柱前衍生—酸诱导瞬时等速堆积柱上富集毛细管电泳法测定巯基化合物

黄征+张红医

摘要 建立了柱前衍生-酸诱导瞬时等速堆积柱上富集毛细管电泳测定巯基化合物的方法。在Tris-HCl缓冲溶液（pH=8.15）中， 巯基化合物与2-氯-1-甲基碘化吡啶在室温条件下反应10 min；随后，将反应混合物引入到充满40 mmol/L甲酸盐背景电解质溶液（pH=3.96）的毛细管柱内；最后，向毛细管柱中引入适量稀H2SO4溶液。当在毛细管柱两端施加正向电压时，衍生的巯基化合物就会经瞬时等速堆积电泳过程而发生富集，其中前导和尾随离子分别为H+和Tris+。以半胱氨酸和巯基乙酸为分析对象，检测波长设为312 nm，优化了酸诱导瞬时等速堆积柱上富集的各种实验条件。在最佳条件下，半胱氨酸和巯基乙酸的线性范围分别为10～100 mg/L和4～100 mg/L，检出限分别为0.2和0.4 mg/L。本方法用于脱毛膏中巯基乙酸的测定， 结果令人满意。

关键词 巯基化合物； 半胱氨酸； 巯基乙酸钠； 柱前衍生； 柱上富集； 毛细管电泳

2015-12-28投稿；2016-04-22接受

本文系河北省自然科学基金（No. B2013201234）资助

E-mail： hyzhang@hbu.edu.cn

1 引 言

巯基化合物在生理学和病理学[1～6]、化工生产[7，8]和食品生产[9]等方面具有重要价值。对于缺少生色团的低分子量巯基化合物，在紫外区的摩尔吸光系数较小，其信号常被样品中共存组分的吸收信号淹没，因此检测这类无生色团的巯基化合物通常采用色谱类方法将其与共存物分离后再检测，诸如反相高效液相色谱[10，11]、毛细管电泳法（CE）[12]等。

毛细管电泳-紫外分析法（CE-UV）已用于化妆品中巯基乙酸的检测[12]，但巯基乙酸常与其它成分相伴出现在电泳图中，对巯基乙酸的测定会有一定程度的影响。金纳米粒子可选择性地与巯基化合物发生相互作用，所以经金纳米悬浮液处理后，样品中的巯基化合物可得到有效净化，避免了共存组分对巯基化合物CE-UV检测的干扰[13，14]。但该法吸附和解吸附巯基化合物均要耗时1 h以上。文献报道了一种基于2-氯-1-甲基喹啉四氟硼酸盐衍生反应的瞬时等速电泳测定巯基化合物的方法，但该试剂需自行合成并提纯[15～17]。

本研究选择巯基乙酸和半胱氨酸作为目标分子，将巯基化合物的柱前衍生和柱上富集毛细管电泳分离检测结合，建立了巯基化合物的高灵敏度快速测定方法。2-氯-1-甲基碘化吡啶（CMPI）与巯基化合物可在室温及pH=8.15的Tris-HCl缓冲溶液中快速反应[18]，该产物可与酸诱导柱上富集毛细管电泳方法相契合。巯基乙酸是脱毛膏化妆品的重要成分，利用本方法对脱毛膏样品中巯基乙酸含量进行了测定。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

Beckman P/ACE MDQ毛细管电泳系统（Beckman， Fullerton， CA，USA）。紫外检测器及32karat色谱工作站。石英毛细管（60.2 cm×75 μm ×10 cm，河北邯郸瑞丰色谱配件厂）。紫外可见分光光度计（上海优尼柯公司）。

除2-氯-1-甲基碘化吡啶（CMPI， >98%，上海梯希爱化成工业发展有限公司）以外，其它试剂均为分析纯。巯基乙酸钠 （TGA，上海阿拉丁生化科技股份有限公司），L-半胱氨酸 （Cys，Amresco分装）。脱毛膏购自本地超市。

2.2 实验方法

在10 mL比色管中依次加入2 mL Tris-HCl缓冲液（pH=8.15）、2 mL Cys和TGA混合标准溶液（或样品溶液）、1 mL CMPI（10 mmol/L）溶液，然后涡旋30 s，并在室温下放置10 min。该溶液供毛细管电泳分析使用。

0.25 g脱毛膏与10 mL水超声提取15 min，依次经过离心、过膜、稀释10倍处理后，进行上述衍生反应。

2.3 电泳条件及HPLC条件

毛细管柱在使用前，依次用0.1 mol/L HCl、蒸馏水、0.1 mmol/L NaOH和背景电解质冲洗。两次运行间，分别用0.1 mol/L NaOH冲洗2 min和背景电解质冲洗4 min。分离电压10 kV，检测波长312 nm，温度为25℃，运行缓冲溶液为40 mmol/L甲酸盐溶液（pH=3.96）。压力进样（0.5 psi×20 s），诱导酸的导入（0.5 psi×11 s）。

HPLC条件： 色谱仪： LC-20A HPLC（Shimadzu， Japan）； 耐酸色谱柱： Diamonsil C18 HPLC柱（250 mm × 4.6 mm，5 μm，迪马公司）； 流动相： 乙腈 + 0.01 mol/L KH2PO4（10∶90， V/V， pH 2.5）； 流速： 1.0 mL/min； 检测波长： 215 nm； 柱温： 30℃； 进样量： 20 。

分 析 化 学第44卷

第7期黄 征等： 柱前衍生-酸诱导瞬时等速堆积柱上富集毛细管电泳法测定巯基化合物

3 结果与讨论

3.1 衍生反应及检测波长

CMPI与巯基化合物在弱碱性条件下反应生成硫醚类衍生物[19]。据此，TGA和Cys与CMPI存在如下化学反应：

图1为TGA、Cys、衍生试剂CMPI、TGA-R+过量CMPI以及Cys-R+过量CMPI的紫外光谱图（均以水为参比）。未经衍生反应处理的TGA和Cys，在200～400 nm范围内没有明显吸收峰。衍生试剂CMPI在227和 272 nm附近存在明显吸收。TGA-R+过量CMPI和Cys-R+过量CMPI分别有两个吸收峰，分别位于227和312 nm附近，且衍生试剂和未衍生的TGA 和Cys三者均在312 nm没有吸收信号。因此，最佳检测波长为312 nm。

3.2 酸诱导柱上富集毛细管电泳条件优化

3.2.1 酸诱导柱上富集的流程 在样品引入到毛细管柱前[20]或后[21～23]引入适量酸，是毛细管柱富集的两种方式，为此考察了直接进样（如图2b）、先引入适量H2SO4再进样（如图2c）、以及先进样再引入适量H2SO4（图2a）3种情况下，TGA和Cys的分离情况。

由图2a可见，通过酸诱导柱上富集， TGA和Cys被成功的分离富集。图3给出这种富集过程的一般流程： 第一步（如图3A），背景电解质充满毛细管柱； 第二步（图3B），压力进样法将Cys-R与TGA-R引入到毛细管中； 第三步（图3C），压力进样法引入适量H2SO4； 第四步（图3D），施加一定的电压实现瞬时等速富集和分离； 第五步，瞬时等速和分离（图3E）。由于H+的迁移速度快，可扫过样品区带，因此剩余的H+起到了前导电解质作用， 而被H+质子化的Tris+起尾随电解质作用，衍生试剂、Cys-R、TGA-R的淌度均在二者之间，从而达到瞬时等速电泳的效果，实现柱上富集与分离。

3.2.2 酸的种类的影响 为了比较不同种类诱导酸的分离效果，分别选择了150 mmol/L HCl， H3PO4和H2SO4作为诱导酸进行了实验。由图4可见，HCl和H3PO4作为诱导酸时，不能实现Cys-R与TGA-R的分离； 诱导酸为稀H2SO4时，可实现Cys-R与TGA-R的分离，且分离度有显著提高。

由于诱导酸中H+移动速度快，所以可快速进入到样品区发生中和反应。

过剩的H+既起到前导电解质的作用，又可降低样品区的pH值，使分析物呈正电荷形式。诱导酸的缓冲容量和可提供的H+数量，是决定富集和分离的重要因素。本研究选择稀H2SO4为诱导酸。

3.2.3 酸引入时间及酸浓度的影响 保持样品进样量（0.5 psi × 20 s）和分离电压（10 kV）恒定，考察了稀H2SO4（150 mmol/L）的不同引入时间对分离度（R=2[t（TGA-R）-t（Cys-R）]/（W（TGA-R）+W（Cys-R）））的影响。当稀H2SO4引入时间在7.5～11.0 s内变化时，Cys-R与TGA-R两峰的分离度随酸引入量的增加而增大； 当稀H2SO4的引入时间在11.0～15.0 s内变化时，两峰的分离度基本上保持不变。当酸引入时间较短时，滴定样品区后过剩的H+也会使样品区的酸度提高，但还不足以使两分析物呈现完全质子化的形式； 随着酸引入时间的进一步延长，样品区酸度进一步加大，分析物呈完全质子化的形式，分离度达到最大。以下实验稀H2SO4的引入时间均为11 s。

在其它分析条件保持不变的前提下，考察了诱导酸稀H2SO4浓度对分离度的影响。当H2SO4浓度小于130 mmol/L时，Cys-R与TGA-R的分离度为零； 当H2SO4浓度在130～180 mmol/L范围内变化时，Cys-R与TGA-R分离度在2.0～2.5范围内变化，且当H2SO4浓度为150 mmol/L时，两峰的对称性均很好。H2SO4浓度过低时，由于不能提供过剩的H+，不满足柱上富集的条件； 而H2SO4浓度过高时，会增加中和反应的速度，加剧运行过程中热量的产生，局部湍流而使峰展宽。因此，H2SO4浓度选择为150 mmol/L。

3.3 方法评价和样品测定

表1为TGA和Cys的线性范围、检出限及精密度等评价指标。以工作曲线法进行定量测定，校正峰面积（峰面积与迁移时间的比值，A/t）与分析物浓度TGA（4～100 mg/L）和Cys（10～100 mg/L）之间呈良好的线性关系（r=0.998），TGA和Cys的精密度在1.3%～4.8%之间，检出限分别是0.4和0.2 mg/L。

应用本法测定了3种脱毛膏样品中TGA，结果见表2。测得处理后的样品溶液中TGA浓度在8.9～17.7 mg/L之间，折合为脱毛膏样品中巯基乙酸钙含量为1.2%，3.6%，2.7%，符合TGA含量小于5%的要求[24]。加标回收率在90%～104%之间。图5A为应用本方法测定TGA和Cys标准混合物的电泳图、脱毛膏的电泳图及添加TGA后脱毛膏的电泳图； 图5B为按文献[25]测定脱毛膏中TGA的HPLC图。本方法分析时间短、电泳图更简单； 而HPLC法分析时间长，且TGA峰会受到共存物干扰而影响测定。这表明本方法在巯基化合物检测方面具有一定的应用潜力。

4 结 论

建立了CMPI柱前衍生-酸诱导毛细管瞬时等速富集法测定巯基化合物的方法。本方法所选用的商用衍生试剂价格低、反应条件温和、室温下快速定量反应，衍生产物为阳离子，故易于与后续电泳条件相契合实现酸诱导柱上富集。本方法具有简单、快速、准确等优点，可用于实际样品的分析。

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Abstract A new method was developed for the determination of mercapto compounds by pre-column derivatization combined with acid-induced transient isotachophoretic stacking capillary electrophoresis. Mercapto compounds were derivatized with 2-chloro-1-methylpyridinium iodide （CMPI） in Tris-HCl buffer solution at pH 8.15 at room temperature. The derivatized mercapto compounds were introduced into the capillary filled up with 40 mmol/L formate buffer （pH=3.96）， followed by injection of diluted sulfuric acid. Upon application of voltage at normal polarity， the derivatized mercapto compounds were preconcentrated due to transient isotachophoresis stacking electrophoresis with H+ as the leading ion and Tris+ as the terminating ion. The detection wavelength was set at 312 nm. Cysteine and sodium thioglycolate were chosen as the models of mercapto compounds to be detected. Various experimental factors influencing transient isotachophoresis stacking were investigated. Under the optimal conditions， the linear relation between peak area and concentration was obtained in the range from 10 mg/L to 100 mg/L for cysteine， and from 4 mg/L to 100 mg/L for sodium thioglycolate. The LODs were 0.2 mg/L and 0.4 mg/L for cysteine and sodium thioglycolate， respectively. The developed method was successfully applied to the determination of thioglycolate in depilatory cream samples.

Keywords Mercapto compounds； Cysteine； Sodium thioglycolate； Pre-column derivation； On-column enrichment； Capillary electrophoresis