Электрофорез

Метод электрофореза основан на явлении миграции - движении ионов в электрическом поле. Различия в величинах подвижностей отдельных ионов используют для их разделения. Большинство электрофоретических методов нельзя отнести к хроматографии, поскольку здесь не происходит распределения частиц между ПФ и НФ. Однако с точки зрения аппаратурного оформления и некоторых теоретических положено ний методы электрофореза сходны с плоскостной и капиллярной хроматографией.

Различают метод простого электрофореза и электрофореза на носителе.

Метод простого электрофореза реализован как процесс перемещения ионов вблизи границы контакта исследуемого и буферного растворов (рис. 4.14). Растворы заливают в U-образную трубку. Во избежание механического перемешивания находящийся сверху буферный раствор должен иметь плотность меньшую, чем исследуемый.

Схемы установок для простого электрофореза (слева) и электрофореза на бумажном носителе (справа)

Рис. 4.14. Схемы установок для простого электрофореза (слева) и электрофореза на бумажном носителе (справа)

Если при наложении постоянного напряжения на электроды ионы, находящиеся в исследуемом растворе, концентрируются вблизи поверхности раздела растворов, образуя зоны, такой электрофорез называют фронтальным.

Чаще применяют электрофорез на носителе - ионы перемещаются в неподвижном слое носителя (бумага, гель, силикагель), который пропитан раствором инертного электролита. Края слоя контактируют с буферными растворами, в которые погружены электроды. Исследуемый раствор в виде полоски наносят у одного из концов слоя носителя. В процессе электрофореза ионы исследуемого раствора образуют отдельные зоны. Такой метод носит название зонный электрофорез.

Картина распределения ионов по зонам - называется электрофоре- граммой.

С помощью подходящей буферной смеси и под действием электрического поля можно создать зоны с соответствующим значением pH (градиент pH) - такой вариант электрофореза называют изоэлектриче- ским фокусированием. Необходимое условие - наличие устойчивого неподвижного градиента pH. Метод применяют для разделения амфолитов (аминокислот, белков).

Изотахофорез - вариант электрофореза, основанный на движении различных частиц в электрическом поле с одинаковыми скоростями.

В рассмотренных выше электрофоретических методах частицы движутся в постоянном электрическом поле Е с различными скоростями ut:

где и. - подвижность /-го иона.

Современный вариант электрофореза называют капиллярным электрофорезом или высокоэффективным капиллярным электрофорезом. Использование капиллярной техники позволяет преодолеть недостатки, присущие классическим методам электрофореза, а именно: недостаточную эффективность и воспроизводимость разделения, трудности регистрации зон отдельных ионов.

На рис. 4.15 показана схема установки для капиллярного электрофореза, которая включает: резервуары с буферными растворами, капилляр с системой охлаждения, источник высокого напряжения, устройства ввода пробы, детектора и регистрирующего устройства.

Схема установки для капиллярного электрофореза

Рис. 4.15. Схема установки для капиллярного электрофореза

Обычно пробу вводят со стороны катода под действием силы тяжести или электрокинетических сил. Во внутреннем пространстве капилляра разделяемые ионы движутся к противоположному электроду. Из-за системы охлаждения капилляр практически не нагревается, поэтому конвекционные потоки жидкости незначительны. Поэтому ширина полученных пиков соответствует теоретически возможному минимуму.

Детектор располагают возле одного из концов капилляра. Расстояние от детектора до противоположного конца капилляра называют эффективной длиной капилляра.

Капиллярные методы имеют одну особенность, связанную с элек- троосмотическим потоком. Причина его возникновения - образование двойного электрического слоя между раствором и внутренней поверхностью капилляра (рис. 4.16). При этом внутренняя поверхность электрода заряжается отрицательно и притягивает из раствора положительные ионы. Жидкость, находящаяся в капилляре, оказывается заключенной в положительно заряженную трубку. При наложении напряжения весь объем жидкости начинает двигаться к катоду, т. е. происходит образование электроосмотического потока.

Схема электроосмотического потока, возникающего в результате образования двойного электрического слоя

Рис. 4.16. Схема электроосмотического потока, возникающего в результате образования двойного электрического слоя

Электроосмотический поток можно уменьшить, подавить или повернуть в противоположном направлении, используя химическую модификацию капилляра. При отсутствии электроосмотического потока наложение напряжения приводило бы к тому, что все положительные ионы двигались бы к катоду, а отрицательно заряженные - к аноду.

Так как к катоду вместе с электроосмотическим потоком перемещаются и незаряженные частицы, детектор, установленный вблизи катода, регистрирует сначала катионы, затем нейтральные частицы и некоторые анионы. В таких условиях незаряженные частицы движутся с одной и той же скоростью и поэтому не разделяются. Их разделение возможно при наличии в растворе поверхностно-активных веществ, которые образуют мицеллы. Такой метод разделения нейтральных частиц называется мицеллярной электрокинетической капиллярной хроматографией и основан на распределительном равновесии с участием (псев- до)фаз - мицеллярной (аналог ПФ в хроматографии) и фазой раствора (аналог НФ).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >