11.26 : Elektroforeza kapilarna: Aparatura

Aparatura do elektroforezy kapilarnej zazwyczaj składa się z kilku kluczowych komponentów. Zasilacz wysokiego napięcia generuje pole elektryczne niezbędne do rozdzielenia poprzez podłączenie do anody (elektrody o ładunku dodatnim) i katody (elektrody o ładunku ujemnym) umieszczonych w zbiornikach buforowych na każdym końcu rurki kapilarnej. System obejmuje fiolkę na próbkę, kapilarę z topionej krzemionki pokrytą poliimidem dla zwiększenia wytrzymałości mechanicznej, przez którą składniki próbki migrują podczas rozdzielania, oraz detektor do analizy oddzielonych składników.

Próbka musi zostać wprowadzona do rurki kapilarnej, aby zainicjować proces. Uzyskuje się to poprzez odłączenie jednego końca kapilary i jej elektrody od powiązanych zbiorników buforowych i umieszczenie ich w fiolce na próbkę. Wprowadzenie próbki można osiągnąć poprzez iniekcję hydrodynamiczną, która polega na przyłożeniu ciśnienia do fiolki na próbkę, lub iniekcję elektrokinetyczną, która polega na wykorzystaniu pola elektrycznego do wprowadzenia próbki do kapilary.

Gdy prąd przepływa przez kapilarę zawierającą przewodzący roztwór buforowy, powoduje to ogrzewanie Joule'a ze względu na wąski otwór kolumny kapilarnej i względną grubość ścianek kapilary. Ogrzewanie Joule'a odnosi się do ciepła wytwarzanego, gdy prąd elektryczny przepływa przez przewodzące medium — w tym przypadku roztwór buforowy wewnątrz kapilary. Jest ono bezpośrednio związane z rozpraszaniem energii w postaci ciepła, zgodnie z równaniem Q = I^2Rt, gdzie Q jest energią cieplną (w dżulach), I jest natężeniem prądu, R jest oporem, a t jest czasem. W elektroforezie kapilarnej to ogrzewanie może zmienić lepkość roztworu buforowego, powodując szybszą migrację substancji rozpuszczonych w centrum kapilary niż tych w pobliżu ścianek, co skutkuje poszerzeniem pasma i pogorszeniem separacji. Kapilary o mniejszych średnicach wewnętrznych generują mniej ciepła Joule'a, podczas gdy te o większych średnicach zewnętrznych są bardziej skuteczne w rozpraszaniu ciepła.

W celu zwiększenia czułości wykrywania można zastosować technikę układania w stosy w przypadkach, gdy stężenie próbki jest niskie. Metoda ta polega na wstrzykiwaniu próbki do roztworu o niższej sile jonowej niż roztwór buforowy, co powoduje, że składniki próbki koncentrują się na granicy między dwoma roztworami.

Po wprowadzeniu próbki do układu buforowego przykładane jest wysokie napięcie, co powoduje migrację naładowanych cząstek w kierunku katody poprzez przepływ elektroosmotyczny. Separacja składników następuje na podstawie ich ruchliwości elektroforetycznej w polu elektrycznym.

W elektroforezie kapilarnej powszechnie stosuje się różne detektory, takie jak absorpcyjny, fluorescencyjny, przewodnictwa i spektrometria masowa, aby wykrywać i analizować rozdzielone składniki.