毛細管電色譜及其在手性分離中的應用

【摘 要】毛細管電色譜（CEC）作為一種新興的高效微分離技術，具有高分離率、高選擇性和快速分離等特點。本文介紹了毛細管電色譜技術的研究進展、基本原理及其分類，系統綜述了CEC在手性分離中的應用，指出了其存在的問題并對CEC的發展前景進行了展望。

【關鍵詞】毛細管電色譜 手性分離 綜述

【中圖分類號】R917 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）14-0078-02

毛細管電色譜（CEC）是近年來迅速發展起來的一種結合了高效液相色譜（HPLC）高選擇性和毛細管電泳（CE）高效性的微分離技術，屬于高效毛細管電泳（HPCE）的一種。它是將固定相填充在毛細管中，或把固定相涂布、鍵合于毛細管壁上，使用電滲流（EOF）或電滲流結合壓力流作為流動相推動力驅動流動相，通過樣品中各組分在固定相和流動相中的分配系數、滲透系數、電泳淌度或離子對作用不同來進行分離的一種電分離模式。

相對于常規的液相色譜，毛細管電色譜的峰擴展只與溶質擴散系數有關，這是因為CEC克服了HPLC中流速不均勻的壓力流引起的峰擴展，而且電色譜柱內沒有壓降，使毛細管電色譜的理論塔板數得到了大幅提高，高于高效液相色譜，接近于毛細管電泳的理論塔板數。同時，因為結合了HPLC固定相和流動相可選擇種類多的優點，使用CEC分離中性化合物或中性及帶電成分的混合樣品時不需要加入表面活性劑。與其他的分離分析技術相比，CEC具有高效性、高分離率、高選擇性以及分析速度快、試劑消耗少等突出優點。

一 毛細管電色譜的研究進展

毛細管電色譜技術的起源可以追溯到1952年，Mould采用電場在薄層液相色譜中分離寡糖，但直到1974年才由Pretorius等指出在柱色譜中采用電滲流取代泵作為流動相推動力的巨大優越性。1981年，Jogenson等將粒徑為10μm的Partisil ODS-2填充入170μm內徑的毛細管中，分離得到了9-甲基蒽等多環芳烴，第一次向世人展示了毛細管電色譜在化合物分離方面的巨大潛力。隨后，Knox等對大量有關填充柱電色譜的理論問題進行了進一步研究，弄清了電色譜中影響峰展寬的因素，以及填料粒徑大小及流動相中電解質濃度與電色譜柱柱效、電滲流速度之間的關系。至此，建立了有關電色譜法的基礎理論。1998年，Bayer等首次將毛細管電色譜與核磁共振實現聯用。2000年，Chen等成功應用毛細管電色譜和電感耦合等離子體-質譜（ICP-MS）聯用技術分析金屬離子。2005年，林子俺等實現了加壓毛細管電色譜與安培檢測技術的聯用；隨后，又于2006年實現了與化學發光檢測技術的聯用。毛細管電色譜作為一種新興的分離分析技術，發展歷史還不長，但其在理論、技術及儀器等方面都取得了較大的發展，并逐步被廣泛應用于環境檢測、食品安全、藥物分離、生命科學等領域。

毛細管電色譜分離的核心是電色譜柱，根據毛細管柱中固定相的不同存在形式，可分為填充毛細管電色譜柱、開管毛細管電色譜柱和整體毛細管電色譜柱三種。

填充毛細管電色譜柱就是把常用的高效液相色譜固定相填料作為分離基質，填充在不同孔徑的毛細管內，采用電滲流或電滲流結合壓力流作為流動相推動力驅動流動相，進而使樣品實現分離。

開管毛細管電色譜柱亦即鍵合色譜涂層毛細管柱，就是用各種硅烷化試劑修飾毛細管內壁，形成一層硅烷化的涂層，通過樣品中不同組分在涂層上的分配系數不同，采用電滲流或電滲流結合壓力流驅動流動相對樣品進行分離。

整體毛細管電色譜柱，又稱為棒狀柱（rod column）、連續床層（continuous bed）、無塞柱（fritless column），是在毛細管柱中采用有機或無機聚合方法形成連續、整體、多孔的固定相的一種電色譜分離模式。

二 毛細管電色譜在手性分離中的應用

手性化合物尤其是手性藥物對映體在手性環境中生物活性有很大的差別，因此應用于臨床研究及質量控制的簡單快速的手性藥物對映體分離分析方法的建立與發展，已引起了醫藥界的極大關注。毛細管電色譜作為毛細管電泳和高效液相色譜的雜交體，兼具了高分離率、高選擇性、高靈敏度等優點，近年來，已成為手性拆分強有力的工具，受到極大的關注。

目前，毛細管電色譜手性拆分主要有兩種模式：手性流動相-非手性固定相模式，手性固定相-非手性流動相模式。

1.手性流動相-非手性固定相模式

與傳統的HPCE手性拆分相似，手性流動相-非手性固定相模式就是動態地將手性選擇劑加入基礎電解質流動相中，采用ODS柱、C18柱等常規的非手性柱拆分手性藥物。目前常用的手性添加劑主要有環糊精、蛋白質、冠醚、金屬離子配合物、大環抗生素等，其中環糊精（CDs）應用最多。

Lammerhofer等在背景電解質中加入了帶正電的奎寧氨基甲酸酯，利用非手性ODS固定相與手性添加劑和帶負電荷的各種氨基酸對映體形成的離子對之間具有不同作用的特點，對氨基酸進行手性分離。辛艷飛等以反相C18柱為固定相，天冬氨酰苯丙氨酸甲酯為手性選擇體，Cu2+為配體離子，成功建立了毛細管電色譜手性配體交換法分離游離亮氨酸異構體的方法。李英杰等以羥丙基-β-環糊精（HP-β-CD）作為手性選擇劑使1-甲基-3-苯基丙胺對映體實現了手性分離。

手性拆分時，手性流動相-非手性固定相模式與手性固定相-非手性流動相模式相比，需要的手性選擇劑量很大，價格昂貴，但分離效率低，不夠經濟，且在流動相中，手性添加劑的溶解度有限制。因此手性流動相-非手性固定相模式主要只用于對合適的手性添加劑進行選擇，再通過需要的手性添加劑來制備手性固定相。

2.手性固定相-非手性流動相模式

手性固定相-非手性流動相模式是將手性選擇劑涂布或鍵合在固定相載體表面，制備得到手性固定相。拆分手性對映體時，由于各組分與手性固定相之間生成的復合物穩定性不同，使其在色譜柱中具有不同的保留時間，從而實現手性對映體的分離。根據手性選擇劑的種類不同，可將手性固定相分為以下幾類：

第一，環糊精型鍵合固定相。環糊精及其衍生物手性固定相由于其特殊的分子結構，對手性對映體有較好的識別能力，已廣泛應用于GC、HPLC、SFC、CE中。其中應用最多的是β-CD，以β-CD和β-CD衍生物作為手性選擇劑的固定相已被用于許多化合物的手性拆分。

Tian等使用新型環糊精衍生物修飾聚甲基丙烯酸酯整體柱，在毛細管電色譜模式下分離了布洛芬和萘普生。戴榮繼等制備了β-CD衍生化胰酶毛細管電色譜柱。在加壓毛細管電色譜模式下，利用該柱很好地分離了色氨酸、氯苯那敏、布洛芬、異丙嗪和阿托品等對映異構體。楊麗等采用毛細管電色譜法，以β-環糊精修飾的納米金顆粒（GNPs）為準固定相對四種氨基酸對映體進行手性分離，其分離度都達到了1.7以上。呂仁江等采用原位聚合法，制備了聚丙烯酸酯-β-環糊精手性毛細管整體柱，首次拆分了鹽酸依替福林對映體。

第二，蛋白質鍵合型固定相。蛋白質對很多手性對映體都具有良好的對映選擇性，且有較廣的應用范圍。Kato等將硅溶膠與牛血清白蛋白（BSA）混合，制備得到包覆型硅膠基質整體柱用于分離色氨酸對映體。Machtejevas等通過親核開環反應制備了帶乙烯基的人血清白蛋白衍生物，用于制備手性聚丙烯酰胺毛細管電色譜整體柱。鄭翌等基于甲基丙烯酸酯整體柱表面所帶環氧基團具有較強反應活性的特征，將牛血清白蛋白直接鍵合到其表面，制備成牛血清白蛋白手性固定相毛細管整體柱，成功拆分了手性藥物華法林和四種手性對映體。

第三，分子印跡手性固定相。分子印跡手性固定相就是以待分離的手性分子中的一種作為模板分子，采用一定的聚合方法與功能單體、交聯劑發生反應，制備得到對模板分子具有高度選擇性的分子印跡聚合物（MIP）來作為手性固定相，結合毛細管電色譜技術，實現對對映體的手性拆分。

Ou等制備了L-四氫帕馬丁（L-THP）和（S）-朝格爾堿[（S）-TB]的分子印跡毛細管電色譜整體柱，在加壓CEC模式下4 min內可拆分THP和TB的對映體。Spegel等以S-布洛芬為模板分子，分別以甲醛丙烯酸甲酯（MMA）和2-乙烯基吡啶（2-VP）為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑制備MIP作為手性固定相，成功拆分了布洛芬對映體。李燕麗等以（S）-腺苷蛋氨酸為模板分子，采用熱引發一步法，制備了具有手性識別能力的分子印跡毛細管整體柱。

第四，大環抗生素手性固定相。大環抗生素萬古霉素、替考拉寧等分子中一般具有多個手性空腔和手性中心，對手性對映體分子有很強的識別能力。因此，大環抗生素手性固定相在毛細管電色譜手性分離上的應用也引起了人們的極大興趣。

Wikstrom等在diol硅膠上鍵合萬古霉素，然后通過反相和極性有機模式，成功實現了沙利度胺等十種手性藥物的分離。Komysova等利用酸水解整體柱表面的環氧基得到偕二醇基，然后使用高碘酸鈉將偕二醇基氧化成醛基，最后通過還原胺化反應連接上萬古霉素，制備得到的手性CEC整體柱能在10min內高效快速地拆分沙利度胺對映體。丁國生等以去甲萬古毒素為手性選擇劑，對采用溶膠-凝膠技術制備的毛細管硅膠整體柱進行化學衍生，成功制備了去甲萬古毒素鍵合手性硅膠整體柱。

三 結束語

作為一種新興的手性分離方法，毛細管電色譜由于兼具高分離率、高選擇性、流動相相對簡單、峰容量大等優點，在手性分離方面的應用受到越來越多的關注，但CEC的對映體選擇技術還處于起步階段，且手性分離時，電色譜柱柱效普遍偏低，因此，對毛細管電色譜柱的分離機制和柱制備技術進行全面的研究，以提高對映體分離選擇性和柱效是CEC未來研究的前沿。相信，隨著CEC技術的進一步發展完善，它將成為手性分離色譜研究的一個新方向。

參考文獻

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[2]李英杰、孫鵬、高立娣等.加壓毛細管電色譜法分離1-甲基-3-苯基丙胺對映體[J].應用化學，2010（2）：246～248

[3]丁國生、唐安娜.去甲萬古霉素鍵合毛細管電色譜硅膠整體柱的制備及應用[J].色譜，2006（4）：402～406

〔責任編輯：高照〕