11.26 : Elettroforesi capillare: strumentazione

La strumentazione per l’elettroforesi capillare, di solito, è formata da diversi componenti chiave. Un alimentatore ad alta tensione genera il campo elettrico necessario per la separazione collegandosi a un anodo (l'elettrodo caricato positivamente) e a un catodo (l'elettrodo caricato negativamente) situati in serbatoi tampone a ogni estremità del tubo capillare. Il sistema include una fiala di campione, un tubo capillare in silice fusa rivestito con del poliimmide per dare resistenza meccanica attraverso la quale, i componenti del campione, migrano durante la separazione, e un rilevatore per analizzare i componenti separati.

Il campione deve essere introdotto nel tubo capillare per avviare il processo. Questo si ottiene staccando un'estremità del capillare e il suo elettrodo dai serbatoi tampone associati e posizionandoli nella fiala del campione. L'introduzione del campione può essere eseguita tramite iniezione idrodinamica, che comporta l'applicazione di pressione alla fiala del campione, o iniezione elettrocinetica, che si basa su un campo elettrico per guidare il campione nel capillare.

Quando la corrente scorre attraverso il capillare contenente una soluzione tampone conduttiva, si verifica un riscaldamento Joule dovuto allo stretto foro della colonna capillare e allo spessore relativo delle pareti del capillare. Il riscaldamento Joule si riferisce al calore generato quando una corrente elettrica passa attraverso un mezzo conduttivo, in questo caso la soluzione tampone all'interno del capillare. È direttamente correlato alla dissipazione di energia sotto forma di calore, come viene definito dall'equazione Q = I^2Rt, dove Q è l'energia termica (in joule), I è la corrente, R è la resistenza e t è il tempo. Nell'elettroforesi capillare, questo riscaldamento può modificare la viscosità della soluzione tampone, causando una migrazione più rapida dei soluti al centro del capillare rispetto a quelli vicino alle pareti, con un conseguente allargamento della banda e separazione degradata. I capillari con diametri interni più piccoli generano meno riscaldamento Joule, mentre quelli con i diametri esterni più grandi sono più efficaci nel dissipare il calore. 

Può essere usata una tecnica di impilamento per migliorare la sensibilità di rilevamento nei casi in cui la concentrazione del campione è bassa. Questo metodo prevede l'iniezione del campione in una soluzione con una forza ionica inferiore rispetto alla soluzione tampone, facendo sì che i componenti del campione si concentrino all'interfaccia tra le due soluzioni.

Una volta introdotto il campione, viene applicata un'alta tensione attraverso il sistema tampone, spingendo le specie cariche a migrare verso il catodo attraverso il flusso elettrosmotico. La separazione dei componenti avviene in base alla loro mobilità elettroforetica all'interno del campo elettrico.

Diversi rilevatori, come l’assorbimento, la fluorescenza, la conduttività e la spettrometria di massa, sono comunemente impiegati nell'elettroforesi capillare per rilevare e analizzare i componenti separati.