高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座

高效毛细管电泳法

在药品分析中应用

山东药品食品职业学院任玉红年执业药师继续教育2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第1页

该内容共分两部分进行介绍

第一部分概述

第二部分高效毛细管电泳技术分离模式及应用2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第2页第一部分

概述

高效毛细管电泳法(HPCE)又称毛细管电泳法(capillaryelectrophoresis，CE)。是以毛细管为分离通道，以高压电场为驱动力，依据供试品中各组分之间淌度（单位电场强度下迁移速度)和（或)分配行为上差异而实现分离新型液相分离分析技术。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第3页1937年，Tiselius(瑞典)将蛋白质混合液放在两段缓冲溶液之间，两端施以电压进行自由溶液电泳，第一次将人血清提取蛋白质混合液分离出白蛋白和α、β、γ球蛋白;第一次自由溶液电泳;一台电泳仪;Tiselius建立了移动界面电泳,将电泳发展成份离技术。1948年取得诺贝尔化学奖。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第4页1981年，Jorgenson和Luckas，用75μm内径石英毛细管进行电泳分析，柱效高达40万/m，促进电泳技术发生了根本变革，快速发展成为可与GC.HPLC相媲美崭新分离分析技术——高效毛细管电泳。1988～1989年出现了第一批毛细管电泳商品仪器。

当前,在生命科学、药品分析、以及从小分子、离子到单细胞分析一系列领域得到了广泛应用。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第5页一、高效毛细管电泳法特点

高效毛细管电泳法是经典电泳技术和当代微柱分离相结合产物。与高效液相色谱法（HPLC)相比，其相同处于于都是高效分离技术，仪器操作均可自动化，且二者都有各种不一样分离模式。二者之间差异在于：HPCE用迁移时间取代HPLC中保留时间，HPCE与HPLC相比，分析速度快；柱效高；所需样品量及流动相用量少；但HPCE仅能实现微量制备，而HPLC可作常量制备；同时，HPCE没有泵输液系统，所以成本相对较低，经过改变操作模式和缓冲液成份，有很大选择性，能够依据不一样分子性质（诸如大小、电荷数、疏水性等)对极广泛对象进行有效分离。而HPLC为到达一样目标，需要消耗价格昂贵柱子和大量溶剂。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第6页HPCE和普通电泳相比，因为其采取高电场，所以分离速度快;检测器则除了未能和原子吸收及红外光谱连接以外，其它类型检测器均已和HPCE实现了连接检测;普通电泳定量精度差，而HPCE和HPLC相近;HPCE操作自动化程度比普通电泳要高，与传统电泳相比主要有四个特点，即高效、快速、微量和自动化。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第7页

毛细管电泳技术兼有高压电泳及高效液相色谱等优点,其突出特点是:1.仪器简单、易自动化电源、毛细管、检测器、溶液瓶2.分析速度快、分离效率高在3.1min内分离36种无机及有机阴离子，4.1min内分离了24种阳离子;分离柱效：105～107/m理论塔板数3.操作模式多，开发分析方法轻易4.操作方便、消耗少进样量极少，水介质中进行5.应用范围极广2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第8页二、毛细管电泳基本装置与操作毛细管电泳基本装置由高压电源、毛细管、检测器、电解质贮液槽、进样器、控制系统及数据处理系统组成。

1－温度控制系统;2－高压电源;3－高压电极槽;4－毛细管;5－检测器;6－低压电极槽;7－铂丝电极;8－统计/数据处理检测器2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第9页几个主要部分特点:进样：最惯用进样方式为流体力学方式和电动方式两种。

分离：分离部件主要包含毛细管、毛细管恒温系统和电源。毛细管材料应含有化学和电学惰性、紫外可见光透光性、柔韧性、强度高和廉价等特征。熔融石英是毛细管首选材料，最惯用是内径为25～75μm毛细管。检测：紫外可见光检测是最惯用检测方式，不过受到仪器、单波长等原因限制，当前应用最广泛是二极管阵列（PDA)检测器。液体处理：该系统包含自动进样装置、缓冲液更换系统和缓冲液水平系统等。

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完成经典HPCE试验，普通包含以下操作步骤:移开进样端电解质贮液槽,换上样品管使用低压或电迁移方式进样换电解质贮液槽加上分离电压样品分离,用检测器进行检测2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第11页

电泳

是指在电场作用下,溶液中带电粒子作定向移动现象。单位电场下电泳速度称为淌度或电迁移率。离子所带电荷越多,解离度越大,体积越小,溶液粘度越小,有效淌度就越大,其电泳速度就越快。这也是电泳分离及其条件选择根本依据之一。物质离子在电场中差速迁移是电泳分离基础。三、毛细管电泳法基本理论2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第12页电渗

高效毛细管电泳操作中一个基本组成部分是电渗流（electroosmosis，EOF)。电渗流是毛细管内壁表面电荷所引发管内液体整体流动，起源于外加电场对管壁溶液双电层作用。CE所用石英毛细管柱，在pH>3情况下，其内表面带负电，和溶液接触时形成双电层。在高电压作用下，双电层中水合阳离子引发流体整体向负极方向迁移现象叫电渗。电渗流是毛细管中溶剂因轴向直流电场作用而发生定向流动。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第13页电渗流方向

电渗流方向取决于毛细管内表面电荷性质：内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极；内表面带正电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极；粒子在毛细管内电解质中迁移速度等于电泳和电渗流（EOF)两种速度矢量和，正离子运动方向和电渗流一致，故最先流出；中性粒子电泳流速度为“零”，故其迁移速度相当于电渗流速度；负离子运动方向和电渗流方向相反，但因电渗流速度普通都大于电泳流速度，故它将在中性粒子之后流出，从而因各种粒子迁移速度不一样而实现分离。

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多数情况下，电渗流速度是电泳速度5-7倍。所以，在毛细管电泳中利用电渗流可将正、负离子和中性分子一起朝一个方向产生差速迁移，在一次CE操作中同时完成正、负离子分离测定。因为电渗流大小和方向能够影响CE分离效率、选择性和分离度，所以成为优化分离条件主要参数。用来控制电渗流方法主要有改变缓冲溶液成份和浓度;改变缓冲溶液pH值;加入添加剂;毛细管内壁改性;外加径向电场;改变温度等。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第15页四、影响高效毛细管电泳分离原因1.缓冲溶液CE中惯用缓冲试剂有：磷酸盐、硼砂或硼酸、醋酸盐等。缓冲液浓度升高，离子强度增加，电渗流减小，分析效率提升;同时，增强样品富集现象，从而提升分析灵敏度。2.pH值pH能影响样品解离能力，样品在极性强介质中离解度增大，电泳速度也随之增大，从而影响分离选择性和分离灵敏度。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第16页3.分离电压

相对较高分离电压会提升分离度和缩短分析时间,但电压过高又会使谱带变宽而降低分离效率。4.温度影响

毛细管内温度升高,使溶液黏度下降,电渗流增大。5.添加剂影响6.进样2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第17页

第二部分高效毛细管法分离模式及应用2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第18页一、高效毛细管电泳分离模式1、毛细管区带电泳(CZE)2、毛细管凝胶电泳(CGE)3、毛细管等速电泳(CITP)4、毛细管等电聚焦(CIEF)5.胶束电动毛细管色谱(MEKC或MECC)6、毛细管电色谱(CEC)2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第19页1.毛细管区带电泳CZE

将待分析溶液引入毛细管进样一端，施加直流电压后，各组分按各自电泳流和电渗流矢量和流向毛细管出口端，按阳离子、中性粒子和阴离子及其电荷大小次序经过检测器。中性组分彼此不能分离。正离子在负极最先流出;中性粒子：无电泳现象，受电渗流影响，在阳离子后流出;阴离子在负极最终流出，在这种情况下，不但能够按类分离，同种类离子因为差速迁移被相互分离。

CZE最基本操作模式,应用最广泛,是其它各种操作模式母体。用以分析带电溶质,如各种蛋白质、肽、氨基酸分析。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第20页2.毛细管凝胶电泳CGE

将聚丙烯酰胺等在毛细管柱内交联生成凝胶。其含有多孔性，类似分子筛作用，试样分子按大小分离。能够有效减小组分扩散，所得峰型尖锐，分离效率高。蛋白质、DNA等电荷/质量比与分子大小无关，CZE模式极难分离，采取CGE能取得良好分离，DAN排序主要伎俩。特点:抗对流性好，散热性好，分离度极高。毛细管凝胶电泳分凝胶和无胶筛分两类。无胶筛分技术:采取低粘度线性聚合物溶液代替高粘度交联聚丙烯酰胺,称为毛细管无胶筛分。柱廉价、易制备。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第21页CGE是毛细管自由溶液区带电泳派生出一个电泳方式,用多孔性凝胶或其它筛分剂作介质,网状结构,按分子大小分离2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第22页1)将两种淌度差异很大缓冲液分别作为前导离子(充满毛细管)和尾随离子，试样离子淌度全部位于二者之间，并以同一速度移动。2)负离子分析时，前导电解质淌度大于试样中全部负离子。全部试样都按前导离子速度等速向阳极前进，逐步形成各自独立区带而分离。阴极进样，阳极检测。3.毛细管等速电泳capillaryisotachophoresis，CITP

2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第23页3)不一样离子淌度不一样，所形成区带电场强度不一样(ν=μE)，淌度大离子区带电场强度小，使溶质按其电泳淌度不一样得以分离。4)特点：界面显著，富集、浓缩作用；惯用于分离离子型物质，当前应用不多。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第24页1)缓冲溶液中加入离子型表面活性剂,其浓度到达临界浓度,形成一疏水内核、外部带负电胶束。4.胶束电动毛细管色谱（MECC，MEKC）

在电场力作用下,胶束在柱中移动。被分离物质在水和胶束相之间发生分配并随电渗流在毛细管内迁移,到达分离。2)电泳流和电渗流方向相反，且ν电渗流>ν电泳，负电胶束以较慢速度向负极移动;2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第25页

3)中性分子在胶束相和溶液（水相)间分配，疏水性强组分与胶束结合较牢，流出时间长；特点：1)可用来分离中性物质，扩展了高效毛细管电泳应用范围；2)色谱与电泳分离模式结合。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第26页1)依据等电点差异分离生物大分子高分辨率电泳技术；2)毛细管内充有两性电解质（合成含有不一样等电点范围脂肪族多胺基多羧酸混合物)，当施加直流电压（6～8V)时，管内将建立一个由阳极到阴极逐步升高、稳定、连续、线性pH梯度；3)氨基酸、蛋白质、多肽等所带电荷与溶液pH相关，在酸性溶液中带正电荷，反之带负电荷。在其等电点时，呈电中性，淌度为零；5.毛细管等电聚焦CIEF2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第27页4)聚焦：含有不一样等电点生物试样在电场力作用下迁移，分别抵达满足其等电点pH位置时，呈电中性，停顿移动，形成窄溶质带而相互分离；5)阳极端装稀磷酸溶液，阴极端装稀NaOH溶液；6)加压将毛细管内分离后溶液推出经过检测器检测；7)电渗流在CIEF中不利，应消除或减小。毛细管等电聚焦电泳已经成功用于测定蛋白质等电点，分离异构体等方面。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第28页

是将细粒径固定相填充到毛细管中，或在毛细管内壁涂覆固定相，以电渗流驱动操作缓冲溶液（流动相)，使试样组分在两相间进行分离电动色谱过程。此模式兼具电泳和液相色谱模式。CEC可分为开管CEC（即管壁涂渍固定相)和填充CEC。6、毛细管电色谱

capillaryelectroosmosticchromatography,CEC2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第29页二、高效毛细管电泳法在药品分析中应用

高效毛细管技术在药品分析中应用大致能够分为两部分:一是原料药定量、原料药中杂质测定、药品制剂分析以及对它们稳定性评价等以药品质量控制为目标测定方法。二是对进入人体内药品或代谢物吸收、分布、代谢、排泄等体内动态研究，即临床药品分析。

2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第30页（一)HPCE在药品质量控制方面研究应用1．HPCE在中药分析中应用含有分离效率高、分析速度快、分析时间短、样品前处理简便、进样量少、有机溶剂消耗少、操作简便、分析成本低等优点。另外，HPCE在中药复方制剂复杂成份分析中还含有以下优越性：(1)毛细管柱易于全方面清洗，可保持高柱效而使复杂成份很好分离;(2)分离模式多，适合于中药制剂中各类化学成份分析;(3)不一样电泳技术之间及HPCE与NMR、MS等各种技术联用可提升分析精密度，更可拓宽其应用范围。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第31页

当前已经有报道，采取HPCE对丸剂、胶囊剂、片剂、合剂、口服液、颗粒剂以及注射剂等中药制剂或中药中有效成份进行分析。比如，用胶束电动毛细管色谱（MECC)法测定牡丹皮、白芍、赤芍及其不一样炮制品牡丹酚、芍药甙含量；选择毛细管区带电泳（CZE)分离模式，以麻黄素为内标，建立了适合莨菪类生物碱一阿托品、东莨菪碱、山莨菪碱、樟柳碱优化分离与颠茄酊剂及片剂定量分析方法，可用于莨菪类生物碱中药制剂质量控制等。由此可见，HPCE在中药制剂质量控制及中药当代化进程中必将发挥巨大作用。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第32页2．HPCE在天然产物分析中应用（1）蛋白质、DNA.多肽、氨基酸分析：主要包含肽、蛋白判别、结构分析、微量制备以及蛋白定量测定、纯度检测；测定氨基酸组成、序列和一些物化常数（如分子量和等电点等）、判别结构和种类不一样蛋白质。在肽和蛋白质判别分析中应用最多是CZE。对扩散系数小生物大分子而言，CE还能够作为搜集非常纯单一馏分微量制备伎俩。比如分离多聚核苷酸并对产物进行纯度测定等，结果使人满意。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第33页

采取MEKC模式，在25分钟内分离了23种丹酰化氨基酸;HPCE可取代传统氨基酸分析仪实例1:2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第34页DNA排序实例2:2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第35页（2)糖及其缀合物分析糖分析难点是糖类物质普通为电中性，且亲水性强，多数没有吸光基团，检测上存在困难。各种新糖衍生化反应和检测技术应用，使CE成为分析单糖、寡糖、糖肽、糖蛋白等糖类化合物有效伎俩。单糖解离常数值普通大于11，需选取pH>11强碱性缓冲液，直接进行电泳分离后紫外检测。这种方法也能用来测定简单寡糖。多糖普通利用酸解或酶解方法将其转化为寡糖后进行分析。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第36页

在糖检测方面，UV，EC和LIF（激光诱导荧光)是主要伎俩。比如：葡萄糖、果糖、绵子糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖、水苏糖等单糖能够利用CZE，胶束电动毛细管色谱（MECC)结合UV进行检测；寡糖和多糖主要采取CZE结合EC方法进行检测；其它糖类（氨基糖等)则选择LIF（激光诱导荧光)检测。2026/9/13高效毛细管电泳法在药物分析中的应用专家讲座第37页3.HPCE在药品制剂分析中应用

CE法含有能排除高含量复杂基体干扰、检测痕量成份能力,且样品只需经简单预处理即可分析其有效成份含量,现已广泛应用于片剂、注射剂、糖浆、滴耳液、乳膏剂及复方制剂等各种剂型中主药成份定量测定。如有文件报道用低pH值缓冲液测定糖浆中碱性主药含量时,因赋形剂呈中性,将停留在进样端不迁移而在清洗时被冲走,故可将糖浆样品稀释后直接进样,无需前处理。

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比如，采取此方法，经过筛选比较，确定缓冲液pH3.0，在HPCE柱上富集测定福莫特罗干糖浆;采取CZE技术测定5-HT