石墨烯类材料在毛细管电泳中的应用新进展
由于石墨烯类材料具有独特的物理化学性质，因而在生命分析、化学分析等领域得到了广泛的应用。本文结合国内外文献对石墨烯类材料在毛细管电泳中的应用进展及相关探索研究进行了评述，包括修饰电化学检测电极、制备毛细管整体柱、修饰毛细管内壁及毛细管芯片等，并对其在毛细管电泳中的应用方向进行了展望。
石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新型纳米材料，其碳原子以sp2杂化构成单原子层二维六方蜂巢状晶体，厚度仅为0.35 nm，比表面积约为2630 m2/g。自2004年Geim 等首次成功制备石墨烯以来，由于其具有独特的纳米结构、比表面积大、稳定性强以及良好的导电性等性能，在物理、化学、生物及医药等方面受到广泛的关注。近年来，石墨烯类材料在样品前处理技术、传感技术、荧光分析及质谱分析等领域中的应用研究也备受关注，而石墨烯类材料在色谱领域的应用研究仍处于探索阶段。
由于毛细管电泳技术具有高效、快速和微量等优点，在生物、医学、药物及环境分析等方面得到了广泛应用。从文献报道来看，毛细管电泳技术不仅能够实现对石墨烯类材料的分离检测，同时也为石墨烯类材料的应用提供了一定的空间，如利用石墨烯类材料(包括石墨烯、氧化石墨烯及其相关的复合材料)修饰电化学检测电极、制备毛细管整体柱、修饰毛细管柱及芯片等方面。本文结合国内外文献就石墨烯类材料在毛细管电泳中的应用最新进展进行介绍。
1、石墨烯对毛细管电泳中电化学检测器电极的修饰
毛细管电泳中电化学检测器电极的灵敏度对分析结果具有重要的影响，对电极进行修饰改进可以提高其导电性及灵敏度，从而实现对目标物高灵敏分析。Chen等结合石墨烯优越的物理化学性质，利用聚合物聚合的方法，将石墨烯与不同聚合物制备成复合电极，并应用于毛细管电泳-安培检测，分别对鱼腥草、老鹤草和红景天等天然产物中的活性成分进行了分析; 该方法对检测物质具有稳定的电流响应值，其稳定性的RSD 值为2.9%～ 4.0%( n= 15) ，且具有检出限低、分辨率高以及电催化活性等优点。基于上述电极检测方法，芦丁异槲皮苷、槲皮苷和绿原酸的检出限分别为41.4、31.8、38.2 和65.5 μg /mL，在鱼腥草中的含量分别为1.256、0.399 4、4.901 和1.179 mg /g; 红景天苷、酪醇的检出限分别为0.24 μmol /L 和0.28 μmol /L，在红景天中的含量分别为4.19 ～ 6.12 mg /g 和0.86 ～ 1.28mg /g; 芦丁、金丝桃苷、山奈酚、柯里拉京、老鹤草素、没食子酸和原儿茶酸中的检出限分别为36.3、30.9、21.6、45.3、126.9、232.2 和290.1 μg /L，在老鹤草中的含量分别为0.02569、0.3307、0.05319、0.4180、0.05128、0.1134 和0.2051 mg /g。该方法为中药活性成分的高灵敏检测提供了一定的技术支持，同时也拓展了石墨烯在毛细管电泳方面的应用范围。
近期，Chen 等将氧化石墨烯分别与阴离子交换树脂和二价铜离子结合，利用化学还原法制备石墨烯微球电极和石墨烯铜电极并应用于毛细管电泳分析。基于上述修饰电极检测，分别实现了对3种对羟基苯甲酸酯类物质和5 种糖类物质的分离检测，其方法的稳定性的RSD 值为2.3%～ 3.6%; 3 种对羟基苯甲酸酯类物质对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯的检出限分别为0.16、0.19 和0.32 μmol /L，润肤露中对羟基苯甲酸甲酯和对羟基苯甲酸丙酯的含量分别为1.406mg /g和0.7851 mg /g; 5 种糖类物质甘露醇、蔗糖、乳糖、葡萄糖和果糖的检出限分别为0.29、0.42、0.43、0.37 和0.51 μmol /L; 牛奶中乳糖的含量为4.735 g /L，香蕉中甘露醇、蔗糖、葡萄糖和果糖的含量分别为0.69、67.78、27.76 和33.85 mg /g。该方法灵敏度高、重现性好、制备简易实用。
2、氧化石墨烯毛细管整体柱的制备
为了进一步提高毛细管电泳的分离效率，有学者尝试制备毛细管整体柱并应用于毛细管电色谱分析。Yan 等在室温下通过一步聚合方法，将氧化石墨烯用于毛细管整体柱的制备，结果表明以氧化石墨烯作为固定相不仅可以利用其表面的含氧基团来修饰电渗流，而且其自身的芳香性和π-π 堆积等性能可以实现与目标分析物的相互作用，从而提高毛细管电色谱的分离能力。检测结果表明: 该方法中电渗流的精密度(RSD) 为0.3% ( n = 3) ，中性物质的保留时间、峰面积和峰高的精密度(RSD) 分别为0.4%～ 3.0%、0.8% ～ 4.0% 和0.8% ～ 4.9%。同时也实现了烷基苯和多环芳烃等分析物的基线分离并相应提高了其分离效果。
3、石墨烯( 氧化石墨烯) 修饰毛细管柱
近期，对于石墨烯( 氧化石墨烯) 在毛细管电泳中的应用又提出一种新的探索模式，通过化学键合修饰，将石墨烯( 氧化石墨烯) 修饰在毛细管内壁从而改善对目标分析物的分离。Qu 等以3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷为偶联剂，将氧化石墨烯键合在毛细管内壁上制备得到氧化石墨烯修饰毛细管柱，进一步用水合肼还原制备了石墨烯修饰毛细管柱，并用于毛细管电色谱分析。采用该方法分别对酸性化合物、碱性化合物以及蛋白质等进行了分离比较，同时考察了不同修饰层数的氧化石墨烯毛细管的分离性能，结果表明: 氧化石墨烯修饰毛细管柱展现了较好的分离能力，且电渗流RSD 值均小于3.0%，而石墨烯及多层氧化石墨烯修饰毛细管柱则由于其疏水性以及π-π 作用导致对芳香类化合物的分离存在严重拖尾且分离效率较低。
Yang 等的最新研究表明，以石墨烯修饰毛细管柱内壁作为固定相也能够实现对物质的分离检测。该课题组采用静电自组装技术，以聚( 二烯丙基二甲基氯化铵) 为中间介质，通过静电吸附作用，将石墨烯吸附在毛细管柱内壁作为固定相，应用于硝基苯胺同分异构体的分离检测。结果表明保留时间的RSD 值均低于1.5% ( n = 5 ) ，分离度达到2.15，m-硝基苯胺、p-硝基苯胺和o-硝基苯胺的分离效率分别为1.05 × 105、8.1 × 104 和7.8 × 104 塔板/m，对于实际染发剂样品中上述成分的加标回收率为89.2%～ 109%。
最近，笔者课题组利用氧化石墨烯修饰毛细管柱对麻黄碱等手性物质进行了分离检测，可以在无手性拆分试剂的情况下实现对手性物质的分离并成功地应用于实际中药药材中对应物质的分离检测。结果表明: 对于麻黄碱和β-甲基苯乙胺手性对映体的检出限分别为3 μmol /L 和18 μmol /L，且迁移时间的精密度(RSD) 分别为1.35%～ 1.41%和0.97%～ 3.50%( n = 6) 。该方法在手性物质的分离检测方面具有潜在的应用前景。
4、氧化石墨烯功能化材料应用于芯片毛细管电泳
由于石墨烯类材料具有理想的物理化学活性，近期很多研究集中于功能化石墨烯材料的制备应用，如磁性石墨烯复合材料。Qiu 等将氧化石墨烯磁性材料与β-环糊精结合制备功能化复合材料，并将其修饰于芯片微通道内壁上作为固定相，利用芯片毛细管开管电色谱法对色氨酸手性对映体实现了基线分离; 实验中电渗流的RSD 为0.5%，D-色氨酸和L-色氨酸的检出限分别为7.6 μmol /L 和9.5 μmol /L，方法精密度(RSD) 为2.3% ～ 5.6%，且该芯片在4 ℃条件下保存，其手性分离能力可保持在两周以上。该结果表明此方法具有较好的精密度、稳定性和重现性。该方法为手性化合物的高通量筛选提供了很大的应用空间。
5、结语
综上所述，石墨烯类材料在毛细管电泳中的应用研究正处于一个起步阶段。氧化石墨烯由于其含氧基团的存在及其水溶性等优点使得其在毛细管电泳中得到了初步的应用，并实现了中药活性成分、芳香类化合物以及手性物质的分析。而石墨烯在毛细管电泳中的应用实例还不多见，但是随着石墨烯功能化材料研究的不断深入，石墨烯及其功能化复合材料在毛细管电泳及芯片电泳等方面的应用将发挥更重要的作用。
