一 仪器基本结构

CE和CEC在常规毛细管电泳仪上进行，在一根长10-100cm，内径10-100μm的毛细管柱中充入缓冲液，柱两端置于两个缓冲液池中，每个缓冲液池分别接有铂电极，与高压电源相连。试样从毛细管一端进入，迁移到另一端的检测器位置接受检测。运行时两个缓冲池中缓冲液的液面应保持在同一水平面，且毛细管柱两端应插入液面下同一深度，以避免柱两端产生压差引起溶液的流动。

二 进样系统

毛细管分离通道十分细小，整个柱体积一般只有4-5μL，所需的试样区带只有几纳升。常规色谱进祥方法由于存在较大的死体积，会使CEC分离效率严重下降，因此不适用于CEC。毛细管电泳的进样方式一般是将毛细管的一端从缓冲液移出，放入试样瓶中，使毛细管直接与试样接触，然后由重力、电场力或其他动力来驱动试样流入管中。进样量可以通过控制驱动力的大小或时间长短来控制。CE进样技术均适用于CEC。

目前有三种方法可以让试样直接进入毛细管，即电动法、压力法和浓差扩散法。电动进样法的原理为：当把毛细管的进样端入试样溶液并加上电场时，组分因电迁移和电渗作用进入管内。电动进样对毛细管内填充介质没有特别限制，可实现自动化操作，是常用的进样方法。但电动进样对组分存在进样歧视现象，即对淌度大的组分进样量要大些。压力进样也称流动进样，它要求毛细管中的填充介质具有流动性，比如溶液等。当将毛细管的两端置于不同的压力环境中时，管中溶液即能流动，将进样带入。压力的产生有三种方法，即正压、负压和重力虹吸作用。压力进样没有进样歧视问题，但选择性差，试样及本底溶剂都同时被引进管中，对后续分离性能产生影响。利用浓度差扩散原理同样可将试样分子引入毛细管。当将毛细管插入试样溶液时，试样分子因管口界面存在浓差而向管内扩散。浓差扩散进样时间在10-60s之间，扩散进样对管内介质没有任何限制，属普适性进样方法。

三 电源及其回路

电流回路系统包括高压电源、电极、电极槽、导线和电解质缓冲溶液等。CE和CEC一般采用0~±30kV连续可调的直流高压电源。理想的电源应具备：

(1)能输出单极直流高压（一端接地）；

(2)电压、电流、功率输出模式任意可选；

(3)能控制电压、电流或电功率的梯度；

(4）电压输出精度应高于1%。

CE的电极通常由直径0.5-1mm的铂丝制成。电极槽，即缓冲液瓶，通常是带螺口的小玻璃瓶或塑料瓶（(1-5mL不等），要便于密封。缓冲液内含电解质，充于电极槽和毛细管中，通过电极、导线与电源连通，一同构成整个电流回路。

在仪器操作过程中，必须注意高压的安全保护问题。高压容易放电，尤其在空气湿度较大时。商品化仪器通常有自锁控制，在漏电、放电、突发高电流或高电压等危险情况下，高压电源会自动关闭。为了防止高压放电，必须保持仪器所在环境干燥。

四 毛细管及其温度控制

毛细管是CE分离的核心。理想的毛细管应该电绝缘、透紫外光、良好的热传导性、化学惰性和高的机械强度和柔韧性。熔融石英毛细管在CE中应用最广泛，熔融石英拉制得到的毛细管很脆，易折断，一般在外表面涂有聚酰亚胺保护层，使之变得富有弹性，不易折断。自前商品化CE毛细管主要是这种类型。PEEK毛细管由于其良好的化学惰性、生物相容性、pH1-14范围内极高的稳定性在CE中也有应用。

CE是在高电场下进行分离，实现高电场的关键是使用内径较小的毛细管，内径越小，表面积／体积比越大，散热效果越好。但是，内径小，试样负载小，增加检测困难，也增加进样、清洗等操作上的困难。一般使用的毛细管柱内径在25-100μm之间，目前最常用的是50μm和μ两种。

CE采用柱上或在线检测，常用紫外吸收检测法。而毛细管外表面的聚酞酰亚胺涂层不透明，所以检测窗口部位的外涂层必须剥离除去，剥离长度通常控制在2-3mm之间，涂层剥离方法有硫酸腐蚀法、灼烧法、刀片刮除等。

在电泳过程中，由于存在焦耳热效应，毛细管内会产生径向温度梯度，另外气温的变化还会导致分离重现性差。为解决这些问题，需将毛细管置子温度可调的恒温环境中。商品仪器大多有温度控制系统，主要采用风冷和液冷两种方式。

毛细管内表面的性质直接影响电渗流的大小和方向，同时管壁与被分析物相互作用可能产生不可逆吸附。分离大分子蛋白尤其严重，会造成试样回收率降低、基线不稳、重现性变差。一般采用物理吸附或化学键合两种方式形成毛细管内壁涂层，对石英毛细管进行改性或修饰，可有效控制电渗流、抑制吸附进而优化分离。物理吸附涂层稳定性和重现性较差，但涂渍方法简单，制作容易。化学键合采用有机硅烷与毛细管内壁的硅轻基键合反应，得到稳定性较好的键合涂层。

五 检测系统

高灵敏度和多种类型检测器的研制是促进CE和CEC发展的重要因素，目前常用的有紫外、荧光、化学发光、电化学和质谱检测器等，列出了它们各自适用范围和检出限。

紫外检测器应用最为广泛，是大多数商品仪器的主要检测手段。一般采用柱上检测方式，其结构简单，操作方便，仅需在毛细管的出口端适当位置上除去不透明的弹性保护涂层、让透明部位对准光路即可。由于毛细管直径极小，光程短,HPLC用紫外检测器的灵敏度往往不够，可以在人射光方向加一优质石英聚光球，从而将灵敏度提高一个数量级以上。将毛细管检测部分制成“Z”字形、加热吹成泡状、采用扁形毛细管或通过拼接换成大管等方法也是提高检测灵敏度的技术措施。

荧光检测器是CE和CEC所用的另一类已商品化的检测器，和紫外检测器相比，荧光检测器的检出限可降低3-4数量级，是一类高灵敏度和高选择性的检测器，适合于痕量分析。普通荧光检测器采用氘灯（低波长UV区）、氙弧灯(UV到可见光区）和钨灯（可见光区）作为激发光源。

激光诱导荧光检测器（laser-inducedfluorescencedetector,LIF）采用激光作为激发光源，激光的单色性和相干性好、光强高，能有效地提高信噪比，从而大幅度地提高检测灵敏度。目前常用的LIF多采用氢离子激光器作为激发光（488nm)，一般有很好的荧光量子产率。荧光检测是痕量生物活性和药物成分分析的有效技术，但缺乏荧光特性的试样需要衍生化，因此荧光检测是一种非普适性方法。

电化学检测器与光学检测方法相比，质量检出限低，线性范围宽，选择性好，而且响应不依赖于光路的长度，可用于极细的毛细管。目前，电化学检测应用的方法有电位法、电导法和安培法等。其中，安培检测是最灵敏的检测方式之一，但不像UV或荧光检测那样易用于CE。CE安培检测面临的主要问题之一就是如何克服高压回路中电流对检测的影响，因为在毛细管两端施加的电压一般比要测量的电化学电流大6个数量级以上，因此必须将CE与安培检测系统进行电隔离，一般采用联结接口，以分隔分离毛细管与检测毛细管。质谱检测器（massspectraldetector,MS）能提供丰富的结构、质量信息，它与气相色谱、高效液相色谱的联用已成为测定复杂混合物中化合物的相对分子质量和结构信息的一个极其有用的工具。CE和CEC由于体积流速小，因此较之HPLC更容易和质谱联用，目前已有商品化仪器。质谱作为CE和CEC检测手段均采用柱后检测方式，在毛细管柱出口处外部涂导电层，然后装入电喷雾接口，解决了毛细管电流回路与连入问题。受质谱技术限制，CE和CEC流出物不得含有高盐和表面活性剂成分，最好是易挥发性缓冲液。电喷雾离子源的一个重要特点是使蛋白质离子化形成多电荷离子，通过测定质荷比可使用一般质量范围的质谱仪器测定高相对分子质量蛋白质。CE/MS在肤链序列、蛋白结构及相对分子质量测定等方面已取得重要进展，是当今生物大分子结构研究极具发展潜力的技术之一。