毛细管电泳在医药和食品方面的应用

艾里·亚尔买买提

摘要：主要介绍毛细管电泳技术及其发展，以及其在医药品分析中和食品安全分析中的应用，并对今后的发展做了展望。

关键词：毛细管电泳 分析 医药 食品安全

1.毛细管电泳技术

毛细管电泳(Capillary Electrophoresis, CE)又叫高效毛细管电泳(High PerformanceCapillary Electrophoresis, HPCE),是近年来发展起来的一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力,在毛细管中按其淌度或分配系数不同进行高效、快速分离的新型分离分析技术。

1.1 毛细管电泳的发展

1981年Jorgenson和Lukacs首次使用内径75μm的熔融石英毛细管柱,利用电迁移进样和荧光检测,在30 kV高电压下进行分离,获得了高于40万理论塔板数的分离柱效,这标志着高效毛细电泳的诞生。1984年Terabe等建立了胶束毛细管电动力学色谱。1987年Hjerten等建立了细管等电聚焦电泳。Cohen和Karger提出了毛细管凝胶电泳。在短短的几十年里, CE方法发展速,已成为重要的分离分析手段之一,也是当今分析化学和分析生物化学的前沿课题,在生命科生物工程、医学药物、环境保护、食品卫生、商品检验等领域有着广泛的应用。毛细管电泳具有多种分离模式,包括毛细管区带电泳、胶束电动毛细管色谱、毛细管等速电泳、毛细管凝胶电泳、毛细管等电聚焦和毛细管电色谱等,可满足许多动物性食品中复杂成分的分析要求。与高效液相色谱法(HPLC)相比, CE的分析时间较短,一般小于30 min;柱效高,一般可达每米几十万理论塔板数;所需样品量少,为纳升级。除了不能和原子吸收及红外光谱连接以外,其他类型检测方法均已和CE实现了连接检测。CE的优点可概括为:高灵敏度,用紫外光或激光诱导荧光作为检测器,前者检测限可达10-13~10-15mol/L,后者则达10-19~10-21mol/L;高分辨率,其每米达几十万到几百万理论塔板数;高速度,最快可在60 s内完成;样品少,仅需纳升级的进样量;成本低,只需毫升级流动相和价格低廉的毛细管。

2.毛细管电泳在医药品分析中的应用

我国药物残留分析从20世纪50年代就开始应用,通常包括分离和检测两个基本方面,其中样品分离是核心,按分析过程可分为样本前处理(提取、净化、浓缩及衍生化)和测定两个部分。目前,分析检测方法主要包括生物测定法、薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、高效毛细管电泳以及近几年发展起来颇受注目的免疫分析技术和气相色谱/质谱联用(GC-MS)、液相色谱/质谱联用(LC-MS)等。从现在到将来相当长的时期内,色谱法、光谱法及其联用技术仍是兽药残留分析技术的主流,并围绕高分辨率和高灵敏度两大精髓发展,以期能简化分析过程,提高分析效能特别是多残留分析能力,并降低成本。CE具有极高的灵敏度,特别适合进行痕量分析,再加上CE对被分析成分的提取、纯化及衍生等预处理没有严格的要求,在食品分析方面的应用日趋广泛。CE已被应用于兽药中抗生素残留、合成抗生素残留及生长促进剂的分析检测。在食品分析中, CZE和MECC的应用最为广泛,已被用于牛奶、啤酒、谷物、蜂蜜和猪肉等食品中的农药残留和抗生素残留的测定。

3.毛细管电泳在食品安全分析中的应用

食品添加剂是用于改善食品的品质、延长食品保存期、便于食品加工和增强食品营养成分的一类化学合成或天然物质。食品添加剂种类很多,由于食品添加剂本身具有某些毒性,其使用量受到了严格的限制,因此测定食品中添加剂的含量是食品分析的主要内容之一。MEKC和CE被用于测定各种食品中的合成色素,如:检测糖果、冰淇淋、苏打饮料、果冻和牛奶饮料中的色素;Suzuki等用MEKC分离二级管阵列检测技术,分析了胭脂红等6种食用合成色素; Waldron等采用CE分离激光脉冲热光吸收检测技术测定了防腐剂苯甲酸山梨酸和脱氢醋酸;利用MEKC,Thomp-son等同时分离和测定了无糖软饮料和番茄酱中的山梨酸、苯甲酸、咖啡因、阿斯巴甜和甜蜜素;Stover用CZE检测了酒和葡萄汁中的抗氧化剂。我们将毛细管电泳与柱端安培检测联用技术用于食品中2种抗氧化剂丁基羟基茴香醚(BHA)和没食子酸丙酯(PG)的分析。当检测电位固定在0.70V时,使用改进的33μm微盘碳纤维工作电极,以磷酸盐和硼酸盐为分离缓冲液,样品实现分离检测。采用该技术我们成功地检测了几种饼干和食用油中的BHA和PG。

3.前景展望

目前,国内外对食品安全越来越重视,几乎每个国家对食品中兽药残留都有相关的限量规定。建立多种残留检测方法已经成为国际残留分析领域的发展热点。在常用分析检测方法中,微生物检定法操作步骤繁多,测定时间长,误差较大;薄层色谱柱效低、重现性差;液相色谱和气相色谱仪器分析方法样品前处理及测定操作繁琐,费用高,不适宜大规模普查、监控;其中气相色谱/质谱联用为目前兽药残留检测成本最高的分析技术。CE以分析时间短、分离效率高、适应性广、检测限低、进样量少、自动化程度高和运转费用低等特点深受人们的重视。在1997年的全国第48届分析化学与应用光谱学会议上,毛细管电泳已被列为食品分析、饮食安全检查等方面重点发展内容之一。此外, CE具有多种分离模式,可满足许多食品基质中所含微量复杂成分的分析要求,分析的对象可以从饮用水到复杂的肉制品,分析的成分可以从简单的金属离子到蛋白质等大分子。CE将在简化样本前处理、多残留分析和分析自动化方面发挥重要作用。但与气相色谱和液相色谱等色谱方法相比仍存在一些不足,由于进样量太小,检测灵敏度受到限制,某些物质的定量分析不如液相色谱准确。毛细管电泳/质谱(CE/MS)可能是最好的解决办法,该联用技术充分利用了CE的高分离效率和MS的高灵敏度与定性鉴定能力,特别适用于复杂体系样品的分离鉴定。对CE/MS的应用国内外也有相关报道。虽然CE/MS仍未能克服CE本身固有的缺陷,但随着CE技术的不断成熟以及CE/MS联用技术的完善, CE/MS在生命科学、生物技术、食品分析、医药等各个分析领域将发挥更大的作用。◆

参考文献：

1.高效毛细管电泳在中药分析中的应用，全亚君，2006

2.毛细管电泳在食品安全分析中的应用，高英,向前，2007

作者单位:西北民族大学 化工学院05级制药工程