Hur fungerar kapillärelektrofores

Kapillärelektrofores (CE) är en analytisk separationsmetod som använder ett elektriskt fält för att separera komponenterna i en blandning. I grund och botten är det elektrofores i en kapillär, ett smalt rör. Följaktligen separeras komponenterna i blandningen baserat på deras elektroforetiska rörlighet. De tre faktorer som bestämmer den elektroforetiska rörligheten hos en viss molekyl är laddningen av molekylen, viskositeten hos separationsmediet och molekylens radie. Endast joner påverkas av det elektriska fältet medan den neutrala typen förblir opåverkad. Mängden av en molekyl som rör sig genom kapillären beror på styrkan hos det elektriska fältet.

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är kapillärelektrofores
- Definition, Instrumentation, Metoder
2. Hur fungerar kapillärelektrofores
- Theory of Capillary Electrophoresis

Huvudvillkor: Kapillärelektrofores (CE), Kapillärelektroforetiska Separationsmetoder, Kapillärrör, Laddning, Elektroosmotisk Flöde Elektroforetisk Mobilitet

Vad är kapillärelektrofores

Kapillärelektrofores avser en analytisk separationsmetod genom vilken komponenterna i en blandning separeras baserat på deras elektroforetiska rörlighet. I tidiga försök användes ett glas U-rör fyllt med geler eller lösningar. Kapillärer användes efter 1960-talet.

Instrumentation

Kapillären består av smält kiseldioxid med en inre diameter av 20-100 pm. Ett högspännings elektriskt fält matas till ändarna av kapillärröret. Elektroderna är anslutna till ändarna av kapillärröret genom en elektrolytlösning eller vattenhaltig buffert. Kapillären fylls med en ledande vätska vid ett visst pH-värde. Förutom detektorer och andra utmatningsenheter används vissa instrument för temperaturkontroll av systemet, vilket garanterar reproducerbara resultat. Provet införs till kapillären genom injektion. Instrumentet för kapillärelektroforesystemet visas i Figur 1.

Figur 1: Kapillärelektrofores - Instrumentation

Metoder för kapillärelektroforetisk separation

Sex typer av kapillärelektroforetiska separationsmetoder kan identifieras.

Kapillärzonelektrofores (CZE) - En fri lösning används som ledande vätska.
Kapillär gelelektrofores (CGE) - En gel används som ledande vätska.
Micellär elektrokinetisk kapillärkromatografi (MEKC) - Komponenterna i en blandning separeras genom fördelning mellan miceller och lösningsmedlet / ledande vätska.
Kapillär elektrokromatografi (CEC) - En packad kolonn används i undantag för den ledande vätskan. En mobil vätska passerar över kolonnen tillsammans med blandningen som skall separeras.
Kapillär isoelektrisk fokusering (CIEF) - Används huvudsakligen för att separera zwitterjoniska komponenter som peptider och proteiner som innehåller både positiva och negativa laddningar. En ledande vätska med en pH-gradient används för att separera proteinlösningen. Varje protein migrerar till området med sin isoelektriska punkt inom pH-gradienten. Vid isoelektrisk punkt blir nettobelastningen av proteiner noll.
Kapillär isotakopfores (CITP) - Det är ett diskontinuerligt system. Varje komponent migrerar i konsekutiva zoner och mängden av komponenten erhålles genom mätning av längden av migreringen.

Hur fungerar kapillärelektrofores

I allmänhet börjar de laddade arterna flytta i elektriska fält. Laddningen, viskositeten och molekylradien är de tre faktorer som bestämmer den elektroforetiska rörligheten hos en molekyl i ett elektriskt fält.

Laddningskatjoner (positivt laddade molekyler) rör sig mot katoden (negativ elektrod) medan anjoner (negativt laddade molekyler) rör sig mot anoden (positiv elektrod).
Viskositet - Viskositeten hos mediet är motsatt molekylernas rörelse, och det är konstant för ett visst separationsmedium.
Radi av jon / molekyl - Elektroforetisk rörlighet minskar med ökande radie av molekylen.

Om två molekyler av samma storlek utsätts för elektrofores, kommer molekylen med större laddning att röra sig snabbare. Graden av migration av den laddade arten ökar med den ökade styrkan hos det elektriska fältet. Mekanismen för kapillärelektrofores visas i figur 2.

Figur 2: Kapillärelektrofores

Elektroosmotiskt flöde (EOF)

Det elektroosmotiska flödet genererar mobilfasen av kapillärelektrofores. I de flesta fall är kapillärmaterialet kiseldioxid. Kisel hydrolyseras, vilket ger negativt laddad SiO^- joner när lösningarna med pH större än 3 passerar genom kapillärröret. Därefter bär kapillärväggen negativt laddat skikt. Kationer av lösningen lockas till dessa negativa laddningar och bildar ett dubbelskikt av katjoner på de negativa laddningarna. Det inre katjonskiktet är stabilt medan det yttre katjonskiktet rör sig mot katoden som ett bulkflöde av laddade molekyler. Bulkflödet av katjoner förekommer nära kapillärväggen under kapillärelektrofores. Elektroosmotiskt flöde nära kapillärväggen visas i figur 3.

Figur 3: Elektroosmotiskt flöde

Kapillärväggens lilla diameter bidrar till att maximera effekten av EOF, vilket medför att den spelar en viktig roll vid transport av laddade arter i kapillärelektrofores.

Slutsats

Kapillärelektrofores är en analytisk separationsmetod där den laddade arten separeras baserat på deras elektroforetiska rörlighet. Generellt tjänar storleken och laddningen av molekylerna som faktorer för separationen.

Referens:

1. "Kapillärelektrofores". Kemi LibreTexts, Libretexts, 28 Nov. 2017, Tillgänglig här.

Image Courtesy:

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

Vetenskap