高效毛细管电泳在农药分析中的应用理 学 院 化 学 系刘志勇武汉 430070
毛细管简介
电泳作为一种分离工具已有近百年历史 。 1937年瑞典科学家 Arne Tisellus首次采用电泳分离技术从人的血清中分离出白蛋白 α — 球蛋白,β — 球蛋白的
γ — 球蛋白 。 由此而获得 1948年的诺贝尔奖 。 为了克服电泳产生自热而使分离效率不高等问题,1967
年 Hjerten提出在强电场作用高,3mm直径的毛细管内进行自由溶液的区带电泳 (CZE),开始了毛细管电泳仪的发展历程 。 直到 1989年 2月第一届国际毛细管电泳学术研讨会召开,全球仪器供应商才推出第一批商品化的高效毛细管电泳仪 。 进入 90年代,高效毛细管电泳分析技术已进入成熟高速发展期 。 与传统的色谱分离技术 (如 HPLC,GC等 )的检测,数据处理全自动进样完美地结合起来,形成了一种新的高效分离技术 。
高效毛细管电泳是一种迅速发展的分离技术，其最大优点是分析时间短，效率和分离度高，柱效率常常超过 1d的理论板数，而且样品及试剂的用量少，因而应用范围广泛。
毛细管电泳仪的主要优点
高灵敏度 一般紫外检测器检测限在 10-
13— 10-15之间，荧光检测可达 10-19— 10-
21m01。高分辩：峰分离效率超过 l百万理论塔板数，一般可达上万。速度快：许多分析在 10m阶内完成，有的可在 60s内完成。进样量少：一般只需几毫微升，
比其它分离方法需要更少样品制备量。
运行成本低：一般只需要长期使用的毛细管和几毫升的可自配的缓冲液。
电泳分离方式运用分类
毛纫管区带电泳 (CzE)
毛细管凝胶电泳 (CGE)
毛细管等速聚焦电泳 (ITP)
毛纫管等电聚焦电泳 (IEF)
毛纫管胶束电动力学电泳 (MECC)
21世纪毛细管电泳技术及应用发展趋势
就毛细管电泳而言，极细的毛细管内径带来了很高的分离效能，但同时也给样品组分的检测带来困难，对检测技术相应提出了较高的要求。
如何增加检测器的灵敏度，同时又不造成明显的区带展宽，一直是 CE技术发展中的一个至关重要的问题，迄今为止，已有许多检测技术与
CE联用，在不同的实际应用领域中发挥作用。
毛细管电泳检测技术的发展毛细管电泳分离模式的发展
毛细管电泳按分离介质和分离原理不同，存在多种操作模式，各种模式的分离机理是不相同的。如今的毛细管电泳不再仅仅局限于分离荷电的大分子粒子，也适合分离阳离子、阴离子以及中性分子。
高效毛细管电泳在农药分析中的应用
大量研究表明，生命活动与生物分子的手性密切相关。构成生物体的基本物质如氨基酸都是
L型、糖类化合物都是 D型，在很多手性药物中．其中一个映体具有明显的药理作用，另一个则可能低效或无效，甚至可能有毒副作用。
近年来以美国食品药物管理局 (FDA)为代表的各国管理机构的一些限制性规定对药物进行手性拆分和发展手性技术起了极大的促进作用，
而毛细管电泳具有分离效率高，分离模式多，
手性样品和试剂消耗量少，操作简单和分析速度快等特点，是一门特别适于手性分离研究的技术。
手性化合物分离
自 HPCE使用以来，人们开始使用 HPCE对手性农药的分离分析研究。目前无论在理论研究还是在实际应用方面都有了很大的进步。现阶段主要是用环糊精 (CDs)来分离大多数手性农药。 HPCE可以用来测定消旋体中两种对映体的比例及各自含量，如 hexobarbital,2甲
4氯丙酸 (mecoprop)、粉哇醇 ( flutriafol)
等。 HPCE分析手性农药与 HPLC法相比,HPCE
使用成本低,(1)不需要用昂贵液谱手性柱，
而只需在流动相中加入一点点配制毫摩尔 (m
m 0l)浓度的环糊精 ;(2)不需要象 HPLC使用大量不同性质的手性柱 ;(3)分析速度快 ;(4)方法易建立。
毛细管电泳在农药定量分析中的研究
毛细管电泳 (GC)在农药分析中具有高效、
使用简单方便、重复性好、定量准确 (采用内标物 )、定性准确 〔 易与质谱联用 〕
等优点，在农药分析中起着重要的作用。
农药制剂和原药中有效成分的测定
Mike T.等人用 HPCE分析农药产品百草枯,草甘麟,敌草快,抗蚜威,氯氟氰菊酯等有效成分的含量 ;Ralph,g等人用 HPCE分析农药产品抑霉唑,草甘麟,2,4一 D,莠去津,
敌草隆,敌稗,多菌灵,folicu:等农药产品中有效成分的含量,并分别用 GC,HPLC(外标法 ),HPCE(内标法 )对同一抑霉唑样品进行精密度测定,测得结果四者之间的变异系数分别为 0.04 %,0.28 %,0.87 %,0,33%,都为 <1%。
农药中杂质的分离和测定
农药登记管理中对产品中杂质要求越来越高，
原药中杂质含量 >0.1%的都需提供其定性和定量的资料，因此对杂质的分析和鉴定提出了新的要求。用 HPCE测定农药产品中杂质含量具有快速、准确等优点，与质谱 (Mass
spectrometry)联用，达到定性的准确和可靠。
Mike T.等人用 HPCE对百草枯、草甘麟、敌草快、抗蚜威等产品中的杂质进行了分离和测定，
百草枯产品中测得杂质峰 6个，且分离度很高，
分析时间仅 7 min;抗蚜威产品中测得杂质峰 5
个，分析时间为 25 min。杂质含量的测定结果与 HPLC的基本一致，但分离的效果要好，所需的分析时间短。
实例分析
一些离子型或可离子化的除草剂，如敌草快、
草甘磷等,CZE方式测定有效成分的含量。
P,A,Cooper等人报道了敌草快在毛细管为
64cm× 50um PVA，缓冲液为 50mM醋酸铵，在 pH
＝ 4.0时加入 5%乙腈,电压为 25kv，温度
20℃,在 UV310nm检测，得到很好分离。
毛细管电泳对农药有效成分含量分析图 1 敌草快毛细管电泳图残留及代谢
在农药残留分析应用较多是 CZE和 MECC，
Grorca等报道过用 CZE加 MS测定磺酰脲类除草剂。 P,A,Cooper等报道过抗蚜威在 40cm× 50um PVA毛细管，缓冲液为
50mM的醋酸铵，在 pH4.0时加 5%乙腈，电压 20kv，温度 20℃,UV240nm检测，能将抗蚜威及潜在的代谢物很好的分离。
图 2 抗蚜威代谢物的毛细管电泳分离图展望
毛细管电泳作为新兴的发展很快的一项分离技术，已日益应用于各种分析领域，特别是生理医学、基因工程、蛋白质工程中分析肽类、蛋白质、核苷酸,DNA等已有大量报道，并增长很快。纯农药分析中应用这项技术还较少。随着人们对毛细管电泳仪应用研究的深入，毛细管电泳技术将以其独特的高灵敏、高分辨、速度快、成本低等优势在农药质检、异构体分析、
残留和代谢物检测、中间体质控方面大量应用。
参考文献
1 叶纪明,张百臻,高效毛细管电泳在农药分析中的应用,农药科学与管理,1998
2 苏大水,徐 永,高效毛细管电泳在农药分析中的应用,农药科学与管理,1998
3 左文坚,高效毛细管电泳 (HPCE)的方法介绍,
新技术应用,2001,2
4 向征兵,谢怀龙,高效毛细管电泳 (HPCE)的分析应用进展,军队医药,2000,4
5 罗国安,王义明,毛细管电泳的原理及应用,
色谱,1995,11
6 张裕平,袁悼斌,毛细管电泳在农药分析中的应用,色谱,1995,9
7 方 红,周 斯,毛细管电泳的最新进展,
医学分子生物学,2002; 4; 22
8 毛 煜,徐建明,毛细管电泳技术和应用新进展,化学研究与应用,2001,(1); 1; 13
9 林炳承,毛细管电泳研究和应用的最新进展,分析测试学报 1994,(1); 1; 13
10 刘雷保,康建成等,极地冰雪化学组成分析,毛细管离子分析与离子色谱的比较,南极研究,1996,(3); 8; 1
毛细管简介
电泳作为一种分离工具已有近百年历史 。 1937年瑞典科学家 Arne Tisellus首次采用电泳分离技术从人的血清中分离出白蛋白 α — 球蛋白,β — 球蛋白的
γ — 球蛋白 。 由此而获得 1948年的诺贝尔奖 。 为了克服电泳产生自热而使分离效率不高等问题,1967
年 Hjerten提出在强电场作用高,3mm直径的毛细管内进行自由溶液的区带电泳 (CZE),开始了毛细管电泳仪的发展历程 。 直到 1989年 2月第一届国际毛细管电泳学术研讨会召开,全球仪器供应商才推出第一批商品化的高效毛细管电泳仪 。 进入 90年代,高效毛细管电泳分析技术已进入成熟高速发展期 。 与传统的色谱分离技术 (如 HPLC,GC等 )的检测,数据处理全自动进样完美地结合起来,形成了一种新的高效分离技术 。
高效毛细管电泳是一种迅速发展的分离技术，其最大优点是分析时间短，效率和分离度高，柱效率常常超过 1d的理论板数，而且样品及试剂的用量少，因而应用范围广泛。
毛细管电泳仪的主要优点
高灵敏度 一般紫外检测器检测限在 10-
13— 10-15之间，荧光检测可达 10-19— 10-
21m01。高分辩：峰分离效率超过 l百万理论塔板数，一般可达上万。速度快：许多分析在 10m阶内完成，有的可在 60s内完成。进样量少：一般只需几毫微升，
比其它分离方法需要更少样品制备量。
运行成本低：一般只需要长期使用的毛细管和几毫升的可自配的缓冲液。
电泳分离方式运用分类
毛纫管区带电泳 (CzE)
毛细管凝胶电泳 (CGE)
毛细管等速聚焦电泳 (ITP)
毛纫管等电聚焦电泳 (IEF)
毛纫管胶束电动力学电泳 (MECC)
21世纪毛细管电泳技术及应用发展趋势
就毛细管电泳而言，极细的毛细管内径带来了很高的分离效能，但同时也给样品组分的检测带来困难，对检测技术相应提出了较高的要求。
如何增加检测器的灵敏度，同时又不造成明显的区带展宽，一直是 CE技术发展中的一个至关重要的问题，迄今为止，已有许多检测技术与
CE联用，在不同的实际应用领域中发挥作用。
毛细管电泳检测技术的发展毛细管电泳分离模式的发展
毛细管电泳按分离介质和分离原理不同，存在多种操作模式，各种模式的分离机理是不相同的。如今的毛细管电泳不再仅仅局限于分离荷电的大分子粒子，也适合分离阳离子、阴离子以及中性分子。
高效毛细管电泳在农药分析中的应用
大量研究表明，生命活动与生物分子的手性密切相关。构成生物体的基本物质如氨基酸都是
L型、糖类化合物都是 D型，在很多手性药物中．其中一个映体具有明显的药理作用，另一个则可能低效或无效，甚至可能有毒副作用。
近年来以美国食品药物管理局 (FDA)为代表的各国管理机构的一些限制性规定对药物进行手性拆分和发展手性技术起了极大的促进作用，
而毛细管电泳具有分离效率高，分离模式多，
手性样品和试剂消耗量少，操作简单和分析速度快等特点，是一门特别适于手性分离研究的技术。
手性化合物分离
自 HPCE使用以来，人们开始使用 HPCE对手性农药的分离分析研究。目前无论在理论研究还是在实际应用方面都有了很大的进步。现阶段主要是用环糊精 (CDs)来分离大多数手性农药。 HPCE可以用来测定消旋体中两种对映体的比例及各自含量，如 hexobarbital,2甲
4氯丙酸 (mecoprop)、粉哇醇 ( flutriafol)
等。 HPCE分析手性农药与 HPLC法相比,HPCE
使用成本低,(1)不需要用昂贵液谱手性柱，
而只需在流动相中加入一点点配制毫摩尔 (m
m 0l)浓度的环糊精 ;(2)不需要象 HPLC使用大量不同性质的手性柱 ;(3)分析速度快 ;(4)方法易建立。
毛细管电泳在农药定量分析中的研究
毛细管电泳 (GC)在农药分析中具有高效、
使用简单方便、重复性好、定量准确 (采用内标物 )、定性准确 〔 易与质谱联用 〕
等优点，在农药分析中起着重要的作用。
农药制剂和原药中有效成分的测定
Mike T.等人用 HPCE分析农药产品百草枯,草甘麟,敌草快,抗蚜威,氯氟氰菊酯等有效成分的含量 ;Ralph,g等人用 HPCE分析农药产品抑霉唑,草甘麟,2,4一 D,莠去津,
敌草隆,敌稗,多菌灵,folicu:等农药产品中有效成分的含量,并分别用 GC,HPLC(外标法 ),HPCE(内标法 )对同一抑霉唑样品进行精密度测定,测得结果四者之间的变异系数分别为 0.04 %,0.28 %,0.87 %,0,33%,都为 <1%。
农药中杂质的分离和测定
农药登记管理中对产品中杂质要求越来越高，
原药中杂质含量 >0.1%的都需提供其定性和定量的资料，因此对杂质的分析和鉴定提出了新的要求。用 HPCE测定农药产品中杂质含量具有快速、准确等优点，与质谱 (Mass
spectrometry)联用，达到定性的准确和可靠。
Mike T.等人用 HPCE对百草枯、草甘麟、敌草快、抗蚜威等产品中的杂质进行了分离和测定，
百草枯产品中测得杂质峰 6个，且分离度很高，
分析时间仅 7 min;抗蚜威产品中测得杂质峰 5
个，分析时间为 25 min。杂质含量的测定结果与 HPLC的基本一致，但分离的效果要好，所需的分析时间短。
实例分析
一些离子型或可离子化的除草剂，如敌草快、
草甘磷等,CZE方式测定有效成分的含量。
P,A,Cooper等人报道了敌草快在毛细管为
64cm× 50um PVA，缓冲液为 50mM醋酸铵，在 pH
＝ 4.0时加入 5%乙腈,电压为 25kv，温度
20℃,在 UV310nm检测，得到很好分离。
毛细管电泳对农药有效成分含量分析图 1 敌草快毛细管电泳图残留及代谢
在农药残留分析应用较多是 CZE和 MECC，
Grorca等报道过用 CZE加 MS测定磺酰脲类除草剂。 P,A,Cooper等报道过抗蚜威在 40cm× 50um PVA毛细管，缓冲液为
50mM的醋酸铵，在 pH4.0时加 5%乙腈，电压 20kv，温度 20℃,UV240nm检测，能将抗蚜威及潜在的代谢物很好的分离。
图 2 抗蚜威代谢物的毛细管电泳分离图展望
毛细管电泳作为新兴的发展很快的一项分离技术，已日益应用于各种分析领域，特别是生理医学、基因工程、蛋白质工程中分析肽类、蛋白质、核苷酸,DNA等已有大量报道，并增长很快。纯农药分析中应用这项技术还较少。随着人们对毛细管电泳仪应用研究的深入，毛细管电泳技术将以其独特的高灵敏、高分辨、速度快、成本低等优势在农药质检、异构体分析、
残留和代谢物检测、中间体质控方面大量应用。
参考文献
1 叶纪明,张百臻,高效毛细管电泳在农药分析中的应用,农药科学与管理,1998
2 苏大水,徐 永,高效毛细管电泳在农药分析中的应用,农药科学与管理,1998
3 左文坚,高效毛细管电泳 (HPCE)的方法介绍,
新技术应用,2001,2
4 向征兵,谢怀龙,高效毛细管电泳 (HPCE)的分析应用进展,军队医药,2000,4
5 罗国安,王义明,毛细管电泳的原理及应用,
色谱,1995,11
6 张裕平,袁悼斌,毛细管电泳在农药分析中的应用,色谱,1995,9
7 方 红,周 斯,毛细管电泳的最新进展,
医学分子生物学,2002; 4; 22
8 毛 煜,徐建明,毛细管电泳技术和应用新进展,化学研究与应用,2001,(1); 1; 13
9 林炳承,毛细管电泳研究和应用的最新进展,分析测试学报 1994,(1); 1; 13
10 刘雷保,康建成等,极地冰雪化学组成分析,毛细管离子分析与离子色谱的比较,南极研究,1996,(3); 8; 1
