Hiệu quả và độ phân giải
Số lượng các mảng lý thuyết, hoặc hiệu quả tách, trong điện di mao mạch được cho bởi:
{\ displaystyle N = {\ frac {\ mu V} {2D_ {m}}}} N = {\ frac {\ mu V} {2D_ {m}}}
Trong đó {\ displaystyle N} N là số lượng các lớp lý thuyết, {\ displaystyle \ mu} \ mu là sự di động rõ ràng trong môi trường phân tách và {\ displaystyle D_ {m}} D_ {m} là hệ số khuếch tán của chất phân tích . Theo phương trình này, hiệu quả của sự phân tách chỉ bị giới hạn bởi sự khuếch tán và tỷ lệ thuận với cường độ điện trường, mặc dù các cân nhắc thực tế giới hạn sức mạnh của điện trường lên vài trăm vít trên một centimet. Áp dụng các tiềm năng rất cao (> 20-30 kV) có thể dẫn đến sự va đập hoặc sự cố của mao quản. Hơn nữa, việc ứng dụng các điện trường mạnh dẫn đến sưởi ấm điện trở (Joule heating) của bộ đệm trong mao mạch. Tại điểm mạnh trường cao, hệ thống sưởi ấm này đủ mạnh để gradient nhiệt độ radial có thể phát triển trong mao mạch. Vì tính di động của điện ion thường phụ thuộc vào nhiệt độ (do cả ion hóa phụ thuộc vào nhiệt độ và hiệu quả độ nhớt của dung môi), một cấu hình nhiệt độ không đồng đều tạo ra sự biến động của điện di động qua mao mạch, và mất độ phân giải. Sự khởi đầu của sự gia nhiệt Joule có thể được xác định bằng cách xây dựng một “âm mưu luật Ohm”, trong đó dòng điện qua mao mạch được đo như là một chức năng của tiềm năng áp dụng. Ở trường thấp, dòng điện tỷ lệ thuận với điện thế áp dụng (Ohm’s Law), trong khi tại các trường cao hơn, dòng điện chạy lệch từ đường thẳng khi nhiệt làm giảm điện trở của bộ đệm. Độ phân giải tốt nhất thường đạt được ở cường độ trường cực đại mà Joule sưởi ấm không đáng kể (nghĩa là gần biên giữa các chế độ tuyến tính và phi tuyến của cốt truyện Luật Ohm). Nói chung các mao mạch có đường kính nhỏ hơn sử dụng các cường độ trường cao hơn, do sự tản nhiệt được cải thiện và gradient nhiệt nhỏ hơn so với các mao mạch lớn hơn, nhưng với những hạn chế về độ nhạy thấp hơn trong việc phát hiện độ hấp thụ do độ dài đường đi ngắn hơn, lấy mẫu vào mao mạch (mao mạch nhỏ đòi hỏi áp lực lớn hơn và / hoặc thời gian lâu hơn để ép các chất lỏng qua mao dẫn).
Hiệu quả của sự tách biệt điện di mao mạch thường cao hơn nhiều so với hiệu quả của các kỹ thuật tách khác như HPLC. Không giống như HPLC, trong quá trình điện di mao mạch không có sự chuyển giao khối lượng giữa các pha. Ngoài ra, hồ sơ lưu lượng trong các hệ thống điều khiển EOF là phẳng, chứ không phải là đặc tính dòng chảy tròn luồng tròn của dòng chảy theo áp lực trong các cột sắc ký như trong hình 5. Do đó, EOF không đóng góp đáng kể vào việc mở rộng băng tần trong sắc ký khí áp lực. Sự tách biệt điện di mao mạch có thể có vài trăm nghìn tấm lý thuyết
Hình 5: Các sơ đồ dòng chảy của dòng chảy laminar và electroosmotic.
Độ phân giải ({\ displaystyle R_ {s}} R_s) của phép tách điện di mao mạch có thể được viết như sau:
{\ displaystyle R_ {s} = {\ frac {1} {4}} \ left ({\ frac {\ triangle \ mu _ {p} {\ sqrt {N}}} {\ mu _ {p} + \ m _ _ {}} {}}} {}} {}} {}} {}} {}}} {} \ mu _ {p} + \ mu _ {o}}} \ phải)
Theo phương trình này, độ phân giải tối đa đạt được khi các điện di động điện động và điện động tương tự nhau về cường độ và ngược lại trong ký hiệu. Ngoài ra, có thể thấy rằng độ phân giải cao đòi hỏi tốc độ thấp hơn, và tương ứng, tăng thời gian phân tích.
Bên cạnh sự khuếch tán và sự nóng lên của Joule (được thảo luận ở trên), các yếu tố có thể làm giảm độ phân giải trong phép điện di mao mạch từ các giới hạn lý thuyết trong phương trình trên bao gồm, nhưng không giới hạn, độ rộng hữu hạn của nút phun và cửa sổ phát hiện; tương tác giữa các chất phân tích và các bức tường mao mạch; các sự không lý tưởng của dụng cụ chẳng hạn như sự khác biệt nhỏ về chiều cao của các bể chứa chất lỏng dẫn đến việc nhúng vòi nước; những bất thường trong điện trường do, ví dụ, các đầu mao mạch không hoàn hảo; sự cạn kiệt khả năng lưu trữ trong hồ chứa; và electrodispersion (khi một chất phân tích có độ dẫn điện cao hơn so với điện cực nền). Xác định và giảm thiểu các nguồn mở rộng băng tần là chìa khóa để phát triển phương pháp thành công trong điện di mao mạch, với mục tiêu tiếp cận càng gần càng tốt với lý tưởng của độ phân giải hạn chế khuếch tán.
Các ứng dụng
Điện di mao mạch có thể được sử dụng để xác định đồng thời các ion NH4 +, Na +, K +, Mg2 + và Ca2 + trong nước bọt.
Ứng dụng điện di mao mạch trong khoa học pháp y
Một trong những ứng dụng chính của CE trong khoa học pháp y là phát triển các phương pháp để khuếch đại và phát hiện các đoạn DNA bằng cách sử dụng phản ứng chuỗi polymerase (PCR) dẫn đến những tiến bộ nhanh chóng và ấn tượng trong việc nhập DNA trong pháp y. Sự phân tách DNA được thực hiện bằng cách sử dụng các mao mạch silica kết hợp CE, 50mm, đã được lấp đầy với một bộ đệm sàng. Những mao mạch này có khả năng tuyệt vời để giải nhiệt, cho phép cường độ trường điện cao hơn nhiều so với điện di gel dạng tấm. Do đó việc tách mao mạch nhanh và hiệu quả. Ngoài ra, các mao mạch có thể dễ dàng được thay thế và thay đổi để tiêm hiệu quả và tự động. Phát hiện xảy ra qua huỳnh quang thông qua một cửa sổ khắc trong mao mạch. Cả hai thiết bị mao mạch đơn và mao mạch đều có sẵn với các hệ thống mảng có khả năng chạy đồng thời 16 mẫu trở lên để tăng công suất.
Việc sử dụng chủ yếu của CE bởi một nhà sinh vật học pháp y là đánh máy STR từ các mẫu sinh học để tạo ra một hồ sơ từ các marker di truyền đa hình có sự khác biệt giữa các cá thể. Các ứng dụng mới nổi khác của CE bao gồm phát hiện các mRNA cụ thể để giúp xác định nguồn gốc sinh học hoặc mô của một mẫu pháp y.
Một ứng dụng khác của CE trong pháp y là phân tích mực in, nơi sự phân biệt của mực in phun đang trở nên cần thiết do ngày càng thường xuyên xảy ra thường xuyên của các tài liệu in bằng máy in phun. Thành phần hóa học của mực cung cấp thông tin rất quan trọng trong trường hợp các tài liệu gian lận và tiền giấy giả mạo. Phương pháp sắc ký vi mũ điện cơ (MECC) đã được phát triển và áp dụng cho việc phân tích các loại mực được chiết xuất từ giấy. Do độ phân giải cao so với các loại mực có chứa một số chất rất giống nhau về mặt hoá học, sự khác nhau giữa các loại mực từ cùng một nhà sản xuất cũng có thể được phân biệt. Điều này làm cho nó thích hợp để đánh giá nguồn gốc của các tài liệu dựa trên thành phần hóa học của mực. Cần lưu ý rằng do khả năng tương thích của cùng một hộp mực với các mô hình máy in khác nhau, việc phân biệt mực trên cơ sở cấu hình điện của MECC là một phương pháp đáng tin cậy hơn để xác định hộp mực có nguồn gốc (nhà sản xuất và hộp mực của nó số) chứ không phải là mô hình xuất xứ của máy in.