毛细管电泳电化学发光联用技术及应用新进展

信阳师范学院研究生课程论文2014—2015学年第1学期毛细管电泳电化学发光联用技术及应用新进展提交日期：2015年1月6日研究生签名：学号2013210804学院化学化工学院课程名称毛细管电泳技术及应用课程性质专业必修学位类别理学硕士任课教师刘彦明教师评语：成绩评定：分任课教师签名：年月日1毛细管电泳电化学发光联用技术及应用新进展姓名：学号：2摘要：生命与健康是关系人类生活和可持续发展的永恒话题。为了检测食品中的有毒物质和人类身体内的有害物质，并达到快速检测和灵敏度高的目的，毛细管电泳(CE)和电化学发光(ECL)技术相结合的方法应运而生。这种方法充分利用了CE技术快速、灵敏、需样量少的优点及ECL线性范围宽和仪器简单的特点，使其在生命和医药等方面得到了广泛的应用。关键词：毛细管电泳；电化学发光；生命；医药引言毛细管电泳法(CapillaryElectrophoresis，CE)也叫做高效毛细管电泳(HPCE)，是二十世纪八十年代问世的高效液相分离法之一[1]，是将经典的电泳技术和现代微柱分离相结合的产物。它是一类以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，以样品的多种特性(大小、电荷、等电点、极性、亲和行为、相分配特性等)为依据的液相微分离分析技术。与传统的分离分析方法相比，毛细管电泳显著特点是简单、高效、快速和微量。另外，毛细管电泳还有经济、清洁、易于自动化和环境污染小等优点。因此，毛细管电泳迅速发展为高效的分离和检测技术，广泛应用于物质的检测与分离。电化学发光(electrochemiluminescence，ECL)是指电极表面通过电子的转移形成激发态，电子从激发态返回基态而产生的发光过程[2]，由电极上施加的电压所引发和控制[3]，以电激发为驱动力，通过电化学反应产生光信号。因此，电化学发光兼有化学发光的特点，是一种可控性强，灵敏度高的检测方法。将毛细管电泳和电化学发光技术联用，产生了毛细管电泳-电化学发光检测技术(CE-ECL)，该技术兼有CE微量、迅速、高效及ECL高选择性、高灵敏等特点。这些特点使CE-ECL检测技术在药物分析、生命分析等领域应用越来越广泛，在实际样品的分离和分析工作中也发挥着重要的作用。本文主要简述毛细管电泳-电化学发光联用技术在各个领域的应用进展。1.毛细管电泳-电化学发光联用技术2目前，电化学发光分析发展快速，与其它技术和方法相结合有利于其实用性。具有代表性的是CE-ECL联用技术，尤其是CE与Ru(bpy)32+ECL联用技术获得了重要发展，原因在于：Ru(bpy)32+水溶性好，自身发光，ECL反应迅速、灵敏度高、循环可逆，无须外加光源及分光系统，避免了杂散光和光源不稳定的影响，由于反应发生在工作电极附近的特定区域，因此，时空可控性强。毛细管电泳-联吡啶钌Ru(bpy)32+电化学发光法不仅具有毛细管电泳快速高效分离、样品用量少等特点，又兼顾了电化学发光法高灵敏的优点，己成功用于一些药物[4-6]、农药[7,8]和胺类[9-11]等物质的检测。这种技术一经出现，就得到了迅猛的发展。CE-Ru(bpy)32+ECL的检测机理可表述为：首先，Ru(bpy)32+在工作电极上被氧化为Ru(bpy)33+；然后Ru(bpy)33+与毛细管中流动的分析物进行一系列的反应生成Ru(bpy)32+的激发态(Ru(bpy)32+*)；最后，Ru(bpy)32+由激发态回到基态并释放出光子产生了电化学发光信号，电化学发光的强速与分析物的浓度成正比。由以上检测机理可知，在CE-ECL的检测过程中，Ru(bpy)32+可以循环使用。2.CE-ECL技术的应用进展20世纪80年代以来，电化学发光分析法已广泛用于有机物、无机物的分析与检测[12,13]。联吡啶钌电化学发光用于胺类化合物、氨基酸、草酸等的测定也是当时的重大发现之一[14]。电化学发光分析技术以其固有的优势，成功的应用于生命中有害物质的测定、药物分析及食品分析等方面。2.1.CE-Ru(bpy)32+ECL技术在生命科学领域的应用毛细管电泳和电化学发光技术的结合可以成为一种低成本及快速简便的分离分析技术。CE-Ru(bpy)32+ECL在生命科学领域应用的报道很多，如糖类、氨基酸、酶类的分析。Li等[15]采用2-二乙基氨基乙基硫醇(DEAET)作为衍生剂，利用CE-Ru(bpy)32+ECL对木糖、鼠李糖、葡萄糖和葡糖胺进行了检测，并与紫外检测的结果做了对比，然后对中药当归中葡萄糖的含量进行了测定。只含有一级胺或二级胺官能团的氨基酸与Ru(bpy)32+反应的灵敏度较低，采用乙醛对这种氨基酸进行衍生化，其发光强度可提高20~70倍，利用这种方法对精氨酸、脯氨酸、缬氨酸和亮氨酸的衍生物分离检测，只需要22min就能达到目的[16]。汪尔康等采用CE-Ru(bpy)32+ECL方法对酶反应的动力学进行了探究，利用氨酰基脯氨酸二肽酶对二肽底物Gly-Pro、Val-Pro和Leu-Pro进行分解，得到Pro并对其3测定，从而反映出氨酰基脯氨酸二肽酶的活性[17]。2.2.CE-Ru(bpy)32+ECL技术在医学分析方面的应用CE-Ru(bpy)32+ECL技术在药物分析方面的应用发展迅速。联吡啶钌电化学发光体系具有高的检测灵敏度和宽的线性范围，能够满足毛细管电泳高灵敏度的需求。将这种方法应用于医学方面，有利于提高检测药物的检出限，增强其灵敏度，降低医学成本。2.2.1.对药物的分离分析医学的发展，新药的研发是一种趋势。因此，药物的分离与分析成为了研究热点。CE-Ru(bpy)32+ECL是最有效的药物检测手段之一。为了提高药物的检测灵敏度，Li等首先对分析药物进行了预衍生，然后采用CE-Ru(bpy)32+ECL体系对异氰酸酯予以分析测试[19]。Deng等[20]结合甲磺酸培氟沙星(PM)可以增强Ru(bpy)32+电化学发光，并能直接参与反应的特性，通过排出尿液中PM的含量测定，对人尿中的PM进行了药代动力学研究。采用CE-Ru(bpy)32+ECL方法可以检测富马酸酮替芬的含量，且该方法已成功用于富马酸酮替芬片及胶囊含量的测定。此外，研究发现盐酸帕罗西汀能增强钌联吡啶的电化学发光信号，并已用于盐酸帕罗西汀片剂的测定[21]。目前，CE-ECL已用于诺氟沙星/左氧氟沙星[22]、红霉素[23]、双氧异丙嗪[24]等的检测，效果良好。2.2.2.在中药中的分析应用CE-Ru(bpy)32+ECL技术在提取中药中活性成分的探究中也进行了尝试。Gao等首次将CE-Ru(bpy)32+ECL应用于中药分析，有效的分离了天仙子中的活性成分[25]。在此基础上，Gao等将离子液体应用于电泳分离体系，通过场放大样品的堆积效应，从而提高中药罂粟中四种生物碱的检测灵敏度[26]。类似的，Gao等利用高选择性的CE-Ru(bpy)32+ECL技术，采用离子液体灵敏的分离了中药贝母中结构相似的两种活性成分[27]。Li[15]等利用CE-Ru(bpy)32+ECL的高灵敏度于快速检测的优点，对当归中的木糖、鼠李糖、葡萄糖和葡糖胺进行了检测。CE-ECL体系还被用于对中药苦参中槐糖苷碱、苦参碱及喹诺里西啶生物碱的分析[28]。2.2.3.在临床分析中的应用CE-ECL技术目前主要应用于对生物大分子(蛋白质、氨基酸和核酸)的研究和用于有机酸、有机胺、葡萄糖、药物、免疫等分析和其他物质的测定，在临床4检验诊断中尚无全面的报道。丙吡胺能够有效的预防和治疗心律不齐，将这种药物与蛋白质结合，依据结合作用研究具有重要的临床价值，因为游离药物的浓度会影响药物分布以及药物效应。药物蛋白结合率是药物动力学研究的重要参数之一。利用透析袋平衡透析，采用CE-ECL检测技术测定丙吡胺和人血浆蛋白的结合率，效果良好。在临床检测中，Hsich[29]等应用CE-ECL测定了血浆中的乙胺丁醇和甲氧基非那明。研究表明，此方法的灵敏度高、线性范围宽、成本低，适用于临床研究。2.3.CE-Ru(bpy)32+ECL技术在食品分析方面的应用Ru(bpy)32+由于自身所具有的电化学发光特性被广泛的用于胺类物质的分析检测[30-32]。Li[33]等采用CE-Ru(bpy)32+ECL技术对鳕鱼体内三甲胺的成分含量进行了有效的检测，灵敏度高，检测速度快。Chiu等[34]鉴于草甘膦作为一种除草剂的广泛运用，被农作物吸收过多，可能对人造成很大的危害，故对大豆中的草甘膦及其主要代谢物氨甲基磷酸进行了含量检测，检出限低、检测线性范围广。Zhou等[35]基于恩诺沙星是牲畜中的一种广谱杀菌剂，检测食品中的恩诺沙星是十分有意义的目的，对牛奶中的恩诺沙星及其代谢物盐酸环丙沙星进行了检测，与此同时，也检测了其中的恩氟沙星和环丙沙星，表现出较高的灵敏度。CE-Ru(bpy)32+ECL技术的快速、灵敏度检测对加强食品安全，规范食品生产起到了至关重要的作用。3.结语基于Ru(bpy)32+电化学发光(ECL)特性的检测器具有选择性高，灵敏度高的特性，将其与毛细管电泳(CE)联用所组成的毛细管电泳-电化学发光(CE-ECL)系统具有高效快速、样品消耗少、操作简单、成本低的特点，在现代分析化学中已成为一种有效的痕量和超痕量分析技术。本文简要介绍了CE-Ru(bpy)32+ECL的优点以及在生命科学、医学和食品分析方面的应用，同时也表明了此方法的应用前景。但从已有的文献报道来看，无论从检测灵敏度还是从分离效率等方面都存在一些技术上的薄弱之处。由于毛细管电泳的进样量很小，因此检测灵敏度受到了限制；如何设计毛细管与工作电极的界面以提高其分离效率，这些问题的解决将使CE-ECL以其快速、灵敏、高效、经济等优势，成为具有实际应用价值的高灵敏度分离检测方法。5参考文献[1]LauerHH,McManigillD.Capillaryzoneelectrophoresisofproteinsinuntreatedfusedsilicatubing[J].Anal.Chem.,1986,58:166-170.[2]DuffordRT,NightingaleD,GaddumLW.Luminescenceofgrignardcompoundsinelectricandmagneticfields,andrelatedelectricalphenomena[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,1927,49:1858-1864.[3]王鹏,张文艳,周鸿,等.免疫电化学发光[J].分析化学,1998,26(7):898-903.[4]吕海燕,李明月,于洪玲,唐玉海.毛细管电泳-电化学发光法测定盐酸伊托必利[J].药物分析杂志,2010,30(1):91-94.[5]LiHJ,ShiLH,LiuXQ,NiuWX,XuGB.DeterminationofisoeyanatesbycaPillaryeleetrophoresiswithtris(2,2’-biPyridine)rutheulum(II)electrochemiluminescence[J].Eleetrophoresis,2009,30(22):3926-3931.[6]谭贵良,李向丽,江迎鸿,林里.毛细管电泳-电化学发光联用测定玻乙红霉素[J].中山大学学报(自然科学版),2009,48:82-85.[7]成美容,王园朝,肖亮.毛细管电泳-间接电化学发光法对茶叶中百草枯农药残留的检测[J].分析测试学报,2009,25(12):1444-1447.[8]ChenYT,LinZY,ChenJH,SunJJ,ZhangL,ChenGN.Newcapillaryeleetrophoresis-eleetrochemiluminescencedetectionsystemequippedwithaneleetricallyheatedRu(bpy)32+/multi-wall-earbon-nanotubepasteeleetrode[J]