Капиллярный электрофорез

Капиллярный электрофорез разделяет ионы и заряженные частицы по их миграции в электрическом поле внутри узкого капилляра, заполненного буферным раствором.

Definition

Капиллярный электрофорез — это метод разделения, при котором аналиты мигрируют через капилляр, заполненный буферным раствором, под действием приложенного электрического поля, разделяясь в соответствии с их электрофоретической подвижностью, наложенной на электроосмотический поток.

Scope

Эта тема охватывает электрически управляемые разделения, выполняемые в капиллярах из плавленого кварца: капиллярный зонный электрофорез и связанные с ним режимы, роль электроосмотического потока, детекцию на капилляре и высокую эффективность, достигаемую этими методами. Она рассматривает разделение, основанное на отношении заряда к размеру, а не на фазовом распределении, и его применение к ионам, биомолекулам и хиральным аналитам.

Core questions

• Как электрофоретическая подвижность и электроосмотический поток в совокупности определяют время миграции?
• Почему капиллярный электрофорез достигает такой высокой эффективности разделения?
• Какие схемы детектирования совместимы с малыми размерами капилляра?
• Какие классы аналитов лучше всего подходят для электрофоретического, а не хроматографического разделения?

Key theories

Электрофоретическая миграция и электроосмотический поток

Каждый заряженный аналит движется со скоростью, определяемой его электрофоретической подвижностью, в то время как весь буферный раствор перемещается к одному электроду электроосмотическим потоком, возникающим из-за заряженной стенки капилляра; сумма этих скоростей определяет время миграции и, поскольку поток почти плоский, а не параболический, обеспечивает очень высокую эффективность.

Mechanisms

Узкий капилляр из плавленого кварца заполняется буферным раствором, и к нему прикладывается высокое напряжение. Ионизированные силанольные группы на стенке генерируют электроосмотический поток, который переносит основной объем раствора мимо детектора, в то время как собственная электрофоретическая подвижность каждого аналита добавляется к этому движению или вычитается из него. Таким образом, аналиты достигают точки детекции в моменты времени, определяемые их отношением заряда к размеру, а плоский профиль потока обеспечивает чрезвычайно узкие зоны и высокое число теоретических тарелок.

Clinical relevance

Капиллярный электрофорез широко используется для разделения нуклеиновых кислот, включая секвенирование ДНК и анализ фрагментов, анализ белков и пептидов, клиническое определение белков сыворотки и ионов, фармацевтический и хиральный анализ, а также для образцов малого объема, где его минимальное потребление является преимуществом.

History

Электрофорез как аналитический метод был разработан Арне Тизелиусом в 1930-х годах. Демонстрация Йоргенсоном и Лукачем в 1981 году зонного электрофореза в открытых капиллярах из плавленого кварца показала, что высокие напряженности поля, возможные в узких капиллярах, обеспечивают исключительно эффективные разделения, что положило начало современному капиллярному электрофорезу и его центральной роли в автоматизированном секвенировании ДНК.

Key figures

• James W. Jorgenson
• Krynn D. Lukacs
• Arne Tiselius

Seminal works

• jorgenson1981
• skoog2017

Frequently asked questions

Чем капиллярный электрофорез отличается от хроматографии?

Хроматография разделяет вещества по дифференциальному распределению между двумя фазами, тогда как капиллярный электрофорез разделяет заряженные частицы по их миграции в электрическом поле, поэтому он зависит от отношения заряда к размеру, а не от химического сродства к стационарной фазе.

Что такое электроосмотический поток?

Это объемное движение буферного раствора через капилляр, вызванное приложенным полем, действующим на ионы вблизи заряженной стенки капилляра; он переносит даже нейтральные и противоположно заряженные частицы к детектору и в значительной степени определяет общее направление миграции.