Kapillarelektrophorese

Englisch: capillary electrophoresis

Definition

Die Kapillarelektrophorese ist ein analytisches Trennverfahren, das auf dem Prinzip einer Elektrophorese basiert. Allgemein gesagt bedeutet dies, dass sich geladene Teilchen (Ionen) in einem flüssigen Medium (Gel) unter dem Einfluss eines mehr oder weniger starken elektrischen Feldes bewegen. Dabei hängt die Geschwindigkeit der elektrophoretischen Eigenbewegung der Teilchen von deren Größe, Form und Eigenladung ab. Ferner hat das umgebende Medium einen gewissen Einfluss, weswegen man am ehesten Gel auf der Basis von Polyacrylamid verwendet, da dieses das Ergebnis der Elektrophorese am wenigsten verfälscht. Außerdem ist auch die Stärke des erzeugten elektrischen Feldes von Bedeutung für die Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen. Die Besonderheit einer Kapillarelektrophorese besteht nun darin, dass die genannte Ionenwanderung und die damit einhergehende Trennung der geladenen Teilchen in einem dünnen Kapillarrohr mit einer Elektrolytlösung stattfinden. Das Volumen der zu untersuchenden Teilchen ist durch die enorme Feinheit des Kapillarröhrchens auf 10 Nanoliter begrenzt. Die Dauer eines Durchgangs der Kapillarelektrophorese dauert je nach Teilchen zwischen 4 und 10 Minuten.

Entwicklung

Die Entwicklung der Kapillarelektrophorese geht auf die Herren Mikkers, Everearts und Verheggen zurück, die Ende der 1970er Jahre die Auftrennung von Ionen im System eines dünnen Röhrchens testeten und weiterentwickelten. Perfektioniert wurde dieses Verfahren Anfang der 1980er Jahre durch Jorgenson und Lukacs, die erstmals fused-silica-Kapillaren mit Innendurchmessern von 50 bis 200 µm verwendeten. Dadurch bekam die Kapillarelektrophorese ihre hochgradig effiziente Trennleistung, die sie bis heute so erfolgreich macht. Das günstige Verhältnis aus Volumen und Oberfläche verhindert eine ansonsten auftretende störende, thermische Konvektion und machte die Trennergebnisse wesentlich genauer. Diese werden dann schlussendlich durch angebrachte Detektoren dokumentiert.

Vorteile

höchste Effizienz im Trennungsvorgang
breite Adaptierbarkeit der Trennbedingungen
gute Automatisierbarkeit

Aufbau der Apparatur

Hauptbestandteil ist ein mit Elektrolytlösung befülltes Kapillarröhrchen, das mit beiden Enden in ebenfalls mit Elektrolyten befüllte Behälter taucht
über die Behälter wird die elektrische Spannung zugeführt
das Kapillarröhrchen ist von innen mit Polyimid beschichtet, um die Stabilität der Röhrchen zu erhöhen

Ablauf der Kapillarelektrophorese

Eintauschung eines Elektrolytgefäßes gegen das Gefäß mit der Probe
hydrodynamische Injektion der Probenlösung in das Kapillarröhrchen
anschließend wird Probengefäß wieder durch das Gefäß mit der Elektrolytlösung ersetzt
Anlegung der elektrophoretischen Spannung
Verursachung einer elektrophoretischen Wanderung und Trennung der Ionen
Sammlung der Ionen in bestimmten Zonen
gegen Ende erfolgt Detektion der speziellen Peaks, also der Streifen, in denen an der Kapillarwand gehäuft eine spezielle Ionensorte vorliegt