毛細(xì)管電泳電化學(xué)發(fā)光聯(lián)用技術(shù)及應(yīng)用新進(jìn)展

1、信陽師范學(xué)院研 究 生 課 程 論 文 20142015學(xué)年第1學(xué)期毛細(xì)管電泳電化學(xué)發(fā)光聯(lián)用技術(shù)及應(yīng)用新進(jìn)展提交日期： 2015 年 1 月 6 日 研究生簽名： 學(xué) 號(hào)2013210804學(xué) 院化學(xué)化工學(xué)院課程名稱毛細(xì)管電泳技術(shù)及應(yīng)用課程性質(zhì)專業(yè)必修學(xué)位類別理學(xué)碩士任課教師劉彥明教師評(píng)語： 成績(jī)?cè)u(píng)定： 分 任課教師簽名： 年 月 日毛細(xì)管電泳電化學(xué)發(fā)光聯(lián)用技術(shù)及應(yīng)用新進(jìn)展姓名： 學(xué)號(hào)：2摘 要：生命與健康是關(guān)系人類生活和可持續(xù)發(fā)展的永恒話題。為了檢測(cè)食品中的有毒物質(zhì)和人類身體內(nèi)的有害物質(zhì)，并達(dá)到快速檢測(cè)和靈敏度高的目的，毛細(xì)管電泳(CE)和電化學(xué)發(fā)光(ECL)技術(shù)相結(jié)合的方法應(yīng)運(yùn)而生。這種方

2、法充分利用了CE技術(shù)快速、靈敏、需樣量少的優(yōu)點(diǎn)及ECL線性范圍寬和儀器簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，使其在生命和醫(yī)藥等方面得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：毛細(xì)管電泳；電化學(xué)發(fā)光；生命；醫(yī)藥引言毛細(xì)管電泳法(Capillary Electrophoresis，CE)也叫做高效毛細(xì)管電泳(HPCE)，是二十世紀(jì)八十年代問世的高效液相分離法之一1，是將經(jīng)典的電泳技術(shù)和現(xiàn)代微柱分離相結(jié)合的產(chǎn)物。它是一類以毛細(xì)管為分離通道，以高壓直流電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力，以樣品的多種特性(大小、電荷、等電點(diǎn)、極性、親和行為、相分配特性等)為依據(jù)的液相微分離分析技術(shù)。與傳統(tǒng)的分離分析方法相比，毛細(xì)管電泳顯著特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、高效、快速和微量。另外，毛細(xì)管電泳

3、還有經(jīng)濟(jì)、清潔、易于自動(dòng)化和環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。因此，毛細(xì)管電泳迅速發(fā)展為高效的分離和檢測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的檢測(cè)與分離。電化學(xué)發(fā)光(electrochemiluminescence，ECL)是指電極表面通過電子的轉(zhuǎn)移形成激發(fā)態(tài)，電子從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)而產(chǎn)生的發(fā)光過程2，由電極上施加的電壓所引發(fā)和控制3，以電激發(fā)為驅(qū)動(dòng)力，通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生光信號(hào)。因此，電化學(xué)發(fā)光兼有化學(xué)發(fā)光的特點(diǎn)，是一種可控性強(qiáng)，靈敏度高的檢測(cè)方法。將毛細(xì)管電泳和電化學(xué)發(fā)光技術(shù)聯(lián)用，產(chǎn)生了毛細(xì)管電泳-電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)技術(shù)(CE-ECL)，該技術(shù)兼有CE微量、迅速、高效及ECL高選擇性、高靈敏等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使CE-ECL檢測(cè)技術(shù)

4、在藥物分析、生命分析等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，在實(shí)際樣品的分離和分析工作中也發(fā)揮著重要的作用。本文主要簡(jiǎn)述毛細(xì)管電泳-電化學(xué)發(fā)光聯(lián)用技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。1. 毛細(xì)管電泳-電化學(xué)發(fā)光聯(lián)用技術(shù)目前，電化學(xué)發(fā)光分析發(fā)展快速，與其它技術(shù)和方法相結(jié)合有利于其實(shí)用性。具有代表性的是CE-ECL聯(lián)用技術(shù)，尤其是CE與Ru(bpy)32+ECL聯(lián)用技術(shù)獲得了重要發(fā)展，原因在于：Ru(bpy)32+水溶性好，自身發(fā)光，ECL反應(yīng)迅速、靈敏度高、循環(huán)可逆，無須外加光源及分光系統(tǒng)，避免了雜散光和光源不穩(wěn)定的影響，由于反應(yīng)發(fā)生在工作電極附近的特定區(qū)域，因此，時(shí)空可控性強(qiáng)。毛細(xì)管電泳-聯(lián)吡啶釕Ru(bpy)32+電化

5、學(xué)發(fā)光法不僅具有毛細(xì)管電泳快速高效分離、樣品用量少等特點(diǎn)，又兼顧了電化學(xué)發(fā)光法高靈敏的優(yōu)點(diǎn)，己成功用于一些藥物4-6、農(nóng)藥7,8和胺類9-11等物質(zhì)的檢測(cè)。這種技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，就得到了迅猛的發(fā)展。CE-Ru(bpy)32+ECL的檢測(cè)機(jī)理可表述為：首先，Ru(bpy)32+在工作電極上被氧化為Ru(bpy)33+；然后Ru(bpy)33+與毛細(xì)管中流動(dòng)的分析物進(jìn)行一系列的反應(yīng)生成Ru(bpy)32+的激發(fā)態(tài)(Ru(bpy)32+*)；最后，Ru(bpy)32+由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)并釋放出光子產(chǎn)生了電化學(xué)發(fā)光信號(hào)，電化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)速與分析物的濃度成正比。由以上檢測(cè)機(jī)理可知，在CE-ECL的檢測(cè)過程中，R

6、u(bpy)32+可以循環(huán)使用。2. CE-ECL技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展20世紀(jì)80年代以來，電化學(xué)發(fā)光分析法已廣泛用于有機(jī)物、無機(jī)物的分析與檢測(cè)12,13。聯(lián)吡啶釕電化學(xué)發(fā)光用于胺類化合物、氨基酸、草酸等的測(cè)定也是當(dāng)時(shí)的重大發(fā)現(xiàn)之一14。電化學(xué)發(fā)光分析技術(shù)以其固有的優(yōu)勢(shì)，成功的應(yīng)用于生命中有害物質(zhì)的測(cè)定、藥物分析及食品分析等方面。2.1. CE-Ru(bpy)32+ECL技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用毛細(xì)管電泳和電化學(xué)發(fā)光技術(shù)的結(jié)合可以成為一種低成本及快速簡(jiǎn)便的分離分析技術(shù)。CE-Ru(bpy)32+ECL在生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的報(bào)道很多，如糖類、氨基酸、酶類的分析。Li等15采用2-二乙基氨基乙基硫醇(DE

7、AET)作為衍生劑，利用CE-Ru(bpy)32+ECL對(duì)木糖、鼠李糖、葡萄糖和葡糖胺進(jìn)行了檢測(cè)，并與紫外檢測(cè)的結(jié)果做了對(duì)比，然后對(duì)中藥當(dāng)歸中葡萄糖的含量進(jìn)行了測(cè)定。只含有一級(jí)胺或二級(jí)胺官能團(tuán)的氨基酸與Ru(bpy)32+反應(yīng)的靈敏度較低，采用乙醛對(duì)這種氨基酸進(jìn)行衍生化，其發(fā)光強(qiáng)度可提高2070倍，利用這種方法對(duì)精氨酸、脯氨酸、纈氨酸和亮氨酸的衍生物分離檢測(cè)，只需要22 min就能達(dá)到目的16。汪爾康等采用CE-Ru(bpy)32+ECL方法對(duì)酶反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了探究，利用氨?；彼岫拿笇?duì)二肽底物Gly-Pro、Val-Pro和Leu-Pro進(jìn)行分解，得到Pro并對(duì)其測(cè)定，從而反映出氨?；?/p>

8、脯氨酸二肽酶的活性17。2.2. CE-Ru(bpy)32+ECL技術(shù)在醫(yī)學(xué)分析方面的應(yīng)用CE-Ru(bpy)32+ECL技術(shù)在藥物分析方面的應(yīng)用發(fā)展迅速。聯(lián)吡啶釕電化學(xué)發(fā)光體系具有高的檢測(cè)靈敏度和寬的線性范圍，能夠滿足毛細(xì)管電泳高靈敏度的需求。將這種方法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)方面，有利于提高檢測(cè)藥物的檢出限，增強(qiáng)其靈敏度，降低醫(yī)學(xué)成本。2.2.1. 對(duì)藥物的分離分析醫(yī)學(xué)的發(fā)展，新藥的研發(fā)是一種趨勢(shì)。因此，藥物的分離與分析成為了研究熱點(diǎn)。CE-Ru(bpy)32+ECL是最有效的藥物檢測(cè)手段之一。為了提高藥物的檢測(cè)靈敏度，Li等首先對(duì)分析藥物進(jìn)行了預(yù)衍生，然后采用CE-Ru(bpy)32+ECL體系對(duì)異氰

9、酸酯予以分析測(cè)試19。Deng等20結(jié)合甲磺酸培氟沙星(PM)可以增強(qiáng)Ru(bpy)32+電化學(xué)發(fā)光，并能直接參與反應(yīng)的特性，通過排出尿液中PM的含量測(cè)定，對(duì)人尿中的PM進(jìn)行了藥代動(dòng)力學(xué)研究。采用CE-Ru(bpy)32+ECL方法可以檢測(cè)富馬酸酮替芬的含量，且該方法已成功用于富馬酸酮替芬片及膠囊含量的測(cè)定。此外，研究發(fā)現(xiàn)鹽酸帕羅西汀能增強(qiáng)釕聯(lián)吡啶的電化學(xué)發(fā)光信號(hào)，并已用于鹽酸帕羅西汀片劑的測(cè)定21。目前，CE-ECL已用于諾氟沙星/左氧氟沙星22、紅霉素23、雙氧異丙嗪24等的檢測(cè)，效果良好。2.2.2. 在中藥中的分析應(yīng)用CE-Ru(bpy)32+ECL技術(shù)在提取中藥中活性成分的探究中也進(jìn)

10、行了嘗試。Gao等首次將CE-Ru(bpy)32+ECL應(yīng)用于中藥分析，有效的分離了天仙子中的活性成分25。在此基礎(chǔ)上，Gao等將離子液體應(yīng)用于電泳分離體系，通過場(chǎng)放大樣品的堆積效應(yīng)，從而提高中藥罌粟中四種生物堿的檢測(cè)靈敏度26。類似的，Gao等利用高選擇性的CE-Ru(bpy)32+ECL技術(shù)，采用離子液體靈敏的分離了中藥貝母中結(jié)構(gòu)相似的兩種活性成分27。Li15等利用CE-Ru(bpy)32+ECL的高靈敏度于快速檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)當(dāng)歸中的木糖、鼠李糖、葡萄糖和葡糖胺進(jìn)行了檢測(cè)。CE-ECL體系還被用于對(duì)中藥苦參中槐糖苷堿、苦參堿及喹諾里西啶生物堿的分析28。2.2.3. 在臨床分析中的應(yīng)用

11、CE-ECL技術(shù)目前主要應(yīng)用于對(duì)生物大分子(蛋白質(zhì)、氨基酸和核酸)的研究和用于有機(jī)酸、有機(jī)胺、葡萄糖、藥物、免疫等分析和其他物質(zhì)的測(cè)定，在臨床檢驗(yàn)診斷中尚無全面的報(bào)道。丙吡胺能夠有效的預(yù)防和治療心律不齊，將這種藥物與蛋白質(zhì)結(jié)合，依據(jù)結(jié)合作用研究具有重要的臨床價(jià)值，因?yàn)橛坞x藥物的濃度會(huì)影響藥物分布以及藥物效應(yīng)。藥物蛋白結(jié)合率是藥物動(dòng)力學(xué)研究的重要參數(shù)之一。利用透析袋平衡透析，采用CE-ECL檢測(cè)技術(shù)測(cè)定丙吡胺和人血漿蛋白的結(jié)合率，效果良好。在臨床檢測(cè)中，Hsich29等應(yīng)用CE-ECL測(cè)定了血漿中的乙胺丁醇和甲氧基非那明。研究表明，此方法的靈敏度高、線性范圍寬、成本低，適用于臨床研究。2.3.

12、CE-Ru(bpy)32+ECL技術(shù)在食品分析方面的應(yīng)用Ru(bpy)32+由于自身所具有的電化學(xué)發(fā)光特性被廣泛的用于胺類物質(zhì)的分析檢測(cè)30-32。Li33等采用CE-Ru(bpy)32+ECL技術(shù)對(duì)鱈魚體內(nèi)三甲胺的成分含量進(jìn)行了有效的檢測(cè)，靈敏度高，檢測(cè)速度快。Chiu等34鑒于草甘膦作為一種除草劑的廣泛運(yùn)用，被農(nóng)作物吸收過多，可能對(duì)人造成很大的危害，故對(duì)大豆中的草甘膦及其主要代謝物氨甲基磷酸進(jìn)行了含量檢測(cè)，檢出限低、檢測(cè)線性范圍廣。Zhou等35基于恩諾沙星是牲畜中的一種廣譜殺菌劑，檢測(cè)食品中的恩諾沙星是十分有意義的目的，對(duì)牛奶中的恩諾沙星及其代謝物鹽酸環(huán)丙沙星進(jìn)行了檢測(cè)，與此同時(shí)，也檢測(cè)

13、了其中的恩氟沙星和環(huán)丙沙星，表現(xiàn)出較高的靈敏度。CE-Ru(bpy)32+ECL技術(shù)的快速、靈敏度檢測(cè)對(duì)加強(qiáng)食品安全，規(guī)范食品生產(chǎn)起到了至關(guān)重要的作用。3. 結(jié)語基于Ru(bpy)32+電化學(xué)發(fā)光(ECL)特性的檢測(cè)器具有選擇性高，靈敏度高的特性，將其與毛細(xì)管電泳(CE)聯(lián)用所組成的毛細(xì)管電泳-電化學(xué)發(fā)光(CE-ECL)系統(tǒng)具有高效快速、樣品消耗少、操作簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，在現(xiàn)代分析化學(xué)中已成為一種有效的痕量和超痕量分析技術(shù)。本文簡(jiǎn)要介紹了CE-Ru(bpy)32+ECL的優(yōu)點(diǎn)以及在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)和食品分析方面的應(yīng)用，同時(shí)也表明了此方法的應(yīng)用前景。但從已有的文獻(xiàn)報(bào)道來看，無論從檢測(cè)靈敏度還是從

14、分離效率等方面都存在一些技術(shù)上的薄弱之處。由于毛細(xì)管電泳的進(jìn)樣量很小，因此檢測(cè)靈敏度受到了限制；如何設(shè)計(jì)毛細(xì)管與工作電極的界面以提高其分離效率，這些問題的解決將使CE-ECL以其快速、靈敏、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，成為具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的高靈敏度分離檢測(cè)方法。參考文獻(xiàn)1 Lauer H H, McManigill D. Capillary zone electrophoresis of proteins in untreated fused silica tubingJ. Anal. Chem., 1986, 58: 166-170.2 Dufford R T, Nightingale D, Gadd

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