¿Cómo funciona la electroforesis capilar?

La electroforesis capilar (CE) es un método de separación analítica que utiliza un campo eléctrico para separar los componentes de una mezcla. Básicamente, se trata de electroforesis en un capilar, un tubo estrecho. Por lo tanto, los componentes de la mezcla se separan en función de su movilidad electroforética. Los tres factores que determinan la movilidad electroforética de una molécula particular son la carga de la molécula, la viscosidad del medio de separación y el radio de la molécula. Solo los iones se ven afectados por el campo eléctrico mientras que las especies neutrales no se ven afectadas. La velocidad de una molécula que se mueve a través del capilar depende de la fuerza del campo eléctrico.

Áreas clave cubiertas

1. ¿Qué es la electroforesis capilar?
     - Definición, instrumentación, métodos.
2. ¿Cómo funciona la electroforesis capilar?
     - Teoría de la electroforesis capilar

Términos clave: Electroforesis capilar (CE), Métodos de separación electroforética capilar, Tubo capilar, Carga, Movilidad electroforética de flujo electroosmótico

¿Qué es la electroforesis capilar?

La electroforesis capilar se refiere a un método de separación analítica mediante el cual los componentes de una mezcla se separan según su movilidad electroforética. En los primeros experimentos, se utilizó un tubo de U de vidrio lleno de geles o soluciones. Los capilares fueron utilizados después de la década de 1960..

Instrumentación

El capilar está hecho de sílice fundida, con un diámetro interno de 20-100 µm. Se suministra un campo eléctrico de alto voltaje a los extremos del tubo capilar. Los electrodos están conectados a los extremos del tubo capilar a través de una solución de electrolito o un tampón acuoso. El capilar se llena con un fluido conductor a un pH determinado. Además de los detectores y otros dispositivos de salida, algunos instrumentos se utilizan para el control de la temperatura del sistema, lo que garantiza resultados reproducibles. La muestra se introduce en el capilar mediante inyección. La instrumentación del sistema electroforético capilar se muestra en Figura 1.

Figura 1: Electroforesis capilar - Instrumentación

Métodos de separación electroforética capilar 

Se pueden identificar seis tipos de métodos de separación electroforética capilar..

1. Electroforesis de zona capilar (CZE) - Se utiliza una solución libre como fluido conductor..
2. Electroforesis capilar en gel (CGE) - Se utiliza un gel como fluido conductor..
3. Cromatografía capilar electrocinética micelar (MEKC) - Los componentes de una mezcla se separan mediante la división entre las micelas y el solvente / fluido conductor.
4. Electrocromatografía capilar (CEC) - Se utiliza una columna empaquetada en excepción del fluido conductor. Se pasa un líquido móvil sobre la columna junto con la mezcla a separar.
5. Enfoque isoeléctrico capilar (CIEF) - Se utiliza principalmente para separar componentes zwitteriónicos como péptidos y proteínas que contienen cargas positivas y negativas. Se usa un fluido conductor con un gradiente de pH para separar la solución de proteína. Cada proteína migra al área con su punto isoeléctrico dentro del gradiente de pH. En el punto isoeléctrico, la carga neta de las proteínas se vuelve cero.
6. Isotacoforesis capilar (CITP) - Es un sistema discontinuo. Cada componente migra en zonas consecutivas, y la cantidad del componente se obtiene al medir la duración de la migración.

¿Cómo funciona la electroforesis capilar?

En general, las especies cargadas comienzan a moverse en campos eléctricos. La carga, la viscosidad y el radio molecular son los tres factores que determinan la movilidad electroforética de una molécula en un campo eléctrico..

1. Carga: los cationes (moléculas cargadas positivamente) se mueven hacia el cátodo (electrodo negativo) mientras que los aniones (moléculas cargadas negativamente) se mueven hacia el ánodo (electrodo positivo).
2. Viscosidad: la viscosidad del medio es opuesta al movimiento de las moléculas, y es constante para un medio de separación particular.
3. Radio de ión / molécula: la movilidad electroforética disminuye al aumentar el radio de la molécula.

Por lo tanto, si dos moléculas con el mismo tamaño se someten a electroforesis, la molécula con la mayor carga se moverá más rápido. La tasa de migración de las especies cargadas se incrementa con la fuerza creciente del campo eléctrico. El mecanismo de electroforesis capilar se muestra en Figura 2.

Figura 2: Electroforesis capilar

Flujo Electroosmótico (EOF)

El flujo electroosmótico genera la fase móvil de la electroforesis capilar. En la mayoría de los casos, el material capilar es sílice. La sílice se hidroliza, lo que produce SiO con carga negativa.^- Iones cuando las soluciones con un pH superior a 3 pasan a través del tubo capilar. Entonces, la pared capilar lleva la capa cargada negativamente. Los cationes de la solución son atraídos por estas cargas negativas, formando una doble capa de cationes sobre las cargas negativas. La capa interna de cationes es estable, mientras que la capa externa de cationes se mueve hacia el cátodo como un flujo masivo de moléculas cargadas. El flujo masivo de cationes se produce cerca de la pared capilar durante la electroforesis capilar. El flujo electroosmótico cerca de la pared capilar se muestra en figura 3.

Figura 3: Flujo Electroosmótico

El pequeño diámetro de la pared capilar contribuye a maximizar el efecto de EOF, lo que ayuda a desempeñar un papel vital en el movimiento de especies cargadas en la electroforesis capilar. 

Conclusión

La electroforesis capilar es un método de separación analítica en el que las especies cargadas se separan en función de su movilidad electroforética. En general, el tamaño y la carga de las moléculas sirven como factores para la separación..

Referencia:

1. "Electroforesis capilar". Quimica LibreTextos, Libretexts, 28 de noviembre de 2017, disponible aquí.

Imagen de cortesía:

1. "Capilar electroforesis" por Apblum - (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia
2. "Electroforesis capilar" por Andreas Dahlin (CC BY 2.0) a través de Flickr
3. "Capillarywall" Por Apblum - wikipedia en inglés (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia