毛细管电泳分析法（Capillary Electrophoresis, 简称CE）是化学检验员在分析离子型、极性或带电荷小分子及生物大分子时的一种高效、快速、微量的分离技术。它利用高电压电场驱动带电粒子在毛细管中迁移，基于不同组分的电泳淌度差异实现分离，具有样品用量少、分离效率高、分析速度快、溶剂消耗低等优点，广泛应用于医药、生物、食品、环境和法医等领域。

一、基本原理

毛细管电泳的核心原理是：在充满电解质溶液的熔融石英毛细管（内径通常为25–100 μm，长度30–100 cm）两端施加高直流电压（10–30 kV），带电粒子在电场作用下发生定向迁移。

不同组分因电荷大小、分子大小、形状以及与缓冲液相互作用的不同，具有不同的电泳淌度（单位电场强度下的迁移速度），从而在毛细管中以不同速度移动，实现分离。

此外，毛细管内壁的硅羟基在碱性条件下带负电，会吸引溶液中的阳离子形成电渗流（Electroosmotic Flow, EOF）。电渗流是整体液体向负极移动的流动，它能带动所有组分（无论正负电荷）向同一方向迁移，显著影响分离效率和时间。

正离子：电泳方向与电渗流一致，最先流出；

中性分子：仅随电渗流移动，居中流出；

负离子：电泳方向与电渗流相反，但因电渗流通常较强，仍可被带出，最后流出。

二、仪器组成

高压电源
提供稳定可调的直流高压（正极或负极进样模式），是驱动分离的动力源。

毛细管
通常为熔融石英管，使用前需用缓冲液冲洗活化，确保内壁电荷稳定。

缓冲溶液（运行液）
填充在毛细管和样品池中，决定pH、离子强度和电渗流大小。常用缓冲体系如磷酸盐、硼砂、Tris等。

进样系统

电动进样：施加电压，利用电迁移将样品注入毛细管端口；

压力进样：施加气压或真空，将样品推入；

进样体积极小，通常为nL级（10⁻⁹ L）。

检测器

紫外-可见吸收检测器（UV-Vis）：最常用，通过毛细管壁进行非接触检测；

二极管阵列检测器（DAD）：可获取光谱信息，用于峰纯度分析；

荧光检测器（FLD）：灵敏度极高，适用于荧光物质或衍生化样品；

质谱检测器（MS）：CE-MS联用，提供结构信息，用于复杂体系定性。

数据处理系统
记录电信号并转化为电泳图谱，进行峰识别、迁移时间定性和峰面积定量。

三、主要分离模式（化学检验员常用）

毛细管区带电泳（CZE）
最基本、最常用的模式，适用于带电小分子（如无机离子、有机酸、氨基酸、药物离子）的分离。

胶束电动毛细管色谱（MEKC）
在缓冲液中加入表面活性剂（如十二烷基硫酸钠SDS），形成胶束，使中性分子因在胶束和水相间分配不同而得以分离，扩展了CE对中性物质的分析能力。

毛细管等电聚焦（CIEF）
用于蛋白质、多肽等两性物质的分离，基于等电点（pI）差异。

毛细管凝胶电泳（CGE）
毛细管内填充凝胶（如聚丙烯酰胺），基于分子大小分离DNA片段、蛋白质，类似于凝胶电泳的微型化。

四、分析流程

样品准备

样品需溶解在低离子强度溶剂中，避免“样品堆积”效应；

复杂基质（如血清、饮料）需稀释、过滤或去蛋白处理。

毛细管预处理

依次用强碱、水、缓冲液冲洗毛细管，活化内壁，稳定电渗流。

进样

选择电动或压力进样方式，控制进样时间以保证重复性。

电泳分离

施加高压，组分在电场下迁移并分离。

检测与数据处理

检测器实时记录信号，生成电泳图谱；

根据迁移时间定性，峰面积定量（外标法为主）。

五、化学检验员典型应用场景

药物分析：手性药物对映体分离、杂质检测、含量测定；

氨基酸与蛋白质分析：生物药物质控、蛋白质纯度检测；

核酸分析：DNA片段、PCR产物的分离与测序（早期基因分析）；

食品安全：饮料中防腐剂、甜味剂、有机酸的同时检测；

环境监测：水中无机阴离子（NO₃⁻、SO₄²⁻）、有机污染物分析；

法医检验：DNA指纹分析、毒物筛查。

六、操作要点与注意事项

缓冲液新鲜配制：防止微生物滋生或pH变化；

毛细管清洗：每次运行前后需充分冲洗，防止残留和污染；

温度控制：仪器配备恒温系统，避免焦耳热引起基线漂移；

电压稳定性：确保电源稳定，防止电流波动影响分离；

迁移时间重现性：受电渗流影响较大，可通过内标法提高定量准确性；

避免气泡：气泡会阻断电流，影响分离。

七、优点与局限性

优点：

分离效率极高（理论塔板数可达10⁶/米）；

样品用量极少（nL级），适合微量或珍贵样品；

分析速度快（几分钟到十几分钟）；

溶剂消耗少，绿色环保；

可分离离子、中性分子、大分子等多种物质。

局限性：

定量精度略低于HPLC；

迁移时间重现性受电渗流影响；

对操作技术要求较高；

不适合高浓度样品或颗粒物多的复杂基质。

八、总结

毛细管电泳分析法是化学检验员在面对微量、带电或极性复杂样品时的重要补充技术。它以高分辨率、低消耗、快速分析的特点，在药物、生物和食品检测中发挥着独特作用。

尽管其普及程度不及色谱技术，但随着仪器自动化和CE-MS联用的发展，毛细管电泳的应用前景日益广阔。化学检验员掌握其基本原理、操作技能和方法开发能力，有助于提升实验室在高难度分离分析任务中的技术水平。