11.26 : Électrophorèse capillaire : instrumentation

L'instrumentation d'électrophorèse capillaire se compose généralement de plusieurs composants clés. Une alimentation haute tension génère le champ électrique nécessaire à la séparation en se connectant à une anode (l'électrode chargée positivement) et à une cathode (l'électrode chargée négativement) situées dans des réservoirs tampons à chaque extrémité du tube capillaire. Le système comprend un flacon d'échantillon, un tube capillaire en silice fondue recouvert de polyimide pour la résistance mécanique à travers lequel les composants de l'échantillon migrent pendant la séparation, et un détecteur pour analyser les composants séparés.

L'échantillon doit être introduit dans le tube capillaire pour lancer le processus. Pour ce faire, il faut détacher une extrémité du capillaire et son électrode des réservoirs tampons associés et les placer dans le flacon d'échantillon. L'introduction de l'échantillon peut être réalisée par injection hydrodynamique, qui consiste à appliquer une pression sur le flacon d'échantillon, ou par injection électrocinétique, qui s'appuie sur un champ électrique pour entraîner l'échantillon dans le capillaire.

Lorsque le courant traverse le capillaire contenant une solution tampon conductrice, il provoque un échauffement par effet Joule en raison de l'alésage étroit de la colonne capillaire et de l'épaisseur relative des parois du capillaire. L'échauffement par effet Joule fait référence à la chaleur générée lorsqu'un courant électrique traverse un milieu conducteur, dans ce cas, la solution tampon à l'intérieur du capillaire. Il est directement lié à la dissipation d'énergie sous forme de chaleur, telle que définie par l'équation Q = I²Rt, où Q est l'énergie thermique (en joules), I est le courant, R est la résistance et t est le temps. Dans l'électrophorèse capillaire, cet échauffement peut modifier la viscosité de la solution tampon, ce qui entraîne une migration plus rapide des solutés au centre du capillaire que ceux situés près des parois, ce qui entraîne un élargissement de la bande et une séparation dégradée. Les capillaires avec des diamètres intérieurs plus petits génèrent moins d'échauffement par effet Joule, tandis que ceux avec des diamètres extérieurs plus grands sont plus efficaces pour dissiper la chaleur.

Une technique d'empilement peut être utilisée pour améliorer la sensibilité de détection dans les cas où la concentration de l'échantillon est faible. Cette méthode consiste à injecter l'échantillon dans une solution ayant une force ionique inférieure à celle de la solution tampon, ce qui entraîne la concentration des composants de l'échantillon à l'interface entre les deux solutions.

Une fois l'échantillon introduit, une haute tension est appliquée à travers le système tampon, ce qui incite les espèces chargées à migrer vers la cathode par flux électroosmotique. La séparation des composants se produit en fonction de leur mobilité électrophorétique dans le champ électrique.

Divers détecteurs, tels que l'absorption, la fluorescence, la conductivité et la spectrométrie de masse, sont couramment utilisés dans l'électrophorèse capillaire pour détecter et analyser les composants séparés.