Come funziona l'elettroforesi capillare

L'elettroforesi capillare (CE) è un metodo di separazione analitica che utilizza un campo elettrico per separare i componenti di una miscela. Fondamentalmente, è l'elettroforesi in un capillare, un tubo stretto. Quindi, i componenti della miscela sono separati in base alla loro mobilità elettroforetica. I tre fattori che determinano la mobilità elettroforetica di una particolare molecola sono la carica della molecola, la viscosità del mezzo di separazione e il raggio della molecola. Solo gli ioni sono interessati dal campo elettrico mentre le specie neutre rimangono inalterate. La velocità di una molecola che si muove attraverso il capillare dipende dalla forza del campo elettrico.

Aree chiave coperte

1. Cos'è l'elettroforesi capillare
     - Definizione, strumentazione, metodi
2. Come funziona l'elettroforesi capillare
     - Teoria dell'elettroforesi capillare

Termini chiave: elettroforesi capillare (CE), metodi di separazione elettroforetica capillare, tubo capillare, carica, mobilità elettroforetica a flusso elettrosmotico

Cos'è l'elettroforesi capillare

L'elettroforesi capillare si riferisce a un metodo di separazione analitica mediante il quale i componenti di una miscela vengono separati in base alla loro mobilità elettroforetica. Nei primi esperimenti, veniva usato un tubo di vetro U riempito con gel o soluzioni. I capillari furono usati dopo gli anni '60.

Strumentazione

Il capillare è costituito da silice fusa, avente un diametro interno di 20-100 μm. Un campo elettrico ad alta tensione viene fornito alle estremità del tubo capillare. Gli elettrodi sono collegati alle estremità del tubo capillare attraverso una soluzione elettrolitica o un tampone acquoso. Il capillare viene riempito con un fluido conduttivo a un determinato pH. Oltre ai rilevatori e ad altri dispositivi di uscita, alcuni strumenti sono utilizzati per il controllo della temperatura del sistema, garantendo risultati riproducibili. Il campione viene introdotto nel capillare per iniezione. La strumentazione del sistema elettroforetico capillare è mostrata in Figura 1.

Figura 1: Elettroforesi capillare - Strumentazione

Metodi di separazione elettroforetica capillare 

È possibile identificare sei tipi di metodi di separazione elettroforetica capillare.

1. Elettroforesi capillare (CZE) - Come soluzione conduttiva viene utilizzata una soluzione libera.
2. Elettroforesi su gel capillare (CGE) - Un gel è usato come fluido conduttivo.
3. Cromatografia capillare elettrocinetica micellare (MEKC) - I componenti di una miscela sono separati dalla separazione tra micelle e il solvente / fluido conduttivo.
4. Elettrocromatografia capillare (CEC) - Una colonna impaccata viene utilizzata in deroga al fluido conduttivo. Un liquido mobile viene passato sopra la colonna insieme alla miscela da separare.
5. Focalizzazione isoelettrica capillare (CIEF) - Principalmente usato per separare componenti zwitterionici come peptidi e proteine ​​che contengono cariche sia positive che negative. Un fluido conduttivo con un gradiente di pH viene utilizzato per separare la soluzione proteica. Ogni proteina migra nell'area con il suo punto isoelettrico all'interno del gradiente di pH. Nel punto isoelettrico, la carica netta delle proteine ​​diventa zero.
6. Isotacoforesi capillare (CITP) - È un sistema discontinuo. Ogni componente migra in zone consecutive e la quantità del componente viene ottenuta misurando la lunghezza della migrazione.

Come funziona l'elettroforesi capillare

Generalmente, le specie cariche iniziano a muoversi nei campi elettrici. La carica, la viscosità e il raggio molecolare sono i tre fattori che determinano la mobilità elettroforetica di una molecola in un campo elettrico.

1. Carica - I cationi (molecole caricate positivamente) si muovono verso il catodo (elettrodo negativo) mentre gli anioni (molecole caricate negativamente) si muovono verso l'anodo (elettrodo positivo).
2. Viscosità - La viscosità del mezzo è opposta al movimento delle molecole ed è costante per un particolare mezzo di separazione.
3. Raggio di ione / molecola - La mobilità elettroforetica diminuisce con l'aumentare del raggio della molecola.

Quindi, se due molecole con la stessa dimensione sono sottoposte all'elettroforesi, la molecola con la carica maggiore si muoverà più velocemente. Il tasso di migrazione delle specie cariche è aumentato con la crescente forza del campo elettrico. Il meccanismo di elettroforesi capillare è mostrato in figura 2.

Figura 2: elettroforesi capillare

Flusso elettrosmotico (EOF)

Il flusso elettrosmotico genera la fase mobile dell'elettroforesi capillare. Nella maggior parte dei casi, il materiale capillare è silice. La silice viene idrolizzata, producendo SiO con carica negativa^- ioni quando le soluzioni con pH superiore a 3 vengono fatte passare attraverso il tubo capillare. Quindi, il muro capillare reca uno strato caricato negativamente. I cationi della soluzione sono attratti da queste cariche negative, formando un doppio strato di cationi sulle cariche negative. Lo strato cationico interno è stabile mentre lo strato cationico esterno si muove verso il catodo come un flusso alla rinfusa di molecole caricate. Il flusso alla rinfusa di cationi si verifica vicino alla parete del capillare durante l'elettroforesi capillare. Il flusso elettrosmotico vicino alla parete del capillare è mostrato in figura 3.

Figura 3: flusso elettrosmotico

Il piccolo diametro della parete del capillare contribuisce a massimizzare l'effetto di EOF, aiutandolo a svolgere un ruolo vitale nel movimento delle specie cariche nell'elettroforesi capillare. 

Conclusione

L'elettroforesi capillare è un metodo di separazione analitica in cui le specie cariche sono separate in base alla loro mobilità elettroforetica. Generalmente, le dimensioni e la carica delle molecole servono come fattori per la separazione.

Riferimento:

1. "Elettroforesi capillare". Chimica LibreTexts, Libretexts, 28 nov. 2017, disponibile qui.

Cortesia dell'immagine:

1. "Capillaryelectrophoresis" di Apblum - (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Elettroforesi capillare" di Andreas Dahlin (CC BY 2.0) via Flickr
3. "Capillarywall" di Apblum - wikipedia inglese (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia