毛細(xì)管電泳新型手性分離體系研究進(jìn)展

張 琪

(江蘇大學(xué)藥學(xué)院, 江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

對(duì)于化學(xué)或生命科學(xué)工作者來(lái)說(shuō),“手性”不會(huì)是一個(gè)陌生的名詞。其實(shí),手性是自然界的基本屬性之一,在醫(yī)藥、化工、食品、環(huán)境等各領(lǐng)域都能看到手性的身影及其產(chǎn)生的重要影響[1,2]。以醫(yī)藥行業(yè)為例,手性藥物不同對(duì)映異構(gòu)體之間往往擁有顯著不同,甚至完全相反的生物學(xué)活性。因此,手性藥物的質(zhì)量控制以及安全用藥問(wèn)題,一直受到各國(guó)藥政管理部門(mén)的高度重視。使用光學(xué)純手性藥物是提高藥物生物學(xué)活性、減少或避免對(duì)映體雜質(zhì)危害的有效途徑。近年來(lái),手性藥物(尤其是光學(xué)純手性藥物)市場(chǎng)規(guī)模在現(xiàn)代制藥工業(yè)中的占比呈現(xiàn)逐年穩(wěn)定上升的趨勢(shì)。美國(guó)著名市場(chǎng)行業(yè)研究咨詢機(jī)構(gòu)“大觀研究”(grand view research)的一項(xiàng)關(guān)于“手性化學(xué)制品市場(chǎng)分析”(chiral chemicals market analysis)的調(diào)查報(bào)告顯示,截至2019年,美國(guó)及英國(guó)的手性藥物市場(chǎng)規(guī)模分別達(dá)到了150億及50億美元,并且將以每年約11%的高速度繼續(xù)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)[3]。由此可見(jiàn),手性藥物的分離分析工作將在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在制藥工業(yè)領(lǐng)域扮演著必不可少的角色。

隨著現(xiàn)代分離科學(xué)的發(fā)展,已經(jīng)有多種技術(shù)手段被成功應(yīng)用于手性分離。而各類色譜方法,比如薄層色譜(TLC)[4]、高效液相色譜(HPLC)[5,6]、氣相色譜(GC)[7]、超臨界流體色譜(SFC)[8]、高速逆流色譜(HSCCC)[9,10]等,是目前應(yīng)用最為廣泛的手性分離方法。毛細(xì)管電泳(CE)早在1985年便被成功用于手性分離,并在隨后的幾十年里經(jīng)歷了富有起伏的發(fā)展[11-13]。現(xiàn)如今,盡管CE并沒(méi)有占據(jù)醫(yī)藥化工等行業(yè)中手性分離工作的主導(dǎo)地位,但不可否認(rèn)CE技術(shù)憑借其高效率和低消耗的優(yōu)勢(shì),已被證明是手性分離研究領(lǐng)域最有發(fā)展前景的分析方法之一,并且已成為HPLC等其他經(jīng)典手性分離方法的一個(gè)重要補(bǔ)充應(yīng)用手段[14-16]。國(guó)內(nèi)外藥典中越來(lái)越多的手性藥物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也采用了CE技術(shù)用于光學(xué)純度質(zhì)量控制。如2015版中國(guó)藥典(二部)新增品種佐米曲普坦及其制劑,就采用了CE法進(jìn)行R型異構(gòu)體的檢查[17],美國(guó)藥典也采用CE法對(duì)鹽酸羅哌卡因進(jìn)行光學(xué)純度質(zhì)量控制[18]。

除了高效率和低消耗兩大重要特點(diǎn)之外,分離模式的多樣性也是CE技術(shù)受到分析工作者青睞的一個(gè)重要原因。常見(jiàn)的可用于手性分離的CE模式包括“毛細(xì)管區(qū)帶電泳(CZE)”“毛細(xì)管電動(dòng)色譜(EKC)”“膠束電動(dòng)色譜(MEKC)”“非水毛細(xì)管電泳(NACE)”“配體交換毛細(xì)管電泳(LECE)”“毛細(xì)管電色譜(CEC)”等。而近年來(lái),在CE手性分離工作中,研究人員基于此類電泳模式不斷地對(duì)傳統(tǒng)手性分離體系進(jìn)行優(yōu)化和改造,構(gòu)建出許多新型、高效的手性化合物分離體系,如離子液體(ionic liquid)修飾、納米材料修飾、金屬有機(jī)骨架材料(MOF)修飾、低共熔溶劑修飾的手性分離體系等等。本綜述將重點(diǎn)對(duì)近年來(lái)此類新型CE手性分離體系的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行梳理,并結(jié)合相應(yīng)的手性識(shí)別機(jī)理研究和手性CE方法實(shí)際應(yīng)用情況,對(duì)該領(lǐng)域存在的問(wèn)題及發(fā)展前景進(jìn)行分析和展望。

1 新型手性分離體系的構(gòu)建

1.1 基于離子液體的CE手性分離體系

離子液體是指在室溫或接近室溫條件下呈液態(tài)的，且完全由陰陽(yáng)離子組合而成的熔融鹽體系。與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑和電解質(zhì)相比,離子液體具有低蒸汽壓、高熱穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性等一系列突出優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)陰陽(yáng)離子的組合設(shè)計(jì),研究人員還可以得到具有特定用途的功能化離子液體,因而離子液體也被人們稱為“可設(shè)計(jì)合成的溶劑”。離子液體在手性分離領(lǐng)域的應(yīng)用也已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注。在2015～2019年的文獻(xiàn)[19-21]報(bào)道中,以手性離子液體作為識(shí)別物質(zhì)的CE手性分離體系的占比僅次于環(huán)糊精及其衍生物類手性選擇劑(見(jiàn)圖1)。

圖 1 2015～2019年各類手性選擇劑在CE中的應(yīng)用比例(不完全統(tǒng)計(jì))Fig. 1 Proportion of application of the various chiral selectors in CE in 2015-2019 year (incomplete statistics) CEC was not covered. Data were searched from Web of Science.

目前可查閱到最早的關(guān)于離子液體在CE手性分離中的文獻(xiàn)出現(xiàn)在2003年,Mwongela等[22]報(bào)道了在以聚油酸-L-亮氨酰纈氨酸鈉鹽為手性表面活性劑的MEKC體系中,3種烷基咪唑及烷基吡啶類非手性離子液體作為修飾劑均能顯著改善一系列聯(lián)萘化合物對(duì)映體的分離效果。隨后,Rizvi等[23]首次使用了吡咯烷醇類和亮氨醇類手性離子液體型表面活性劑直接構(gòu)建MEKC體系,成功分離了對(duì)溴苯乙酸以及2-(2-氯苯氧基)丙酸兩個(gè)酸性化合物。此類應(yīng)用模式可以概括為基于離子液體的手性MEKC分離體系。

第二種出現(xiàn)較早的應(yīng)用模式為非手性離子液體修飾的CZE或EKC手性分離體系。研究人員將短鏈的烷基咪唑、烷基吡啶、四烷基銨鹽類非手性離子液體添加到以β-環(huán)糊精(β-CD)為手性選擇劑的CE體系中,發(fā)現(xiàn)離子液體可以通過(guò)改變電滲流、改變運(yùn)行緩沖液離子強(qiáng)度、抑制樣品在管壁內(nèi)的吸附、競(jìng)爭(zhēng)性地影響樣品與β-CD疏水空腔的包合作用等機(jī)制來(lái)改善對(duì)映體的分離[24-26]。然而非手性離子液體的“非手性”特征注定了它們?cè)诮^大多數(shù)情況下無(wú)法直接參與到手性識(shí)別過(guò)程中,導(dǎo)致拆分體系的對(duì)映選擇性(enantioselectivity)不能得到顯著改善。因此,此類應(yīng)用模式逐漸被第三種模式所取代,也就是手性離子液體協(xié)同拆分體系。

圖 2 羥丙基β-CD(HP-β-CD)與氨基酸手性離子液體構(gòu)建的協(xié)同拆分體系與單一HP-β-CD體系對(duì)5個(gè)手性藥物的電泳圖[28]Fig. 2 Electropherograms corresponding to the enantioseparation of five chiral drugs using hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD)/amino acids chiral ionic liquids synergistic separation systems or single HP-β-CD system[28]

手性離子液體是指在離子液體結(jié)構(gòu)中引入手性中心,這是離子液體功能化研究的一個(gè)重要方面。研究人員發(fā)現(xiàn),手性離子液體不僅能夠保留非手性離子液體對(duì)拆分體系的修飾能力,還因手性部分的引入使其本身具備額外的手性識(shí)別能力,當(dāng)它們與傳統(tǒng)手性選擇劑配伍使用時(shí),往往可以通過(guò)協(xié)同作用很大程度地改善手性分離結(jié)果。此類分離模式構(gòu)建過(guò)程簡(jiǎn)便,性能優(yōu)越,近年來(lái)已有多篇文獻(xiàn)[27-33]報(bào)道,其中應(yīng)用最多的是氨基酸類或乳酸類手性離子液體與環(huán)糊精及其衍生物、多糖、抗生素類手性選擇劑配伍的協(xié)同體系,用于各類手性化合物的分離(見(jiàn)圖2),涉及的電泳模式主要為EKC或NACE。然而目前此類拆分體系的一個(gè)普遍缺陷是對(duì)手性識(shí)別機(jī)理,尤其是手性離子液體為何能夠大幅改善分離體系手性識(shí)別能力機(jī)制的闡述還不夠充分和明確。使用基于色譜或CE的熱力動(dòng)力學(xué)方法來(lái)研究此類分離體系的手性識(shí)別機(jī)理具有一定的潛力,但是目前為止還沒(méi)有很多確證信息。對(duì)于這種三元(手性選擇劑+手性離子液體+對(duì)映體)甚至多元體系識(shí)別機(jī)制的探索仍然是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)的任務(wù)。

第四種基于離子液體的手性識(shí)別模式是以氨基酸或氨基醇類手性離子液體為配體構(gòu)建LECE分離體系[34]。其中氨基酸在離子液體結(jié)構(gòu)中可作為陽(yáng)離子部分也可作為陰離子部分,具體包括1-烷基-3-甲基咪唑-L-脯氨酸鹽[35]、1-乙基吡啶-L-賴氨酸鹽[36]、1-丁基-3-甲基咪唑-L-鳥(niǎo)氨酸鹽[37]、1-丁基-3-甲基咪唑-L-丙氨酸鹽[38]、L-脯氨酸三氟乙酸鹽[39]、L-苯丙氨酰胺三氟乙酸鹽[40],以及一系列四烷基銨鹽類氨基酸離子液體等[41]。這些離子液體型手性配體絕大多數(shù)都能高效地分離氨基酸及其衍生物類手性化合物,并且與傳統(tǒng)的游離型氨基酸配體相比,呈現(xiàn)出更好的手性識(shí)別作用。

第五種模式是研究人員通過(guò)篩選或設(shè)計(jì),將手性離子液體作為手性選擇劑直接拆分手性化合物。在這些研究工作當(dāng)中,基于傳統(tǒng)手性選擇劑結(jié)構(gòu)直接修飾改造成離子液體型手性選擇劑是一個(gè)值得關(guān)注的研究方向,近幾年相關(guān)的報(bào)道數(shù)量也顯著增多。比如將β-CD改造成6-氧-2-羥丙基三甲銨-β-CD四氟硼酸鹽[42]、單-6-去氧-6-(3-甲基咪唑)-β-CD甲苯磺酸鹽[43]、單-6-去氧-6-(4-氨基-1,2,4-三唑鎓)-β-CD[44];將羧甲基-β-CD改造成羧甲基-β-CD四甲基銨鹽[45];將乳糖酸(lactobionic acid)改造成乳糖酸四甲基銨鹽[46]、3-甲基-1-(3-磺丙基)-1-氫-咪唑乳糖酸鹽[47];將克林霉素磷酸酯(clindamycin phosphate)改造成克林霉素磷酸酯膽堿鹽[48]等。這種傳統(tǒng)手性選擇劑向離子液體型手性選擇劑的進(jìn)化往往可以通過(guò)陰陽(yáng)離子的協(xié)同作用較大程度地改善手性分離性能,比如增加對(duì)映選擇性、改善手性選擇劑親水性、改善樣品吸附、調(diào)控運(yùn)行緩沖溶液離子強(qiáng)度等。

圖 3 聚多巴胺/磺化-β-環(huán)糊精修飾的金納米粒涂層開(kāi)管柱組裝示意圖[59]Fig. 3 Schematic diagram for the preparation of PDA/S-β-CD@AuNPs coated OT column[59] PDA: polydopamine; S-β-CD: sulfated-β-cyclodextrin; AuNPs: gold nanoparticles; OT: open tubular; DA: dopamine; APS: ammonium persulfate; Tris-HCl: tris(hydroxymethyl)aminomethane-hydrochloric acid buffer.

此外離子液體還有一些較為零散的應(yīng)用模式,如Wang等[49]報(bào)道了一種離子液體介導(dǎo)的非水解溶膠-凝膠法用于制備分子印跡雜化硅膠整體柱,在CEC模式下成功用于佐米曲普坦對(duì)映體的分離。離子液體的介入可以顯著改善整體柱的多孔性能,從而提高其對(duì)映選擇性。Stavrou等[50]利用烷基咪唑類離子液體的高助溶性,成功制備了基于纖維素類手性固定相的涂層柱,在開(kāi)管毛細(xì)管電色譜(OT-CEC)模式下成功分離了硫噴妥鈉及索他洛爾對(duì)映體。

1.2 基于納米材料的CE手性分離體系

納米材料一直是分析化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[51-54]。在CE手性分離工作中,研究人員也一直熱衷于探索納米材料的各種應(yīng)用模式,其中一種是將傳統(tǒng)手性選擇劑與納米材料結(jié)合。比如Yang等[55]將巰基-β-CD共價(jià)鍵合在金納米粒上作為手性選擇劑,與單一巰基-β-CD相比可以顯著改善二硝基苯基氨基酸的分離結(jié)果。Liu等[56]將鏈霉素修飾的金納米粒作為手性選擇劑用于腎上腺素等手性化合物的分離,可以在較低手性選擇劑濃度條件下獲得較高的分離度,同時(shí)還可以抑制鏈霉素在毛細(xì)管內(nèi)壁的吸附。

納米材料近年在CE手性分離領(lǐng)域中另一個(gè)較為熱門(mén)的研究方向是與傳統(tǒng)手性選擇劑有機(jī)結(jié)合構(gòu)建CEC分離體系。如Guo等[57]通過(guò)層層組裝技術(shù),將金納米粒子鍵合于預(yù)先經(jīng)(3-巰丙基)三甲氧基硅烷處理的毛細(xì)管內(nèi)壁,再在金納米層表面修飾巰基-β-CD,成功制備一種新型OT-CEC柱,對(duì)美普他酚及其3個(gè)中間體表現(xiàn)出較高的對(duì)映體選擇性。該課題組[58,59]隨后又提出兩種策略,即在石英毛細(xì)管內(nèi)壁依次修飾聚多巴胺(PDA)-金納米粒-磺化-β-CD或PDA-金納米粒-PDA/磺化-β-CD的組裝機(jī)制(見(jiàn)圖3),成功地在OT-CEC模式下,實(shí)現(xiàn)了一系列氨基酸、β2受體激動(dòng)劑等手性分子的分離。此外,在一些最新的文獻(xiàn)中,羧甲基-β-CD修飾的Fe3O4磁性納米粒子[60]、β-CD修飾的Fe3O4磁性納米粒子以及單-6-去氧-6-(1-甲基咪唑)-β-CD修飾的Fe3O4磁性納米粒子[61]、胃蛋白酶修飾的介孔硅納米材料都被成功地用于制備CEC柱[62],均表現(xiàn)出較好的手性分離性能。

1.3 基于MOF材料的CE手性分離體系

MOF材料既不同于無(wú)機(jī)多孔材料,也不同于常規(guī)有機(jī)配合物。MOF兼有有機(jī)材料的柔性特征和無(wú)機(jī)材料的剛性,在現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等各領(lǐng)域已經(jīng)呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿63]。目前MOF材料在CE手性分離方向也出現(xiàn)了一定數(shù)量的文獻(xiàn)報(bào)道。如Pan等[64]以ZnO為成核劑,在毛細(xì)管內(nèi)壁原位制備并涂布[Zn(s-nip)2]n型手性MOF材料,在OT-CEC模式下用于腎上腺素等化合物的對(duì)映體分離,涂層柱連續(xù)使用100次后分離效率無(wú)明顯衰減,柱與柱之間重現(xiàn)性較好。Sun等[65]將HKUST-1型MOF修飾于毛細(xì)管內(nèi)壁,以羧甲基-β-CD為手性選擇劑,在CEC模式下分離了一系列β-受體阻滯劑對(duì)映體。相比于無(wú)MOF涂層的EKC模式,手性化合物的分離可以得到顯著改善。Ding等[66]以聚甲基丙烯酸縮水甘油酯-co-二甲基丙烯酸乙酯整體柱(GMA M-CEC)為載體,利用層層組裝機(jī)制,將沸石咪唑酯骨架-8 (ZIF-8)型MOF修飾在固定相表面,并進(jìn)一步將胃蛋白酶作為手性選擇劑共價(jià)鍵合在MOF材料上,與缺少M(fèi)OF材料、直接在整體柱基質(zhì)上修飾胃蛋白酶相比,氯喹、奈福泮、氨氯地平等一系列手性藥物的分離度可以得到較大程度的提高(見(jiàn)圖4)。

1.4 其他代表性CE手性分離體系

低共熔溶劑(deep eutectic solvents)是指由一定比例的氫鍵受體(如季銨鹽類)和氫鍵供體(如酰胺類、羧酸類和多元醇類化合物)配伍而成的兩組分或多組分混合物,其凝固點(diǎn)顯著低于各個(gè)組分純物質(zhì)的熔點(diǎn)。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑相比,低共熔溶劑具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、易制備、生物可降解等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在材料、化工、電化學(xué)等領(lǐng)域受到了大量關(guān)注[67,68]。在最新的文獻(xiàn)報(bào)道中,出現(xiàn)了以低共熔溶劑作為添加劑用于CE手性分離的報(bào)道。Mu等[69]將氯化膽堿分別與尿素、乙二醇、丙二醇、丁二醇配伍獲得4種低共熔溶劑,在CZE模式下添加到以β-CD為手性選擇劑的分離體系中,可以顯著改善佐匹克隆、沙丁胺醇、氨氯地平等藥物對(duì)映體的分離,證實(shí)了低共熔溶劑與手性選擇劑之間的協(xié)同作用。

非連續(xù)分段式部分填充CE技術(shù)(plug-plug partial filling CE)是一種較為新穎、靈活的分離模式。與CEC不同,該模式是在部分填充技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)設(shè)計(jì),在毛細(xì)管內(nèi)部分段式引入兩段(或多段)分離介質(zhì),不同介質(zhì)間互不干擾而又充分發(fā)揮自身功能,在CE手性分離中表現(xiàn)出一定的發(fā)展?jié)摿70]。如Chalavi等[71]在毛細(xì)管中預(yù)先填充兩段包含不同手性選擇劑(分別為CD和麥芽糊精)的分離介質(zhì),形成兩段獨(dú)立的分離介質(zhì)塞(plugs),每段分離介質(zhì)塞各司其職,分離各自所適合的手性化合物。與單獨(dú)使用任意一種手性選擇劑的常規(guī)CZE體系相比,此模式的對(duì)映體識(shí)別范圍顯著擴(kuò)大。Chalavi等[71]進(jìn)一步對(duì)比了該模式和CD、麥芽糊精二元混合體系的分離效果,發(fā)現(xiàn)這種分段式的分離介質(zhì)可以有效地避免手性選擇劑之間相互干擾,對(duì)映選擇性也相應(yīng)得到了明顯提升。

CE靈活的操作模式使得分析研究人員可以設(shè)計(jì)并構(gòu)建新穎、高效的手性分離體系。除上述提到的分離模式之外,還有大量同樣優(yōu)異的CE手性分離體系的文獻(xiàn)報(bào)道,如多元手性選擇劑體系[72,73],基于分子印跡材料的手性分離體系[74,75]、基于超分子自組裝的蛋白膜涂布毛細(xì)管電色譜[76]、二元手性配體交換毛細(xì)管電色譜[77]、基于質(zhì)量源于設(shè)計(jì)(quality by design)的手性分離體系[78,79]等,都極大地拓展了CE技術(shù)在手性分離領(lǐng)域的應(yīng)用思路。

圖 4 (a)ZIF-8@GMA整體柱和(b)胃蛋白酶修飾的ZIF-8@GMA整體柱制備示意圖[66]Fig. 4 Scheme for the preparation of (a) ZIF-8@GMA monolithic column and (b) pepsin-ZIF-8@GMA monolithic column[66]ZIF-8: zeolitic imidazolate framework-8; GMA: poly(glycidyl methacrylate).

2 手性識(shí)別機(jī)理

CE手性識(shí)別機(jī)理,尤其是分子水平手性受體-配體非共價(jià)相互作用機(jī)制的闡述一直是CE手性分離領(lǐng)域較為薄弱的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代手性識(shí)別機(jī)理的研究熱點(diǎn)已經(jīng)由傳統(tǒng)的基于色譜或電泳法的熱力動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?向基于現(xiàn)代光譜技術(shù)及計(jì)算機(jī)分子模擬技術(shù)的計(jì)算模式轉(zhuǎn)變[80,81]。如利用核磁共振的NOESY譜(nuclear overhauser effect spectroscopy)和ROESY譜(rotating-frame overhauser enhancement spectroscopy)可以獲得信息量更為豐富的手性受體-配體復(fù)合物立體結(jié)構(gòu)信息,尤其是通過(guò)質(zhì)子間核極化效應(yīng)(NOE)效應(yīng)來(lái)推斷手性選擇劑官能團(tuán)與對(duì)映體分子間的相互作用機(jī)制。Krait等[82]基于核磁共振技術(shù),利用ROESY譜信息研究了美托咪定與一系列天然及陰離子型CD之間的作用模式和包合方式,從分子水平上模擬并解釋了不同CD拆分美托咪定表現(xiàn)出不同對(duì)映選擇性,甚至改變對(duì)映體出峰順序的原因。

計(jì)算機(jī)分子模擬技術(shù)可用于研究CE手性識(shí)別過(guò)程中受體-配體之間的作用類型、作用位點(diǎn)以及作用強(qiáng)度,并基于結(jié)合自由能(ΔG)等評(píng)價(jià)參數(shù)驗(yàn)證或預(yù)測(cè)手性分離結(jié)果。如Sun等[83]利用分子對(duì)接技術(shù),研究了乳糖酸四甲基銨鹽手性離子液體和克林霉素磷酸酯構(gòu)建的二元拆分體系的手性識(shí)別機(jī)制,以結(jié)合自由能之差(ΔΔG)為評(píng)價(jià)參數(shù)計(jì)算并驗(yàn)證了二元協(xié)同拆分體系與單一手性選擇劑拆分體系的對(duì)映選擇性差異,所得到的計(jì)算模擬結(jié)果與CE手性分離實(shí)際結(jié)果基本一致。

3 應(yīng)用

近年來(lái),研究人員依托手性CE技術(shù),以高分離效率、高選擇性、高靈敏度、短分析時(shí)間為目標(biāo),在藥物分析、生物分析、食品分析、環(huán)境分析、法醫(yī)分析等領(lǐng)域報(bào)道了大量關(guān)于實(shí)際樣品分析應(yīng)用的文章。從總體上看,EKC是這些實(shí)際應(yīng)用工作的主要CE操作模式。在手性選擇劑的選擇方面,環(huán)糊精衍生物依然占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位,其次是多糖和抗生素類手性選擇劑。檢測(cè)器方面,商用紫外檢測(cè)器(UV)使用比例最高,當(dāng)面對(duì)極低濃度的生物樣品、環(huán)境樣品、法醫(yī)樣品(如毛發(fā))等分析物時(shí),研究人員通常利用前處理富集技術(shù)、毛細(xì)管在線富集技術(shù)等手段提升分析方法的靈敏度。此外,激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器(LIF)及CE-MS技術(shù)也常用于此類極低濃度樣品的分析。如Patel等[84]結(jié)合大體積樣品堆積技術(shù)(LVSS)和CE-LIF檢測(cè)手段,成功地在單神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)了亞皮克級(jí)別(sub-pg)天冬氨酸及谷氨酸對(duì)映體的分離及檢測(cè)(見(jiàn)圖5)。

由于篇幅限制,本文將不再一一介紹具體的應(yīng)用工作,文章的最后筆者羅列了一些近期代表性綜述類文章,涉及理論、機(jī)理、應(yīng)用、各類分離模式等各方面,供CE手性分離研究方向的讀者參考使用(見(jiàn)表1)。

圖 5 CZE-LIF模式和LVSS-CE-LIF模式性能對(duì)比[84]Fig. 5 Comparison of capillary zone electrophoresis-laser induced fluorescence detector (CZE-LIF) and LVSS (large-volume sample stacking)-CE-LIF performance[84] a. CZE-LIF electropherogram from the analysis of D- and L-Asp, and D- and L-Glu by CZE. b. CZE-LIF electropherogram from the analysis of D- and L-Asp, and D- and L-Glu by LVSS. c. current profiles for CZE and LVSS separations (n=3 for each method). d. representative electropherogram from the analysis of a single neuron from the F-cluster of the cerebral ganglion. Conditions: buffer, 60 mmol/L 2-(morpholino)-ethanesulfonic acid (pH 6.0), 10 mmol/L KBr, 0.011% quaternary ammonium β-CD; applied voltage, -26 kV; temperature, 18 ℃. Peaks identification: 1. L-Asp; 2. D-Asp; 3. D-Glu; 4. L-Glu.

表 1 近期手性CE領(lǐng)域部分代表性綜述文章

4 結(jié)論與展望

從最新的文獻(xiàn)報(bào)道可以明顯看出,將各式各樣的新型材料(advanced materials)引入到CE中構(gòu)建各類修飾、協(xié)同分離體系是近年來(lái)的熱點(diǎn)研究方向。隨著材料科學(xué)的高速發(fā)展和學(xué)科交叉的不斷滲透,可以預(yù)計(jì)此研究方向(基于新型材料的CE手性分離體系)還將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持熱度。在CE分離模式的選擇方面,各類CEC體系的報(bào)道呈現(xiàn)顯著增多的趨勢(shì),如利用納米粒、MOF、分子印跡等材料獨(dú)特的尺寸效應(yīng)、多樣性、可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn),構(gòu)建各類M-CEC或OT-CEC體系。然而從總體上看,目前此類工作的研究依然處于探索階段,尤其在實(shí)際應(yīng)用方面與CZE、EKC等相對(duì)更加成熟的手性分離模式相比還有較大差距。究其原因,一方面可能是由于合成、制備等實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性,另一方面此類相對(duì)復(fù)雜的CE體系會(huì)導(dǎo)致批次之間的重復(fù)性難以得到有效保證,從而一定程度地限制了此類CE手性分離體系的廣泛開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

手性CE技術(shù)于20世紀(jì)80年代誕生,經(jīng)歷了20世紀(jì)90年代的迅猛發(fā)展和21世紀(jì)00年代的平穩(wěn)過(guò)渡。在剛剛過(guò)去的21世紀(jì)10年代,我們可以看到CE手性分離領(lǐng)域的累累碩果,但也必須認(rèn)識(shí)到現(xiàn)階段它還不能取代HPLC等其他色譜技術(shù)在多個(gè)分離分析領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。分離分析技術(shù)所追求的目標(biāo)是高效、準(zhǔn)確、靈敏、穩(wěn)定、低耗、快速、簡(jiǎn)便和環(huán)保。在這些指標(biāo)當(dāng)中,CE擁有高效率,低消耗等天然優(yōu)勢(shì),但在穩(wěn)定性、靈敏度等方面相較于現(xiàn)代HPLC、GC等技術(shù)還稍有距離。筆者認(rèn)為研究人員在未來(lái)的CE手性分離工作中應(yīng)該多從實(shí)際應(yīng)用的角度去發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題,尤其是充分利用現(xiàn)代分析科學(xué)和信息技術(shù)在手性識(shí)別機(jī)理方面取得突破,進(jìn)而指導(dǎo)CE手性分離工作。相信在每一個(gè)CE領(lǐng)域工作者的智慧結(jié)晶中,手性CE,乃至整個(gè)CE技術(shù)還會(huì)迎來(lái)下一輪蓬勃發(fā)展。