Cum funcționează electroforeza capilară

Electroforeza capilară (CE) este o metodă de separare analitică care utilizează un câmp electric pentru a separa componentele unui amestec. Practic, este o electroforeză într-un capilar, un tub îngust. Prin urmare, componentele amestecului sunt separate pe baza mobilității lor electroforetice. Cei trei factori care determină mobilitatea electrophoretică a unei anumite molecule sunt sarcina moleculei, vâscozitatea mediului de separare și raza moleculei. Numai ionii sunt afectați de câmpul electric, în timp ce speciile neutre rămân neafectate. Rata unei molecule care se deplasează prin capilar depinde de rezistența câmpului electric.

Domenii cheie acoperite

1. Ce este electroforeza capilară
     - Definiție, instrumentație, metode
2. Cum funcționează electroforeza capilară
     - Teoria electroforezei capilare

Termeni cheie: electroforeza capilară (CE), metode de separare prin capilară electroforetică, tub capilar, încărcare, debit electrosmotic mobilitate electroforetică

Ce este electroforeza capilară

Electroforeza capilară se referă la o metodă de separare analitică prin care componentele unui amestec sunt separate pe baza mobilității lor electroforetice. În experimentele timpurii, s-a folosit un tub de sticlă U umplut cu geluri sau soluții. Capilariile au fost folosite după anii 1960.

Instrumentaţie

Capilarul este alcătuit din silice topită, având un diametru interior de 20-100 μm. Un câmp electric de înaltă tensiune este furnizat la capetele tubului capilar. Electrozii sunt conectați la capetele tubului capilar prin intermediul unei soluții electrolitice sau a unui tampon apos. Capilarul este umplut cu un fluid conductiv la un anumit pH. Pe lângă detectoare și alte dispozitive de ieșire, unele instrumente sunt utilizate pentru controlul temperaturii sistemului, asigurând rezultate reproductibile. Proba este introdusă în capilar prin injectare. Instrumentația sistemului electroforetic capilar este prezentată în figura 1.

Figura 1: Electroforeza capilară - Instrumentație

Metode de separare prin capilară prin electroforeză 

Pot fi identificate șase tipuri de metode de separare electroforetică capilară.

1. Electroforeza zonei capilare (CZE) - O soluție liberă este folosită ca fluid conductiv.
2. Electroforeza pe gel capilar (CGE) - Un gel este utilizat ca fluid conductor.
3. Cromatografie capilară electrokinetică micelară (MEKC) - Componentele unui amestec sunt separate prin împărțirea între miceli și solventul / fluidul conductiv.
4. Electrochromatografia capilară (CEC) - O coloană ambalată este utilizată în mod excepțional la lichidul conductiv. Un lichid mobil este trecut peste coloană împreună cu amestecul care trebuie separat.
5. Captarea focalizării izoelectrice (CIEF) - Utilizate în principal pentru a separa componente zwitterionice, cum ar fi peptidele și proteinele care conțin atât încărcături pozitive, cât și negative. Pentru separarea soluției proteice se utilizează un fluid conductiv cu un gradient de pH. Fiecare proteină migrează în zonă cu punctul său izoelectric în gradientul de pH. La punctul izoelectric, încărcarea netă a proteinelor devine zero.
6. Izotachoforeza capilară (CITP) - Este un sistem discontinuu. Fiecare componentă migrează în zone consecutive, iar cantitatea componentei este obținută prin măsurarea lungimii migrației.

Cum funcționează electroforeza capilară

În general, speciile încărcate încep să se deplaseze în câmpuri electrice. Încărcarea, vâscozitatea și raza moleculară sunt cei trei factori care determină mobilitatea electrophoretică a unei molecule într-un câmp electric.

1. Încărcare - Cationii (molecule încărcate pozitiv) se deplasează spre catod (electrod negativ) în timp ce anionii (molecule încărcate negativ) se deplasează spre anod (electrod pozitiv).
2. Viscozitatea - Viscozitatea mediului este opusă mișcării moleculelor și este constantă pentru un anumit mediu de separare.
3. Radiusul ionului / moleculei - mobilitatea electroforetică scade cu raza în creștere a moleculei.

Prin urmare, dacă două molecule de aceeași mărime sunt supuse la electroforeză, molecula cu încărcătura mai mare se va mișca mai repede. Rata de migrație a speciilor încărcate este mărită cu intensitatea crescândă a câmpului electric. Mecanismul electroforezei capilare este prezentat în figura 2.

Figura 2: Electroforeza capilară

Fluxul electroasmotic (EOF)

Fluxul electroosmotic generează faza mobilă a electroforezei capilare. În majoritatea cazurilor, materialul capilar este silice. Silicul este hidrolizat, producând SiO încărcat negativ^- atunci când soluțiile cu pH mai mare de 3 sunt trecute prin tubul capilar. Apoi, peretele capilar are un strat încărcat negativ. Cationii soluției sunt atrase de aceste încărcări negative, formând un strat dublu de cationi pe încărcăturile negative. Stratul interior al cationului este stabil în timp ce stratul extern de cation se deplasează spre catod ca un flux în vrac al moleculelor încărcate. Debitul în vrac al cationilor se produce în apropierea peretelui capilar în timpul electroforezei capilare. Fluxul electrosmotic în apropierea peretelui capilar este prezentat în figura 3.

Figura 3: Fluxul electrosmotic

Diametrul mic al peretelui capilar contribuie la maximizarea efectului EOF, ajutându-l să joace un rol vital în mișcarea speciilor încărcate în electroforeza capilară. 

Concluzie

Electroforeza capilară este o metodă de separare analitică în care speciile încărcate sunt separate pe baza mobilității lor electroforetice. În general, mărimea și încărcătura moleculelor servesc ca factori pentru separare.

Referinţă:

1. "Electroforeza capilară". Chimie LibreTexts, Libretexts, 28 noiembrie 2017, disponibil aici.

Datorită fotografiei:

1. "Capillaryelectroforeza" de Apblum - (CC BY-SA 3.0) prin Wikimedia Commons
2. "Electroforeza capilară" de Andreas Dahlin (CC BY 2.0) prin Flickr
3. "Capillarywall" De Apblum - Wikipedia engleză (CC BY-SA 3.0) prin Wikimedia Commons