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留言内容：毛细管电泳_百度百科
毛细管电泳
（capillary electrophoresis，CE）又称高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis，HPCE），是一类以毛细管为分离通道、以直流为驱动力的新型液相分离技术。电泳实际上包含电泳、及其交叉内容，它使得以从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。长期困扰我们的生物大分子如蛋白质的分离分析也因此有了新的转机。
毛细管电泳基础理论
毛细管电泳双电层
双电层是指两相之间的分离表面由相对固定和游离的两部分组成的。
是与表面异号的层，凡是浸没在液体中的界面都会产生双电层。在电泳中，无论是带电粒子的表面还是毛细管管壁的表面都有。
毛细管电泳Zeta 电势
溶液中，任何带电粒子都可被看成是一个双电层系统的一部分，自身的电荷被异号的带电离子中和，这些异号离子中有一些被不可逆的吸附到离子上，而另一些则游离在附近，并扩散到电介质中进行。“固定”有一个切平面，它和离得最近的离子之间的电势则被称之为离子的Zeta 电势。
材质的是毛细管电泳中最常使用的毛细管，管子内表面在pH&3 情况下带负电，管子与溶液的界面上形成大小相等符号相反的层，即为。当管子内表面与溶液接触时，会形成紧贴内表面的和游离的两部分，其中第一部分又称之为Stern 层，第二层为。中游离离子的随着和表面距离的增大而急剧减小。在Stern 层和起点的之间的称之为管壁的Zeta 电势。典型值大体在0-100 mV 之间，Zeta 电势的值随距离增大按衰减，使其衰减一个单位所需的距离称之为双电层的厚度（δ）。熔硅表面的Zeta 电势与它表面上的电荷数及双电层厚度有关，而这些又受到的性质、pH 值、缓冲溶液中阳离子和熔硅表面间的平衡等因素的影响。
毛细管电泳淌度
带电粒子在直流作用下于一定介质（）中所发生的定向运动称为电泳。单位下的电泳速度称为淌度。在无限稀释溶液中（稀溶液数据外推）测得的淌度称为绝对淌度。
中带电运动除了受到的作用外，还会受到阻力的作用。一定时间后，两种力的作用就会达到平衡，此时作，电泳进入稳态。的活度不同，特别是酸碱度的不同，所以样品分子的不同，电荷也将发生变化，这时的淌度可称为有效。一般来说，所带电荷越多、越大、体积越小， 电泳速度就越快。
、和表观淌度电渗是推动样品迁移的另一种重要动力。所谓是指中的因轴向直流作用而发生的定向流动。是由定域引起。定域是指牢固结合在管壁上、在作用下不能迁移的或带电基团。在定域电荷吸引溶液中的反号并与其构成的，致使在作用（以及碰撞作用）下整体定向移动而形成（中的电渗流为平头塞状）。
毛细管区在电泳条件下，从流向。大小受到Zeta、厚度和介质粘度的影响，一般说来，Zeta 电势越大，双电层越薄，粘度越小，电渗流值越大。
在电泳中，样品分子的迁移是有效和淌度的综合表现，这时的淌度称为表观淌度。在多数的中，（或玻璃）表面因硅羟基解离会产生负的定域电荷，产生指向的流。在中速度可比电泳速度大一个数量级，所以能实现样品组分同向泳动。正的和电渗和电泳一致，因此它应最先流出。中性分子与同速，随电渗而行。负因其和相反，在之后流出。与pH 的关系十分密切。受Zeta的影响，Zeta 电势由壁表面的电荷决定，而电荷又受到的pH 值影响，所以的值是缓冲溶液的pH 值的函数，一般随pH 值的增大而增大，到中性或碱性时，其值会变得很大。此外，任何影响管壁上解离的因素，如洗涤过程、组成、、温度等都会影响或改变。电磁场以及许多能与表面作用的物质如表面活性剂、蛋白质等，都可以对产生很大影响。
在电泳分离中扮演着重要角色，是伴随电泳产生的一种电动现象。多数情况下，电是电泳速度的5-7 倍。因此，在电泳（CE）中利用可将正、负和中性分子一起朝一个方向产生差速迁移，在一次CE 操作中同时完成正、负离子的分离测定。由于的大小和方向可以影响CE 分离的效率、和分离度，所以成为优化分离条件的重要参数。的细小变化将严重影响CE 分离的重现性（迁移时间和峰面积）。所以，的控制是CE 中的一项重要任务。用来控制的方法主要有改变的成分和浓度；改变缓冲溶液的pH 值；加入；内壁改性-物理或化学方法涂层及动态去活；外加径向；改变温度等。
可以用作测定的。例如（DMF）、（DMSO）、、、甲醇和乙醇等，均可作为。
毛细管电泳分类
电泳根据分离模式不同可以归结出多种不同类型的毛细管电泳，见表1。电泳的多种分离模式，给样品分离提供了不同的选择机会，这对复杂样品的分离分析是非常重要的。
表1电泳类型
1 单根毛细管
毛细管区带电泳
毛细管和电极槽灌有相同的缓冲液
　　毛细管等速电泳
使用两种不同的CZE 缓冲液
　　毛细管等电聚焦
管内装pH 梯度介质，相当于pH 梯度CZE
　　胶束电动毛细管色谱
在CZE 缓冲液中加入一种或多种胶束
　　微乳液毛细管电动色谱
在CZE 缓冲液加入水包油乳液高分子离子交换
　　毛细管电动色谱
在CZE 缓冲液中加入可微观分相的高分子离子
　　开管毛细管电色谱
使用固定相涂层毛细管，分正、反相于离子交换
　　亲和毛细管电泳
在CZE 缓冲液或管内加入亲和作用试剂
　　非胶毛细管电泳
在CZE 缓冲液中加入高分子构成筛分网络
2 单根填充管
毛细管凝胶电泳
管内填充凝胶介质，用CZE 缓冲液
　　聚丙烯酰胺
毛细管凝胶电泳
管内填充聚丙烯酰胺凝胶
　　琼脂糖毛细管凝胶电泳
管内填充琼脂糖凝胶
　　填充毛细管电色谱
毛细管内填充色谱填料，
分正、反相于离子交换等
阵列毛细管电泳
利用一根以上的毛细管进行CE 操作
芯片式毛细管电泳
利用刻制在载玻片上的毛细通道进行电泳
毛细管电泳/质谱
常用电喷雾接口，需挥发性缓冲液
　　毛细管电泳/核磁共振
需采用停顿式扫描样品峰的测定方法
　　毛细管电泳/激光诱导荧光
具单细胞、单分子分析潜力
2. 操作方式
毛细管电泳可以按操作方式重新分为手动、半自动及全自动型毛细管电泳。
3. 分离通道形状
按分离通道形状分为圆形、扁形、方形电泳等。
4. 缓冲液的介质
根据配制的介质的不同，可以把CE分为电泳和非水毛细管电泳（NACE）。NACE是以作介质的代替以水为介质的，增加了疏水性物质的溶解度，特别适用于在中难溶而不能用CE分离的物质或在水溶液中性质相似难以分离的，拓宽了CE的分析领域。
毛细管电泳特点
电泳通常使用内径为25-100 μm 的弹性（）涂层熔融管。标准的为375 μm，有些管的外径为160 μm。的特点是：容积小（一根100 cm×75 μm 管子的容积仅4.4 μL）；侧面/比大，因而散热快、可承受高（100-1000 V/cm）；可使用自由溶液、凝胶等为支持介质；在溶液介质下能产生平面形状的。
由此，可使电泳具备如下优点：
（1）高效塔板数目在105-106 片/m 间，当采用CGE 时
毛细管电泳色谱图
，塔板数目可达107 片/m 以上；
（2）快速一般在十几分钟内完成分离；
（3）微量进样所需的样品体积为nL 级；
（4）多模式可根据需要选用不同的分离模式且仅需一台；
（5）经济实验消耗不过几毫升，维持费用很低；
（6）自动CE 是目前自动化程度较高的分离方法。
电泳的缺点是：
（1） 由于进样量少，因而制备能力差；
（2） 由于直径小，使光路太短，用一些检测方法（如）时，灵敏度较低；
（3）会因组成而变化，进而影响分离重现性。
毛细管电泳仪器系统
的基本结构包括进样系统、两个缓冲液槽、高压电源、、控制系统和。
毛细管电泳
1－温度控制系统；2－高压电源；3－高压电极槽；4－；5－；6－低压电极槽；7－铂丝电极；8－记录/数据处理
由于内径的限制，检测信号是CE系统最突出的问题。紫外可见法（UV）是CE常用的检测方法，但是受到、单波长等因素的限制。目前应用最广泛的是二极管阵列（PDA）。常规的还有灵敏度很高的光热（LIP）和（FL）检测器。近些年，在实际应用中还产生了诱导（LIF）、有良好的安培（EC）、通用性很好的电导（CD）助以及可以获得结构信息的质谱（MS）等多种。迄今为止，除了等体（ICP）和红外（IR）技术没有和CE联用，其他的检测方法均和CE联用并且大部分实现商品化。使用CE时应该根据所分析物质的特点，选择相应分离模式和，以扬长避短，得到最佳分析效果。
电泳仪的主要部件和其性能要求如下。 　（1）用弹性毛细管，内径50μm和75μm两种使用较多（有时用内径再大些的毛细管）。细内径分离效果好，且小，允许施加较高电压，但若采用柱上检测因较短比较粗内径管要差。长度称为总长度，根据分离度的要求，可选用20～100cm长度，进样端至间的长度称为有效长度。常盘放在管架上控制在一定温度下操作，以控制，操作缓冲液的黏度和度，对测定的重复性很重要。
（2）采用0～30kV（或相近）可调节直流电源，可供应约300μA电流，具有稳压和稳流两种方式可供选择。
（3）和电极槽两个电极槽里放入操作缓冲液，分别插入的进口端与出口端以及铂电极，铂电极接至，正负极可切换。多种型号的将样品瓶同时用做电极槽。
（4）冲洗进样系统每次进样之前要用不同溶液冲洗，选用自动冲洗进样较为方便。进有压力（加压）进样、负压（减压）进样、虹吸进样和电动（电迁移）进样等。进样时通过控制压力或电压及时间来控制进样量。
（5）检测系统紫外-可见光分光检测、诱导检测、电化学检测和质谱检测均可用作电泳的。其中以紫外-可见光分光光度应用最广，包括单波长、程序波长和。将接近出口端的外层剥去约2mm一段，使管壁裸露，毛细管两侧各放置一个石英聚光球，使光源聚焦在毛细管上，透过毛细管到达光电池。对无光吸收（或）的的检测，还可采用间接测定法，即在操作缓冲液中加入对光有吸收（或荧光）的，在溶质到达检测窗口时出现反方向的峰。
（6）与一般数据处理系统基本相同。
毛细管电泳分离因素
毛细管电泳缓冲液
缓冲试剂的选择主要由所需的pH决定，在相同的pH下，不同缓冲试剂的分离效果不尽相同，有的可能相差甚远。CE中常用的缓冲试剂有：、硼砂或硼酸、醋酸盐等。
缓冲盐的浓度直接影响到电泳介质的，从而影响Zeta，而Zeta电势的变化又会影响到。缓冲液浓度升高，离子强度增加，双电层厚度减小，Zeta电势降低，减小，样品在中停留时间变长，有利于迁移时间短的组分的分离，分析效率提高。同时，随着电解液浓度的提高，电解液的电导将大大高于样品溶液的电导而使样品在柱上产生堆积的效果，增强样品的富集现象，增加样品的容量，从而提高分析。但是，电解液浓度太高，电流增大，由于而使样品组分蜂形扩展，分离效果反而变差。此外，还可以通过与管壁作用以及影响溶液的粘度、介电常数等来影响，离子强度过高或过低都对提高不利。
毛细管电泳pH值
缓冲体系pH的选择依样品的性质和而定，是决定分离成败的一大关键。不同样品需要不同的pH分离条件，控制缓冲体系的pH值，一般只能改变的大小。pH能影响样品的解离能力，样品在强的介质中增大，电泳速度也随之增大，从而影响分离和分离灵敏度。pH还会影响内壁硅醇基的程度和溶质的，pH在4-10之间，硅醇基的解离
毛细管电泳仪
度随pH的升高而升高，也随之升高。因此，pH为分离条件优化时不可忽视的因素。
毛细管电泳分离电压
在CE中，分离电压也是控制电渗的一个重要参数。高电压是实现CE快速、高效的前提，电压升高，的迁移加大，分析时间缩短，但中增大，基线稳定性降低，降低；分离电压越低，分离效果越好，分析时间延长，峰形变宽，导致降低。因此，相对较高的分离电压会提高分离度和缩短分析时间，但电压过高又会使谱带变宽而降低。电解质浓度相同时，非水介质中的电流值和均比水相介质中小得多，因而在非水介质中允许使用更高的分离电压。
毛细管电泳温度
温度影响分离重现性和，控制温度可以调控的大小。温度升高，缓冲液粘度降低，管壁硅轻基解离能力增强，速度变大，分析时间减短，分析效率提高。但温度过高，会引起柱内径向温差增大，效应增强，柱效降低，也会降低。
毛细管电泳添加剂
在中加入，例如中性盐、、表面
以及等，会引起的显著变化。表面活性剂常用作的改性剂，通过改变浓度来控制电渗流的大小和方向，但当表面活性剂的浓度高于时，将形成胶束。加入会降低离子强度，Zeta电势增大，溶液粘度降低，改变管壁内分布，使降低。在中，缓冲液一般用水配制，但用水一有机常常能有效改善分离度或分离。
毛细管电泳进样
CE的常规进样方式有两种：流体力学和电迁移进样。电迁移进样是在作用下，依靠的电迁移和（或）将样品注入，故会产生电歧视现象，会降低分析的准确性和可靠性，但此法尤其适用于粘度大的缓冲液和CGE情况。流体力学进样是普适方法，可以通过虹吸、在进样端加压或端抽空等方法来实现，但差，样品及其背景同时被引入，对后续分离可能产生影响。通过进样时间也可以来改善分离效果，进样时间过短，峰面积太小，分析
毛细管电泳处理软件界面
大。进样时间过大，样品超载，进样区带扩散，会引起峰之间的重叠，与提高分离电压一样，分离效果变差。
另外，电泳技术的高分离性能以及消耗试剂少等特点使其分析领域得到了广泛的应用，但是其常规分析的灵敏度不能适应的要求，限制了它的应用和推广。前处理技术可以提高样品通量或将痕量分析物进行预富集，去除样品基质，将其与电泳技术联用不仅可以提高分析的灵敏度，同时也消除了大部分可能的基质干扰，是一种比较理想的富集分离检测技术。常用的有CE一流动注射联用技术、固相萃取-CE联用技术、-CE联用技术、液相微萃取-CE联用技术、微透析-CE联用技术和-CE联用技术。
毛细管电泳结合常数
生物体内，是必不可少的生命物质，是的重要之一。研究药物与蛋白质之间的相互作用，有助于了解药物在体内的运输和分布的情况，对于阐明药物的作用机制、以及药物的都有非常重要的意义。药物分子与蛋白质分子相互结合的主要部位是蛋白质上的碱性残基，主要有、、、和转移作用，通常药物与蛋白之间的相互作用并不是一种作用力的单独作用，而是多种作用力的。这种相
毛细管电泳
互作用的量化参数就是药物与蛋白的结合常数Ka。
结合常数Ka 的测定方法现主要有：光谱法，，，，以及电化学等方法。其中电泳法以其效率高，速度快等优点，已被较多采用。Scatchard 模型是现在公认的测定药物与蛋白结合参数的。
区带电泳法是利用蛋白质与药物的结合产物同游离的药物或蛋白的淌度差异来研究相互作用的。
毛细管电泳质谱联用
Olivares，Smith和Henion等分别在年提出电泳-质谱联用（CE-MS）技术，在CE中，由于通过样品的光程较短导致灵敏度较低，特别对一些紫外吸收较弱的化合物的检测。近年由于大气压电离（API）、（ESI）及新型的快速扫描等新技术的出现，足以满足CE窄峰形的特点，使得CE-MS，CE-MS-MS均得到快速发展，并正在成为实验室的重要常规分析方法之一。
有如下特点：
1）与紫外，诱导和相比，更是一种通用型检测器；
2）由于质谱的和专一性，弥补了样品迁移时间变化的不足；
3）质谱检测的灵敏度优于紫外；
4）质谱在检出峰的同时还能给出分子量和结构信息；
5）某些质谱技术可以给出多电荷，对分析大分子如糖
毛细管电泳仪
，蛋白质等与CE联用更有利。
CE的许多模式，如CZE，MEKC，CITP，CGE和ACE以及CEC等都能与质谱成功地连接，其中应用较多的仍是CZE-MS。MEKC由于添加表面活性剂形成的会抑制样品的信号，所以MEKC-MS使用较少。与CE相连的MS最常用的电离方式是ESI，可以直接把样品分子从转移到气相，而且可以测定分子量较大的样品。与CE相连的质谱仪主要有三元四极（QQQ）质谱仪，（TTT）质谱仪，傅立叶转换离子回旋加速器共振（FT-ICQ）质谱仪和（TOF）质谱仪等，前两者较为常用。CE-MS常用的接口有无套管接口，液体接合接口和同轴套管接口等三种，后两种接口均在流出部分引入补充流体，以维持一个稳定的电喷雾流。CE-MS所使用的缓冲液最好是易挥发、低浓度，可获得较好的流响应。与质谱相连的CE中常使用加入较高含量的（例如甲醇、乙睛）的缓冲液或者使用非水电泳，有利于喷雾过程，可以增进检测的灵敏度。天然植物药各组分之间以及药物与其之间往往结构比较相似，用CE-MS无论对分离及鉴定都显示了优势。Henion等用同轴套管流体接口，全扫描质谱方式分离了8种合成的异哇琳，对威氏黄柏（Phenllodendron wilsonii）树皮中的8种进行了分离并鉴定了其中的6种。Unge等用同样接口将卢竹碱等巧种叫垛类生物碱和基线分离。此外，（Ionspray，ISP），（APCI）等也被应用在CE－MS中。
毛细管电泳微全分析
1990年Ciba-Geigy公司的Manz和Widmer首次提出（Miniaturized total chemical analysis system，μ-TAS）的概念和设计，把微全分析系统的主要构型定位为一般厚度不超过5 mm，面积为数平方厘米至十几平方厘米的平板（包括微阵列和微流控分析芯片）。1994年始，橡树岭国家实验室Ramsey等在M
毛细管电泳书籍
anz的工作基础上发表了一系列，微流控分析芯片获得了重要发展。分析系统是将常规CE的原理和技术与流动注射进样技术相结合，借助微机电加工技术的手段，在平方厘米级大小的芯片上刻蚀出矩形或管道和具有其它功能的单元，通过不同的管道网路、、检测单元等的设计和布局，实现样品的采集、预处理、反应、分离和检测，是一种多功能化的快速、高效、高灵敏度和低消耗的微型；是一个跨学科的新领域，其核心是将所有过程中的各种功能及步骤微型化，包括：泵、阀、流动通道、混合反应器、相分离和试样分离、、电子控制及转换点等。
分析系统可大大提高分析速度和极大地降低分析费用，微流控CE分析系统通常也被称为集成电泳（Integrated capillaryelectrophoresis，ICE）。分析系统开创了分析科学历史的新篇章，使分析科学进入了一个微型化、集成化和自动化的崭新世界。
毛细管电泳应用
毛细管电泳综述
CE具有多种分离模式（多种分离介质和原理），故具有多种功能，因此其应用十分广泛，通常能配成溶液或悬浮溶液的样品（除和不溶物外）均能用CE进行分离和分析，小到，大到生物大分子和，甚至整个细胞都可进行分离检测。它广泛应用于、医药科学、、、与侦破鉴定、、、、、生产过程监控、产品质检以及单细胞和单分子分析等领域。
目前，CE分析技术被药物分析工作者在检验领域迅速推广应用。药物分析大致可以分为两部分：一、原药的定量、原药中杂质的测定、药剂分析以及对它们稳定性的评价等以药品质量管理为目的的测定方法。这些方法要求有良好的、适当的分析灵敏度和可靠的准确度等；二、对进入人体内的药物或的吸收、分布、、排泄等体内动态的研究，即临床药物分析。这两部分的测定一般需要分离和检测手段相结合。
毛细管电泳药物制剂分析
药物制剂中成分复杂，除含有有效成分外，往往还含有一些有效成分的稳定剂或保护剂，一般几毫克的有效成分需要几十毫克的基体。CE法具有能排除高含量复杂基体干扰、检测痕量成分的能力，且样品只需经简单预处理即可分析其有效成分含量，现已广泛应用于、、、滴耳液、及等各种剂型中主药成分的定量测定。
毛细管电泳药物杂质检查
药物合成中带入的杂质和药物的通常与药物有相似
毛细管电泳
的结构，而且一般含量很低。CE作为药物的杂质痕量组分分析方法，具有多组分、低含量和同时分离，故可以用电泳作为药物杂质的检测手段。CE也可以用于药物生产过程全方位控制与检测，以保证药物质量，提高工艺水平。己有文献报道用NACE法测定己烯雌酚片及其降解物；CE法定量分析及其潜在杂质；CZE法分析伊班磷酸盐及其相关杂质；CZE和CITP法检测高舍瑞林中和物质的含量；CZE法定量检测钠磷酸盐中的杂质。
毛细管电泳中药分析
中药品种繁多、药材产地各异、成分复杂，无论是药材还是成药的分析，都是一项非常艰难的任务。工作用现代化设备和科技手段（如、HPLC等）虽取得巨大进展和成就，但往往只是对药材和成药成百上千个成分中的一个或几个成分的分析，实际只是一种象征性的代表式分析，与之起化学和药理效应的实际组合成分（起码是有效成分）相比，仍有相当大的距离。随着CE技术对中药材及其有效成分的鉴别与分析的快速发展，建立在此基础上的中成药和中药复方制剂中有效成分的定性、定量分析已有进展，且有希望解决长期困扰中的重大难题。近年，报道CE分析中药材已有18种、成药70种和有效成分120个以上。
电泳法已经日益广泛的应用到中药有效成分的分离和含量测定中，分离测定的成分包括、类、类、、、类、类等。
毛细管电泳手性药物分析
的每个对映异构体在中表现出不同的药效作用，在药物吸收、分布、代谢、排泄等方面存在差异。为了能准确地了解药效和安全用药，发展和建立简单、快速的对映体的奋力分析方法，并用于研究和医药质量控制，显得日益迫切。CE因其高效、快速、强的特点而成为目前最有效的方法。各种CE分离模式皆可用于分离，因此手性拆分成为CE应用最活跃、最独特的领域。其中，法只需向中加入合适的手性试剂，经过一定的分离条件优化即能实现手性分离。目前，主要的手性添加剂有类（CDs）、类、大环、蛋白质等。
毛细管电泳生物样本
生物体内药物及其代谢物的随时间与位置分布研究，即分析，在临床医学中有重要意义。在中可降低被分析物与管壁的作用，降低由于吸附所引起的峰拓宽并改善拖尾，同时可显著提高被分析物的回收率，降低用管壁面积较大的进行分析时被分析物的损失。近年来，用电泳法进行生物样本中的药物及其代谢产物的分析已成为研究热点。已有报导用CE法监测腺昔及其代谢物含量变化；用CE法测定人血浆中的优降糖、甲福明二甲双肌、苯乙双肌含量；用CE一检测人尿中儿茶酚胺的含量；用CZE-安培法测定尿中的L-酪氨酸及其代谢物浓度；用CZE法测定人尿中两种的浓度；HPCE法测定头抱血浆浓度；CE法测定血浆中蛋氨酸的含量；用CE-检测血清中的丙戊酸含量。
CE分析速度快，有良好的时间分辨性，能为治疗机制与用药水平提供可靠的分析，将来一定会加深在此领域内的应用。
毛细管电泳展望
CE技术的研究和应用，给药物分析领域和药品检验工作带来了生机与活力，无疑将对该专业技术的发展及提高起着重要的推动和促进作用。尤其以对、中成药复方制剂的分析和中药材种属的鉴定，令人瞩目。但任何事物都有两面性，它也有弱点和不足，如有的药物用CE分析精确度还不够高；有的灵敏度很高，但专属性界定尺度又不易掌握；CE昂贵，很难普遍推广等等，都需要不断研究解决。尤其以如何巧妙地与其它方法和技术（如HPLC、MS等）联合使用，以收到更好的效果，是今后CE技术研究、完善的方向和课题。可喜的是，这方面的工作已开始启动，CE一HPLC、CE一MS联用己取得高效率、高质量的分析成果。经过科学工作者的不懈努力，一个药物分析领域的新技术快速发展时期即将到来。
中国电子学会（Chinese Instit...
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毛细管凝胶电泳柱技术的新进展
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