（环境科学专业论文）环境分析中的毛细管电泳电化学检测技术的研究与应用.pdf

m a s t e rt h e s i so f 2 010p o s t g r a d u a t e s c h o o l si d ：1 0 2 6 9 y , t 7 4 3 0 t 4 、吣吣删 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y s t u d ya n da p p l i c a t i o no fc a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i s e l e c t r o c h e m i c a ld e t e c t i o ni n en v i r o n m e n t a l analysisnmentala n as i s d e p a r t m e n t ： s p e c i a l i z a t i o n ： 鲁 r e s e a r c hf i e l d ： s u p e r v i s o r ： en v i r o n m e n t a ls c i e n c e e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e p r o f it i a n s h uz h o u s t u d e n t sn a m e ：y a ns u n m a y ，2 0 1 0 ，s h a n g h a i f - - l 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文环境分析中的毛细管电泳一电化学检测技术的研 究与应用，是在华东师范大学攻读硕庄博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个 人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期：加l 。年r 月7 口日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 环境分析中的毛细管电泳电化学检测技术的研究与应用系本人在华东师范大 学攻读学位期间在导师指导下完成的砺生博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果 归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并 向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子 版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论 文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇 编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () o 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密学位论文木， 于 年， 月 日解密，解密后适用上述授权。 | ( u2 不保密，适用上述授权。 导师签名 本人签名盈二务 弘f 口年岁月t o 日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) 。 ， - k ， 坠鏖硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 方禹之 教授( 博导)华东师范大学化学系 主席 徐伯兴教授华东师范大学环科系 徐章法副教授华东师范大学环科系 ， 中文摘要 环境分析中的毛细管电泳电化学检测技术 的研究与应用 中文摘要 毛细管电泳( c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ，c e ) 是经典电泳技术和现代微柱技术 的结合产物，近年来已经在生命科学、农业、食品、临床医学、化学等各领域得 到广泛应用，是一种极其重要的分离分析方法。c e 具有分离效率高、分析速度 快、检测灵敏度高、样品用量少、能直接进样及易于自动化操作等优点，且几乎 可以与各种检测器( 包括u v 、m s 、l i f 、e d 等) 联用。c e 联用检测器所具有的较 高的灵敏度和较好的选择性以及各种样品在分析前采取的萃取、提纯等多种预富 集手段，使得c e f l 邑满足环境污染物分析的要求，尤其是当污染物浓度为痕量或 者是存在于复杂的环境介质中，故c e 在污染物分析测定应用领域潜力巨大。 目前，环境问题是全球的研究热点之一，大气污染、臭氧层破坏、全球变暖、 土地退化和沙漠化、森林锐减、生物多样性减少、有毒化学品和危险废物等问题 直接或间接地与化学物质污染有关。环境污染对人体健康有诸多潜在的危害，为 了快速、准确地评价环境污染，就需要有效的分析测试手段对各种环境污染物进 行定性和定量分析，从而为制定相应的对策提供科学的依据。本论文以环境污染 物及相关生物指标为研究对象，建立了用于快速、灵敏、准确检测芳香胺类污染 物、农药及甲状腺激素的毛细管电泳安培检测法。同时，与化学修饰电极技术 相结合，提高毛细管电泳安培检测法的检测灵敏度，扩大了其应用范围。 全文共分以下四个部分： 1 绪论( 第一章) 该部分主要概述了毛细管电泳的原理、发展现状及在各个领域的应用。对环 境污染现状及污染物的分析技术研究发展做了归纳总结，详细综述了毛细管电泳 在环境分析领域中的应用。 2 毛细管电泳安培检测法测定水样中的芳香族胺类化合物( 第二章) ， 、- 中文摘要 芳香族胺类化合物，如苯胺及其衍生物是一类重要的环境水体污染物，具有 高毒性和致癌性，即使是痕量浓度也会对人体有致突变影响。因此，对水体等环 境介质中含有的苯胺类化合物的灵敏检测，具有重要的现实意义。 本部分工作以碳圆盘电极为工作电极，建立了毛细管区带电泳安培检测法 ( c z e a d ) 对水样中的芳香胺类化合物的分离检测方法。文中探讨了检测电位、 运行缓冲溶液的p h 和浓度、分离电压和进样时间等条件对分离测定的影响。在 最佳优化条件下，2 ，3 - - - 氨基萘、苯胺、邻苯二胺和对氯苯胺四种物质在p h4 6 ， o 1 6m o l l 的磷酸氢二钠柠檬酸缓冲溶液中，在2 3m i l l 内得到基线分离。检出 限分别为1 0 1 0 刁m o l l 、3 3 x 1 0 一m o l l 、5 o x l o 罐m o l l 和1 3 x l o 。7m o l l ( s n = 3 ) 。将该方法直接用于环境水样中四种芳香族胺类物质的分析测定，结 果令人满意。 3 毛细管电泳铂纳米修饰电极对农产品中氨基甲酸酯类农药的分析方法研究 ( 第三章) 氨基甲酸酯类农药可作为杀虫剂、杀螨剂和除草剂用于多种农作物，由于其 药效快、残留期短、对人及生物体毒性较有机磷、有机氯农药低等优点在农业生 产中得到广泛使用。长期饮用或食用被农药污染的水或蔬菜食品，残留农药会在 体内积累，当富集到一定浓度时会对人体产生毒害作用，严重的会致癌甚至导致 死亡，因此有必要发展一种高效、选择性好及灵敏度高的检测方法对环境样品、 农产品等中的痕量的农药残留进行准确、灵敏的检测。 本部分首次将铂纳米修饰电极用于毛细管电泳安培检测法来分离检测农产 品中的三种氨基甲酸酯类农药：混杀威( 2 ，3 ，5 - t r i m e t h a c a r b ) 、灭杀威( ( 3 ， 4 - d i m e t h y l p h e n y l ) n - m e t h y l c a r b a m a t e ) 和灭除威( n - m e t h y l c a r b a m a t e ) 的残留。 此法基于氨基甲酸酯类农药能在碱性条件下水解成为酚类物质，而酚类物质具有 很好的电化学活性，可用毛细管电泳安培检测法分析。与裸电极相比，铂纳米 修饰电极具有更大的比表面积，同时具有良好的电化学和电催化性质，可提高对 酚类物质的响应灵敏度，检测稳定。文中探讨并优化了各种影响分离测定的条件。 在最佳实验条件下，三种农药可在5r a i n 内完成分离测定，检出限分别为2 2 1 0 一， 2 8 x l o 和2 2 x 1 0 培m o l l ( s n = 3 ) ，相对标准偏差( r s d ) 在2 2 2 3 3 7 范 围内。利用此方法对农产品中的这三种氨基甲酸酯类农药残留进行检测，结果令 人满意。 中文摘要 4 毛细管电泳一安培检测法测定甲状腺激素的方法研究及其应用( 第四章) 甲状腺激素由甲状腺分泌，能促进心肌、骨骼肌和肾脏等的能量代谢及蛋白 质在体内的合成，同时还能平衡体内正常的糖代谢、脂代谢和水代谢等生理活动。 某些环境污染物( 内分泌干扰物) 作用于机体后将影响甲状腺素的正常分泌，引 起甲状腺干扰效应。对甲状腺素的准确、灵敏测定，有助于对内分泌干扰物的进 行有效地筛选 本文利用毛细管电泳。安培检测联用技术，建立了一种简便、快速、灵敏的 分离测定甲状腺素( t 4 ) 和三碘甲腺原氨酸( t 3 ) 的方法。以3 0 0g m 碳圆盘电极 为工作电极，在+ 1 0 5v ( 强h g h 9 2 c 1 2 ，3m o l lk c l ) 的检测电位下，o 0 5m o l l 的硼砂n a o h ( p h1 1 3 ) 的缓冲溶液中，分离电压2 1k v ，进样1 0s ，t 4 和t 3 在 ll m i n 内达到基线分离。在最佳条件下，上述两种物质在0 2 - - 5 0g m o l l 浓度范围 内与其峰电流呈良好的线性关系，检出限分别为1 0 x 1 0 _ 和8 5 x 1 0 m o l l ( s n = 3 ) 。将该法用于测定甲状腺片中t 4 和t 3 的含量，结果令人满意。 关键词：毛细管电泳，安培检测法，环境分析，铂纳米粒子修饰电极，芳香族胺 类物质，氨基甲酸酯类农药，甲状腺激素 i i i 、 一 英文摘要 a bs t r a c t c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( c e ) i s ac o m b i n a t i o no fc l a s s i c a l e l e c t r o p h o r e s i s t e c h n o l o g ya n dm o d e m m i c r o c o l u m nt e c h n o l o g y r e c e n t l y , c eh a sb e e nw i d e l yu s e d i nd i f f e r e n tf i e l d s ，s u c ha sl i f e s c i e n c e ，a g r i c u l t u r e ，f o o d ，c l i n i c a lm e d i c i n ea n d c h e m i s t r y i th a se x h i b i t e dp o w e r f u lc a p a b i l i t yf o rt h ea n a l y s i so fc o m p l e xs a m p l e s d u et oi t sh i g hs e p a r a t i o ns p e e da n de f f i c i e n c y , l o wv o l u m es a m p l e ，t h er e l a t i v e l y s i m p l ei n s t r u m e n ta n dl o wr u n n i n gc o s t s c ec a nc o u p l ew i t hv a r i o u sd e t e c t o r s - t r y , m s ，e d ，l i f , e t c ) t h eh i g hs e n s i t i v i t ya n ds e l e c t i 、r i t ) ro fi t sd e t e c t o ra l l o wc et o m e e tt h ea n a l y s i so fp o l l u t a n t s ，e s p e c i a l l yf o rt h et r a c el e v e ld e t e c t i o no rc o m p l e x e n v i r o n m e n t a lm a t r i x t h e r e f o r e ，c eh a s g r e a tp o t e n t i a li n t h ea p p l i c a t i o no f e n v i r o n m e n t a la n a l y s i s a tp r e s e n t ，e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sa r eo n eo ft h ew o r l d sh o ts p o t s ，t h ep r o b l e m s i n c l u d i n ga t m o s p h e r i cp o l l u t i o n , o z o n ed e p l e t i o n , g l o b a lw a r m i n g ，l a n dd e g r a d a t i o n a n dd e s e r t i f i c a t i o n ，l o s so ff o r e s t sa n dl o s so fb i o d i v e r s i t y , t o x i cc h e m i c a l sa n d h a z a r d o u sr u b b i s h ，w h i c ha r ed i r e c t l yo ri n d i r e c t l yr e l a t e dw i t ht h ec h e m i c a l s u b s t a n c e s e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nh a sm a n yp o t e n t i a lh a z a r d sf o rh u m a nh e a l t h t o e v a l u a t et h ee n v k o n m e n t a lp o l l u t i o nf a s ta n da c c u r a t e l y , i ti si m p o r t a n tt of m do r e s t a b l i s h e f f e c t i v em e t h o d sf o r t h e q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s o f e n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w el a i do u re m p h a s i so nt h er e s e a r c ho f a n a l y s i sm e t h o d so fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t sa n de s t a b l i s h e dm e t h o d st od e t e r m i n e a r o m a t i ca m i n e s ，c a r b a m a t ep e s t i c i d e sa n dt h y r o i dh o r m o n eb yu s i n gc z e a d m o r e o v e lt h ec h e m i c a l l ym o d i f i e de l e c t r o d et e c h n i q u ew a su t i l i z e di nc z e a dt o i m p r o v et h es e n s i t i v i t yo fd e t e c t i o n t h ed i s s e r t a t i o ni n c l u d e sf o u rc h a p t e r s ： c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n i nt h i s c h a p t e r , t h ep r i n c i p l e ，d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n s o f c a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i sw e r eo u t l i n e d t h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n a n dt h e a n a l y s i s t e c h n o l o g i e s f o rp o l l u t a n t sw e r ei n 仃o d u c e d ，a n dt h e a p p l i c a t i o n s o f c a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i si ne n v i r o n m e n t a la n a l y s i sw e r eh i g h l i g h t e d i v 一 英文摘要 c h a p t e r2 d e t e r m i n a t i o no fa r o m a t i ca m i n e si nw a t e rs a m p l e sb yc a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i sw i t ha m p e r o m e t r i cd e t e c t i o n a r o m a t i ca m i n e ss u c ha sa n i l i n ea n di t sd e r i v a t i v e sa r ea i li m p o r t a n tc l a s so f e n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t s am e t h o db a s e do nc a p i l l a r yz o n ee l e c t r o p h o r e s i sw i t h a m p e r o m e t i cd e t e c t i o n ( c z e a d ) a tc a r b o nd i s ke l e c t r o d ew a sd e v e l o p e df o rt h e d e t e r m i n a t i o no f a r o m a t i ca m i n e si nw a t e rs a m p l e s t h ee f f e c t so fw o r k i n gp o t e n t i a l ， p ha n dc o n c e n t r a t i o no fr u n n i n gb u f f e r , s e p a r a t i o nv o l t a g ea n di n j e c t i o nt i m ew e r e i n v e s t i g a t e d u n d e r t h e o p t i m u mc o n d i t i o n , 2 ，3 - d i a m i n o a p h t h a l e n e ，a n i l i n e ， o - p h e n y l e n e d i a m i n ea n dp c h l o r o a n i l i n ec o u l db ew e l ls e p a r a t e di n0 16m o l l n a 2 h p 0 4 - c i t r i ca c i db u f f e r h4 6 ) w i t h i n2 3r a i n t h ed e t e c t i o nl i m i t so ft h e mw e r e 1 o x l o m o l l ，3 3 x 1 0 一m o l l ，5 0 x 1 0 。8m o l la n d1 3 x 1 0 7m o l l ( s 价归3 ) ， r e s p e c t i v e l y t h em e t h o dc a i lb ea p p l i e dd i r e c t l yf o rt h ed e t e r m i n a t i o no fa r o m a t i c a m i n e si nr e a lw a t e rs a m p l e sw i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s c h a p t e r3 s i m u t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no fe a r b a m a t ep e s t i c i d e si na g r i c u l t u r a l p r o d u c t su s i n gc a p i l l a r ye l e e t r o p h o r e s i s a m p e r o m e t r i cd e t e c t i o no nap l a t i n u m n a n o p a r t i c l e sm o d i f i e de l e c t r o d e i nt h i sp a p e r , ap l a t i n u mn a n o p a r t i c l e sm o d i f i e dc a r b o nd i s ke l e c t r o d ew a sf i r s t l y u s e di nc a p i l l a r yz o n ee l e c t r o p h o r e s i sw i t ha m p e r o m e t r i cd e t e c t i o n ( c z e a d ) f o rt h e d e t e r m i n a t i o no ft h r e ec a r b a m a t e p e s t i c i d e s ：2 ，3 ，5 - t r i m e t h a c a r b ，( 3 ， 4 - d i m e t h y l p h e n y l ) n - m e t h y l c a r b a m a t e ( x y l y c a r b ) a n d ( 3 ，5 - d i m e t h y l p h e n y l ) n m e t h y l c a r b a m a t e ( x m c ) i na g r i c u l t u r a lp r o d u c t s t h em e t h o dw a sb a s e do n a l k a l i n eh y d r o l y s i so ft h et h r e ec a r b a m a t ep e s t i c i d e s ，a n dt h eh y d r o l y s i sp r o d u c t s ( p h e n o l s ) c o u l db ed e t e c t e db ya m p e r o m e t r ya f t e rc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e t i cs e p a r a t i o n p a r a m e t e r st h a ta f f e c tt h es e p a r a t i o ne f f i c i e n c ya n dt h es e n s i t i v i t yo ft h em e t h o dw e r e s t u d i e da n do p t i m i z e d t h ea n a l y t i c a lp e r f o r m a n c e sa n dp o s s i b l ea p p l i c a t i o n sw e r e a l s oi n v e s t i g a t e d t h et h r e ep e s t i c i d e sc o u l db ew e l ls e p a r a t e da n dd e t e r m i n e dw i t h i n 5m i n , a n dt h ed e t e c t i o nl i m i t sw e r ei nt h er a n g eo f2 2 1 0 一，2 8 x 1 0 8a n d2 2 x 1 0 。8 m o l l ，r e s p e c t i v e l y r e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n sf o rt h es t u d i e dc o m p o u n d sv a r i e d f r o m2 2 2 t o3 3 7 ( n - - 7 3 t h ep r o p o s e dm e t h o dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h e v 一 英文摘要 a n a l y s i s o ft a r g e tc a r b a m a t ep e s t i c i d e sr e s i d u e si na g r i c u l t u r a l p r o d u c t s w i t h s a t i s f a c t o r yr e s u l t s c h a p t e r4 d e v e l o p m e n to fac a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s a m p e r o m e t r i cd e t e c t i o n m e t h o df o r t h ed e t e r m i n a t i o no ft h y r o x i n ea n dt r i i o d o t h y r o n i n ea n di t s a p p l i c a t i o n a s i m p l e ，r e l i a b l ea n dr e p e a t a b l em e t h o d ，b a s e do nc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( c e ) w i t h a m p e r o m e t r i cd e t e c t i o n ( a d ) h a sb e e nd e v e l o p e df o r t h e s i m u l t a n e o u s s e p a r a t i o na n dd e t e r m i n a t i o no ft h y r o x i n e ( t 4 ) a n d3 ，3 ，5 一t r i i o d o t h f o l l i n e ( t 3 ) a c a r b o nd i s ke l e c t r o d ew a su s e da sw o r k i n ge l e c t r o d ei nt h i ss y s t e ma n de x h i b i t e da g o o dr e s p o n s ea t1 0 5v ( v s h g h g e c l 2 ，3m o l lk c l ) f o rt w oa n a l y t e s t h ec e s e p a r a t i o n sw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l a t2 1k vo fa p p l i e d v o l t a g e ，t h et w o c o m p o u n d sw e r es e p a r a t e dw i t h i n1 1m i ni n0 0 5m o l ln a 2 8 4 0 7 - n a o hb u f f e r ( p h 1 1 3 ) a n dt h ed e t e c t i o nl i m i t sw e r ea sl o wa s1 0 x 1 0 7m o l lf o rt 4a n d8 5 1 0 。8 m o l lf o rt 3 ( s n = 3 ) ，r e s p e c t i v e l y t h ep r o p o s e dm e t h o dh a sb e e na p p l i e dt oa n a l y z e t 4a n dt 3i np h a r m a c e u t i c a lf o r m u l a t i o n s ，a n dt h er e s u l t sw e r es a t i s f a c t o r y k e y w o r d s ：c a p i l l a r ye l e e t r o p h o r e s i s ，a m p e r o m e t r i cd e t e c t i o n ，e n v i r o n m e n t a l a n a l y s i s ，p l a t i n u mn a n o p a r t i c l e sm o d i f i e de l e c t r o d e ，a r o m a t i ca m i n e s ，c a r b a m a t e p e s t i c i d e s ，t h y r o i dh o r m o n e s v i 目录 目录 中文摘要i a b s t r a c t ：【、， 第一章绪论1 一、毛细管电泳概述1 1 1 毛细管电泳分离模式2 1 2 毛细管电泳检测方法3 1 3 毛细管电泳的应用6 二、环境污染及污染物分析方法一8 2 1 环境污染与污染物8 2 2 环境污染物的分析方法8 三、毛细管电泳技术在环境分析中的应用1 1 3 1 酚类化合物1 1 3 2 环境激素类1 2 3 3 农药残留物1 4 3 4 抗生素15 3 5 金属离子和无机阴离子1 5 3 6 苯胺类物质1 6 3 7 其他1 7 四、本论文的研究目的及意义18 第二章毛细管电泳一安培检测法测定水样中的芳香族胺类化合物2 0 1 引言2 0 2 实验部分2 l 2 1 仪器2 l 2 2 试剂2 2 2 3 实验过程2 2 3 结果与讨论2 3 3 1 工作电位的选择2 3 3 2 缓冲溶液p h 和浓度的影响2 4 3 3 分离电压和进样时间的影响2 6 3 4 线性、重现性和检出限2 7 。3 5 水样测定2 8 4 结论3 0 第三章毛细管电泳一铂纳米修饰电极对农产品中氨基甲酸酯类农药的分析方法 研究3 1 1 引言31 2 实验部分3 3 2 1 仪器3 3 2 2 试剂3 3 2 3 实验过程3 4 3 结果与讨论。一3 5 3 1 电聚合法制备铂纳米修饰电极及其电催化氧化性质3 5 目录 3 2 工作电位的影响3 6 3 3 缓冲溶液p h 和浓度的影响3 7 3 4 分离电压和进样时间的影响4 1 3 5 线性、重现性和检出限4 1 3 6 氨基甲酸酯类农药水解研究4 2 3 7 农产品样品分析4 3 4 结论4 5 第四章毛细管电泳一安培检测法测定甲状腺激素的方法研究及其应用4 6 1 引言4 6 2 实验部分4 8 2 1 仪器4 8 2 2 试剂4 8 2 3 溶液的制备4 9 2 4 实验过程4 9 3 结果与讨论5 0 3 1 工作电位的影响5 0 3 2 缓冲溶液p h 和浓度的影响5 1 3 3 分离电压和进样时间的影响5 3 3 4 线性范围、重现性和检出限5 5 3 5 样品测定一5 5 4 结论5 8 参考文献一5 9 附录：硕士在读期间科研成果7 0 致谢7 l 2 第一章绪论 第一章绪论 毛细管电泳( c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ，c e ) 是类以毛细管为分离通道， 以高压直流电场为驱动力，以样品的多种特性( 电荷、大小、等电点、极性、亲 和行为、相分配特性等) 为根据的液相微分离分析技术，是分析科学中继高效液 相色谱之后的又一重大发现。和其他分离分析技术相比，毛细管电泳具有高效、 快速、微量、经济、容易自动化、环境污染少、应用范围广以及能与多种检测方 法联用( 包括u v 、m s 、l i f 、e d 等) 等优点，它使得分析科学得以从微升水平进 入纳升水平【l l ；在无机和有机分析、药物分析、环境分析、临床检验以及生命科 学研究中的d n a 、蛋白质、多肽等生物分子分离分析方面，c e 显示了巨大潜力。 一、毛细管电泳概述 毛细管电泳是一种高效、快速分离的新技术，其发展历史源远流长，以等速 电泳( i s o t a c h o p h o r e s i s ，i t p ) 为参考点，可以追溯到2 0 世纪4 0 年代甚至更远1 2 】。 2 0 世纪6 0 年代中期，h j e r t e n 用内径3m i l l 的石英管研究细胞的电泳分离【3 】标志 着毛细管区带电泳( c z e ) 的出现，多数学者也认为c z e 是现代c e 的源头。 c z e 发展史中第一个重大突破就是m i k k e r s 以2 0 0l x m 内径的聚四氟乙烯管进行 电泳，获得了小于1 0 “m 板高的高效分离效果 4 】；1 9 8 1 年，j o r g e n s o n 和l u k a c s 在c z e 中使用7 5 mi d 的熔融石英毛细管在3 0k v 高压下产生了4 x 1 0 5 理论塔 板数，成为毛细管电泳发展史上的一个里程碑【5 】；而l a u e r 在1 9 8 6 年用c z e 分 离蛋白质的效率高达1 0 6 理论塔板数【6 】。其后，毛细管电泳开始突飞猛进地发展。 毛细管电泳仪器一般由高压电源，弹性石英毛细管( 内径小于1 0 0 “m 、长 度为3 0 1 0 0c m ) ，检测器及两个供毛细管两端插入而又与电源相连的缓冲溶液贮 瓶组成。在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度向其所带电 荷相反方向迁移的现象叫电泳。c e 所用的熔融二氧化硅毛细管，在碱性和微酸 性( p h 2 5 ) 的溶液中，其内表面硅羟基( s i o h ) 电离成s i o ，使其表面带 负电，和溶液接触时积聚相反电荷的离子而形成了一层双电层。在高压电场作用 下，双电层中的水合阳离子引起流体整体地朝负极方向移动的现象叫电渗流，带 电粒子在毛细管内电解质中的迁移速度等于电泳和电渗流( e o f ) 两种速度的矢 量和。正离子的运动方向和电渗流一致，故最先流出；中性粒子的电泳流速度为 “零”，故其迁移速度相当于电渗流速度；负离子的运动方向和电渗流方向相反， 但因电渗流速度一般都大于电泳流速度，故它将在中性粒子之后流出，从而使各 1 第一章绪论 种粒子因迁移速度不同而实现分离。 1 1 毛细管电泳分离模式 根据毛细管内分离介质和分离原理的区别，毛细管电泳主要有以下几种模 式： 1 1 1 毛细管区带电泳( c a p i l l a r yz o n ee l e c t r o p h o r e s i s ，c z e ) 毛细管区带电泳是c e 中最基本、应用最普通的一种模式，是各种操作模式 的基础。此种分离模式下，毛细管中的运行液主要是缓冲溶液，也可根据不同情 况在缓冲液中加入一些有机试剂或者添加剂。其分离原理是基于各种分离物质的 荷质比的差异进行分离。如今也可直接利用纯有机溶剂( 乙腈、甲醇、二甲亚砜 等) 或混合试剂代替水介质形成非水毛细管电泳来完成样品的电泳分析。 1 1 2 胶束电动毛细管色谱( m i c e l l a re l e c t r o k i n e t i cc a p i l l a r yc h r o m a t o g r a p h y ， m e c c ) 胶束电动毛细管色谱是以胶柬为假固定相的一种电动色谱，是电泳技术与色 谱技术的结合。m e c c 是在缓冲溶液中加入表面活性剂，当溶液中表面活性剂的 浓度超过临界胶束浓度( c m c ) 时，表面活性剂分子之间的疏水基团聚集在一 起形成胶束( 假固定相) ，基于溶质在水相和胶束相之间的分配系数不同而得到 分离。它可用于中性物质和疏水分子的分离，拓宽了c e 的应用范围。 1 1 3 毛细管凝胶电泳( c a p i l l a r yg e le l e c t r o p h o r e s i s ，c g e ) 毛细管凝胶电泳是毛细管电泳的重要模式之一，它综合了c e 和平板凝胶电 泳的优点，成为当今分离度极高的一种电泳分离技术。在c g e 中，毛细管内填 充凝胶或其他筛分介质作为分离介质，不同体积的溶质分子在起“分子筛”作用 的凝胶中进行分离。c g e 能达到c e 中最高的柱效，成为蛋白质、多肽、寡核苷 酸和d n a 等生物大分子分离分析的有力工具。 1 1 4 毛细管等电聚焦( c a p i l l a r yi s o e l e c