Prinzipien der Kapillarelektrophorese:
Elektrophoretische Mobilität:
CE basiert auf dem Prinzip der elektrophoretischen Mobilität. Wenn eine Spannung an eine mit einer Elektrolytlösung gefüllte Kapillare angelegt wird, wandern in der Probe vorhandene Ionen in Richtung der Elektrode mit entgegengesetzter Ladung. Die Geschwindigkeit der Wanderung, die sogenannte elektrophoretische Mobilität, hängt von der Ladung und Größe des Ions ab. Kleinere Ionen mit höherer Ladung wandern schneller, was zu ihrer Trennung führt.
Kapillar:
Ein entscheidender Aspekt von CE ist die Verwendung eines schmalen Kapillarröhrchens, das typischerweise aus Quarzglas besteht. Dieser schmale Innendurchmesser (normalerweise im Bereich von 50 bis 100 Mikrometern) bietet mehrere Vorteile, darunter eine geringere Wärmeableitung (Joule'sche Erwärmung), eine erhöhte elektrische Feldstärke und eine verbesserte Trenneffizienz. Die Kapillare ist mit einer Elektrolytlösung gefüllt, die die notwendigen Ionen für den Trennprozess bereitstellt.
Beispieleinführung:
Bei CE erfolgt die Probeneinführung üblicherweise mithilfe einer Technik namens hydrodynamische Injektion. Ein kleines Volumen der Probe wird durch Anlegen einer kurzen Druckdifferenz, typischerweise mit einer Spritzenpumpe, in die Kapillare eingebracht. Diese druckgesteuerte Injektion gewährleistet die Probeneinführung ohne nennenswerte Bandenverbreiterung und bewahrt so die Trenneffizienz.
Erkennung:
Die Detektion bei CE erfolgt typischerweise durch Überwachung der Absorptionsänderungen der getrennten Ionen, wenn diese durch ein Detektionsfenster in der Kapillare gelangen. Das Detektionsfenster befindet sich normalerweise in der Nähe des Endes der Kapillare und ermöglicht den Nachweis von Analyten, während diese aus der Kapillare eluieren. Es können verschiedene Nachweismethoden eingesetzt werden, darunter UV-Vis-Absorption, Fluoreszenz und Massenspektrometrie.
Datenanalyse:
Das Ergebnis einer CE-Analyse ist ein Elektropherogramm, das eine Darstellung der Intensität des Detektorsignals gegenüber der Migrationszeit der Analyten darstellt. Jeder Analyt erzeugt einen Peak im Elektropherogramm, und die Peakfläche oder -höhe wird für die quantitative Analyse verwendet. Die Migrationszeit jedes Analyten liefert qualitative Informationen zur Analytidentifizierung.
Anwendungen der Kapillarelektrophorese:
Biologische Moleküle:
CE wird häufig zur Trennung und Analyse von Biomolekülen wie Proteinen, Peptiden und Nukleinsäuren eingesetzt. Aufgrund seiner hohen Trenneffizienz und Empfindlichkeit ist es besonders nützlich für die Analyse komplexer Gemische.
Pharmazeutische Analyse:
CE spielt in der Pharmaindustrie eine wichtige Rolle für Qualitätskontrolle, Reinheitsbewertung und Arzneimittelformulierungsstudien. Es dient der Analyse pharmazeutischer Wirkstoffe, Verunreinigungen und Hilfsstoffe.
Umweltüberwachung:
CE findet Anwendung in der Umweltüberwachung zur Analyse von Schadstoffen, Schwermetallen und anderen Schadstoffen in Wasser-, Boden- und Luftproben.
Lebensmittel- und Getränkeanalyse:
CE wird zur Analyse von Lebensmittelzusatzstoffen, Süßungsmitteln, Konservierungsmitteln und Kontaminanten in Lebensmittel- und Getränkeproben eingesetzt.
Forensische Analyse:
CE wird in der Forensik verwendet, um DNA-Proben zu analysieren und das Vorhandensein von Drogen und Toxinen in biologischen Flüssigkeiten festzustellen.
Zusammenfassend ist die Kapillarelektrophorese eine vielseitige Analysetechnik, die Ionen anhand ihrer elektrophoretischen Mobilität in einem Kapillarröhrchen trennt und analysiert. Es bietet zahlreiche Vorteile, darunter eine hohe Trenneffizienz, Empfindlichkeit und vielfältige Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen.