毛细管电泳 (CE) 是一系列电动分离方法，在内径为 25 至 100 微米的狭窄熔融石英毛细管中进行。在毛细管上施加 100 至 500 V/cm 的电场，以由其电泳迁移率决定的速率将带电分析物驱向相反的电极。 CE 结合了高分离效率（通常超过 100,000 个理论板）、短分析时间、最小样品消耗（纳升）以及与水性和非水性缓冲液的兼容性。它已成为药物分析、临床诊断、法医学、蛋白质组学和代谢组学的重要平台，提供与液相色谱和凝胶电泳正交的分离机制。

电泳迁移率原理

当在溶液中施加电场时，带电粒子会受到与其净电荷 (q) 和场强 (E) 成比例的静电力。粒子加速，直到周围介质的阻力等于静电力，此时粒子以恒定速度迁移。电泳迁移率 (μ_ep) 定义为每单位场强的速度，与 q 除以粒子的流体动力学半径 (r) 成正比。小而带高电荷的离子具有高迁移率，而大或带弱电荷的离子迁移速度较慢。这种差异迁移是所有电泳分离的基础。

电渗流

电渗流 (EOF) 是 CE 中的一种独特现象，由熔融石英毛细管壁上的双电层引起。当 pH 值高于大约 3 时，毛细管内表面上的硅烷醇基团去质子化，形成带负电的壁。来自缓冲液的阳离子在壁附近积聚，形成扩散的双电层。当施加电场时，这些水合阳离子向阴极迁移，拖曳本体溶液。与 HPLC 等压力驱动系统的抛物线流量曲线相比，所得 EOF 曲线几乎是平坦的（塞状）。这种活塞流最大限度地减少了区域展宽，有助于在 CE 中观察到极高的分离效率。 EOF 的大小和方向取决于缓冲液 pH、离子强度和毛细管壁化学性质，并且可以通过壁涂层或动态改性剂来抑制或逆转。

仪器仪表

CE 仪器由高压电源（通常为 0 至 30 kV）、两个带铂电极的缓冲液储槽、熔融石英毛细管（长度 25 至 100 厘米）和检测器组成。毛细管穿过检测器，可实现柱上检测，无需柱后衍生管道。样品引入是通过用样品瓶替换一个缓冲液储罐并在规定的时间内施加压力（流体动力注射）或电压（动电注射）来进行的。流体动力注射是定量工作的首选，因为引入的体积与样品基质无关，而动电注射则偏向于移动性更强的分析物，但可以对痕量成分实现更高的灵敏度。

检测模式

紫外-可见光吸光度检测是最常见的 CE 检测方法，通常通过去除毛细管上的聚酰亚胺涂层而形成的窗口进行。吸光度是在毛细管直径上测量的，这将光路长度限制在毛细管内径（25 至 100 µm）内，导致灵敏度适中（低微摩尔）。激光诱导荧光 (LIF) 检测为荧光标记分析物提供了显着更高的灵敏度（阿托摩尔到泽托摩尔水平），使其成为 DNA 测序和痕量分析的首选方法。电化学检测（电流分析法和电导率）用于电活性物质和小无机离子。通过电喷雾电离的毛细管电泳与质谱 (CE-MS) 相结合，可提供高分离效率和结构鉴定，并广泛应用于蛋白质组学和代谢组学中，用于分析肽、蛋白质和极性代谢物。

分离模式

CE 包含多种利用不同分离机制的操作模式。 毛细管区带电泳 (CZE) 根据分析物在游离溶液中的电荷与尺寸比来分离分析物，是使用最广泛的模式。 [毛细管凝胶电泳](/guides/capillary-gel- electrophoresis) (CGE) 使用聚合物凝胶或线性聚合物基质按大小分离分子，是 DNA 测序和法医 DNA 分析的标准平台。 毛细管等电聚焦 (CIEF) 根据 pH 梯度中的等电点 (pI) 分离蛋白质等两性分子。 毛细管等速电泳 (CITP) 使用不连续缓冲系统将分析物聚焦到尖锐的浓缩区域，通常用于 CZE 之前的样品预浓缩。 胶束电动色谱 (MEKC) 引入表面活性剂胶束作为伪固定相，通过疏水分配分离中性分析物。模式的选择取决于分析物的性质和分离目标。

与 HPLC 的比较

CE 和 HPLC 是互补的分离技术。 HPLC 根据固定相和流动相之间的分配来分离分析物，而 CE 根据游离溶液中电泳迁移率的差异来分离。 CE 通常比 HPLC 提供更高的板数（每米 100,000 至 500,000 个板），但由于光路长度短和进样量小，因此浓度灵敏度较低。 CE 对于可能难以保留在反相 HPLC 色谱柱上的带电、极性和离子物质特别有利。多种分离模式以及通过缓冲液组成、pH 值和添加剂控制选择性的能力（无需更换色谱柱）简化了 CE 方法开发。