Hvordan fungerer kapillærelektroforese

Kapillærelektroforese (CE) er en analytisk separasjonsmetode som bruker et elektrisk felt for å skille komponentene i en blanding. I utgangspunktet er det elektroforese i en kapillær, et smalt rør. Derfor separeres komponentene av blandingen basert på deres elektroforetiske mobilitet. De tre faktorene som bestemmer den elektroforetiske mobiliteten til et bestemt molekyl er ladningen av molekylet, viskositeten til separasjonsmediet og molekylets radius. Kun ioner påvirkes av det elektriske feltet, mens den nøytrale arten forblir upåvirket. Hastigheten til et molekyl som beveger seg gjennom kapillæret avhenger av styrken til det elektriske feltet.

Nøkkelområder dekket

1. Hva er kapillær elektroforese
     - Definisjon, Instrumentering, Metoder
2. Hvordan fungerer kapillærelektroforese
     - Theory of Capillary Electrophoresis

Nøkkelbetingelser: Capillary Electrophoresis (CE), Capillary Electrophoretic Separation Methods, Capillary Tube, Charge, Electroosmotic Flow Electrophoretic Mobility

Hva er kapillær elektroforese

Kapillærelektroforese refererer til en analytisk separasjonsmetode hvor komponentene i en blanding separeres basert på deres elektroforetiske mobilitet. I tidlige eksperimenter ble det brukt et glass U-rør fylt med geler eller oppløsninger. Kapillærene ble brukt etter 1960-tallet.

instrumentering

Kapillæret består av kondensert silisiumdioksyd, med en indre diameter på 20-100 μm. Et høyspennings elektrisk felt leveres til endene av kapillærrøret. Elektrodene er koblet til endene av kapillarrøret gjennom en elektrolyttoppløsning eller vandig buffer. Kapillæret er fylt med en ledende væske ved en bestemt pH. I tillegg til detektorer og andre utgangsenheter, brukes noen instrumenter til temperaturkontrollen av systemet, noe som sikrer reproduserbare resultater. Prøven blir introdusert til kapillæren ved injeksjon. Instrumenteringen av kapillær elektroforetisk system er vist i Figur 1.

Figur 1: Kapillærelektroforese - Instrumentering

Metoder for kapillær elektrorofetisk separasjon 

Seks typer kapillære elektroforetiske separasjonsmetoder kan identifiseres.

1. Kapillær sone elektroforese (CZE) - En fri løsning brukes som ledende væske.
2. Kapillær gelelektroforese (CGE) - En gel blir brukt som ledende fluid.
3. Micellar elektrokinetic capillary chromatography (MEKC) - Komponentene i en blanding separeres ved partisjonering mellom miceller og løsningsmiddel / ledende fluid.
4. Kapillær elektrokromatografi (CEC) - En pakket kolonne brukes i unntak av ledende fluid. En mobil væske føres over kolonnen sammen med blandingen som skal skilles.
5. Kapillær isoelektrisk fokusering (CIEF) - Hovedsakelig brukt til å skille zwitterioniske komponenter som peptider og proteiner som inneholder både positive og negative kostnader. Et ledende fluid med en pH-gradient benyttes for å separere proteinoppløsningen. Hvert protein migrerer til området med dets isoelektriske punkt innenfor pH-gradienten. Ved isoelektrisk punkt blir nettladningen av proteiner null.
6. Kapillær isotakophorese (CITP) - Det er et diskontinuerlig system. Hver komponent migrerer i sammenhengende soner, og mengden av komponenten oppnås ved å måle lengden på migrasjonen.

Hvordan fungerer kapillærelektroforese

Vanligvis begynner de ladede artene å bevege seg i elektriske felt. Ladningen, viskositeten og molekylradien er de tre faktorene som bestemmer elektroforetisk mobilitet for et molekyl i et elektrisk felt.

1. Ladning - Kationer (positivt ladede molekyler) beveger seg mot katoden (negativ elektrode) mens anioner (negativt ladede molekyler) beveger seg mot anoden (positiv elektrode).
2. Viskositet - Viskositeten til mediet er motsatt til bevegelsen av molekyler, og den er konstant for et bestemt separasjonsmedium.
3. Radius av ion / molekyl - Elektroforetisk mobilitet reduseres med økende radius av molekylet.

Derfor, hvis to molekyler med samme størrelse blir utsatt for elektroforese, vil molekylet med større ladning bevege seg raskere. Graden av migrasjon av de ladede artene økes med den økende styrken av det elektriske feltet. Mekanismen for kapillærelektroforese er vist i figur 2.

Figur 2: Kapillærelektroforese

Elektroosmotisk Flow (EOF)

Den elektroosmotiske strømningen genererer mobilfasen av kapillærelektroforese. I de fleste tilfeller er kapillærmaterialet silika. Silika hydrolyseres, hvilket gir negativt ladet SiO^- ioner når løsningene med pH større enn 3 føres gjennom kapillærrøret. Deretter bærer kapillærveggen negativt ladet lag. Kationene av løsningen er tiltrukket av disse negative ladningene, og danner et dobbeltlag av kationer på de negative ladningene. Det indre kationlaget er stabilt mens det ytre kationlaget beveger seg mot katoden som en massestrøm av ladede molekyler. Massestrømmen av kationer forekommer nær kapillærveggen under kapillærelektroforese. Elektroosmotisk strømning nær kapillærveggen er vist i figur 3.

Figur 3: Elektroosmotisk strømning

Den lille diameteren av kapillærveggen bidrar til å maksimere effekten av EOF, og hjelper den til å spille en viktig rolle i bevegelsen av ladede arter i kapillærelektroforese. 

Konklusjon

Kapillærelektroforese er en analytisk separasjonsmetode hvor de ladede artene separeres ut fra deres elektroforetiske mobilitet. Generelt tjener størrelsen og ladningen av molekylene som faktorer for separasjonen.

Henvisning:

1. "Capillary Electrophoresis." Kjemi LibreTexts, Libretexts, 28. november 2017, Tilgjengelig her.

Bilde Courtesy:

1. "Capillaryelectrophoresis" Av Apblum - (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Capillary electrophoresis" av Andreas Dahlin (CC BY 2.0) via Flickr
3. "Capillarywall" Av Apblum - engelsk wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia