研究，即臨床藥物分析。

第29頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7（一）HPCE在藥品質(zhì)量控制方面的研究應(yīng)用1．HPCE在中藥分析中的應(yīng)用具有分離效率高、分析速度快、分析時間短、樣品前處理簡便、進(jìn)樣量少、有機(jī)溶劑消耗少、操作簡便、分析成本低等優(yōu)點。另外，HPCE在中藥復(fù)方制劑復(fù)雜成分分析中還具有以下優(yōu)越性：(1)毛細(xì)管柱易于全面清洗，可保持高柱效而使復(fù)雜成分較好分離；(2)分離模式多，適合于中藥制劑中各類化學(xué)成分的分析；(3)不同電泳技術(shù)之間及HPCE與NMR、MS等多種技術(shù)聯(lián)用可提高分析的精密度，更可拓寬其應(yīng)用范圍。第30頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7目前已有報道，采用HPCE對丸劑、膠囊劑、片劑、合劑、口服液、顆粒劑以及注射劑等中藥制劑或中藥中有效成分進(jìn)行分析。例如，用膠束電動毛細(xì)管色譜（MECC）法測定牡丹皮、白芍、赤芍及其不同炮制品的牡丹酚、芍藥甙的含量；選擇毛細(xì)管區(qū)帶電泳（CZE）分離模式，以麻黃素為內(nèi)標(biāo)，建立了適合莨菪類生物堿一阿托品、東莨菪堿、山莨菪堿、樟柳堿優(yōu)化分離與顛茄酊劑及片劑定量分析的方法，可用于莨菪類生物堿中藥制劑的質(zhì)量控制等。由此可見，HPCE在中藥制劑質(zhì)量控制及中藥現(xiàn)代化進(jìn)程中必將發(fā)揮巨大作用。

第31頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/72．HPCE在天然產(chǎn)物分析中的應(yīng)用（1）蛋白質(zhì)、DNA、多肽、氨基酸的分析：主要包括肽、蛋白的鑒別、結(jié)構(gòu)分析、微量制備以及蛋白的定量測定、純度檢測；測定氨基酸的組成、序列和一些物化常數(shù)（如分子量和等電點等）、鑒別結(jié)構(gòu)和種類不同的蛋白質(zhì)。在肽和蛋白質(zhì)的鑒別分析中應(yīng)用最多的是CZE。對擴(kuò)散系數(shù)小的生物大分子而言，CE還可以作為收集非常純的單一餾分的微量制備的手段。例如分離多聚核苷酸并對產(chǎn)物進(jìn)行純度測定等，結(jié)果使人滿意。第32頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7采用MEKC模式，在25分鐘內(nèi)分離了23種丹?；被幔籋PCE可取代傳統(tǒng)的氨基酸分析儀實例1：第33頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7DNA排序?qū)嵗?：第34頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7（2）糖及其綴合物的分析糖分析的難點是糖類物質(zhì)一般為電中性，且親水性強(qiáng)，多數(shù)沒有吸光基團(tuán)，檢測上存在困難。各種新的糖衍生化反應(yīng)和檢測技術(shù)的應(yīng)用，使CE成為分析單糖、寡糖、糖肽、糖蛋白等糖類化合物的有效手段。單糖的解離常數(shù)值一般大于11，需選用pH>11強(qiáng)堿性的緩沖液，直接進(jìn)行電泳分離后紫外檢測。這種方法也能用來測定簡單寡糖。多糖一般利用酸解或酶解的方法將其轉(zhuǎn)化為寡糖后進(jìn)行分析。第35頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7在糖的檢測方面，UV，EC和LIF（激光誘導(dǎo)熒光）是主要手段。例如：葡萄糖、果糖、綿子糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖、水蘇糖等單糖可以利用CZE，膠束電動毛細(xì)管色譜（MECC）結(jié)合UV進(jìn)行檢測；寡糖和多糖主要采用CZE結(jié)合EC的方法進(jìn)行檢測；其他糖類（氨基糖等）則選擇LIF（激光誘導(dǎo)熒光）檢測。第36頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/73．HPCE在藥物制劑分析中的應(yīng)用

CE法具有能排除高含量復(fù)雜基體干擾、檢測痕量成分的能力，且樣品只需經(jīng)簡單預(yù)處理即可分析其有效成分含量，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于片劑、注射劑、糖漿、滴耳液、乳膏劑及復(fù)方制劑等各種劑型中主藥成分的定量測定。

如有文獻(xiàn)報道用低pH值的緩沖液測定糖漿中堿性主藥的含量時，因賦形劑呈中性，將停留在進(jìn)樣端不遷移而在清洗時被沖走，故可將糖漿樣品稀釋后直接進(jìn)樣，無需前處理。

第37頁,共43頁，星期六，2024年，5月2024/6/7

例如，采用此方法，經(jīng)過篩選比較，確定緩沖液pH3.0，在HPCE柱上富集測定福莫特羅干糖漿；采用CZE技術(shù)測定5-HT受體拮抗劑奧丹西隆注射液的含量；用HPCE法在7分鐘內(nèi)同時測定鹽酸洛美沙星、依諾沙星、鹽酸環(huán)丙沙星、氧氟沙