Kapilláris elektroforézis

Hasonló dokumentumok
ELMÉLETI, SZÁMOLÁSI FELADATOK

Fehérjék elválasztására alkalmazható mikrofludikai rendszerek Bioanalyzer, LabChip rendszerek. A készülékek működési elve, felépítésük, alkalmazásuk.

Az elválasztás elméleti alapjai

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

DR. FEKETE JENŐ. 1. ábra: Átviteli módok HPLC, GC ill. CE technikák esetén

4.3. Mikrofluidikai csipek analitikai alkalmazásai

Kapilláris elektroforézis lehetőségei. Szabó Zsófia Országos Gyógyintézeti Központ Immundiagnosztikai Osztály

Szedimentáció, elektroforézis. Biofizika előadás Talián Csaba Gábor

Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)

Kromatográfiás módszerek

1. A MÓDSZER RÖVID ÁTTEKINTÉSE

KAPILLÁRIS ELEKTROFORÉZIS. dolgozat az Elválasztási műveletek a biotechnológiai iparokban c. tárgyhoz

Az elektromos kettős réteg és speciális alakulásai. Bányai István DE Fizikai Kémiai Tanszék

Biofizika szeminárium

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Elektroforézis technikák

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Határfelületi elektromos tulajdonságok ( tétel) Előadás: március 11

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Reakciókinetika és katalízis

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Vg = fv. = 2r2 ( ρ ρ 0 )g. v sed. 3 r3 πg = 6πη 0. V = 4 3 r3 π

Reológia Mérési technikák

ELEKTROFORÉZIS TECHNIKÁK

HOMOGÉN EGYENSÚLYI ELEKTROKÉMIA: ELEKTROLITOK TERMODINAMIKÁJA

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

A TÖMEGSPEKTROMETRIA ALAPJAI

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Vezetők elektrosztatikus térben

3/11/2015 SZEDIMENTÁCIÓ ELEKTROFORÉZIS. Szedimentáció, elektroforézis. Alkalmazások hematológia - vér frakcionálása

A kettős réteg speciális alakulása

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Fizika 1 Elektrodinamika beugró/kis kérdések

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Az adszorpció néhány alkalmazása. Kromatográfia: az analitika anyag rövid összefoglalása

Kolloidstabilitás. Berka Márta 2010/2011/II

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Mivel foglalkozik a hőtan?

Kromatográfia Bevezetés. Anyagszerkezet vizsgálati módszerek

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

Nagyfelbontású elválasztástechnikai módszerek kifejlesztése és alkalmazása biológiailag aktív és gyógyszer-jelölt molekulák analízisében

Vérkeringés. A szív munkája

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

-2σ. 1. A végtelen kiterjedésű +σ és 2σ felületi töltéssűrűségű síklapok terében az ábrának megfelelően egy dipól helyezkedik el.

Elektrokinetikus jelenségek Kolloid stabilitás

Ciklodextrin komplexképzésen alapuló királis elválasztás vizsgálata kapilláris elektroforézissel

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

Megoldás: A feltöltött R sugarú fémgömb felületén a térerősség és a potenciál pontosan akkora, mintha a teljes töltése a középpontjában lenne:

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Gyakorlati Forduló Válaszlap Fizika, Kémia, Biológia

A kromatográfia típusai

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Fordított fázisú ionpár- kromatográfia ( Reversed Phase Ion-Pair Chromatography, RP-IP-HPLC )

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

Kolloidkémia 8. Előadás Kolloidstabilitás. Szőri Milán: Kolloidkémia

KAPILLÁRIS ELEKTROFORÉZIS (2)

Elektromos alapjelenségek

4. változat. 2. Jelöld meg azt a részecskét, amely megőrzi az anyag összes kémiai tulajdonságait! A molekula; Б atom; В gyök; Г ion.

Transzportfolyamatok

Orvosi Fizika 13. Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika 2. ZH, december 05. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

Transzportjelenségek

Egyenáram. Áramkörök jellemzése Fogyasztók és áramforrások kapcsolása Az áramvezetés típusai

Szedimentáció, Biofizika szeminárium 2. szemeszter


Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Kolloidkémia 5. Előadás Kolloidstabilitás. Szőri Milán: Kolloidkémia

Kolloidkémia 5. előadás Határfelületi jelenségek II. Folyadék-folyadék, szilárd-folyadék határfelületek. Szőri Milán: Kolloidkémia

Szabadentalpia nyomásfüggése

Kémiai reakciók sebessége

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

Vg = fv. = 2r2 ( ρ ρ 0 )g. v sed. 3 r3 πg = 6πη 0. V = 4 3 r3 π

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

71. A lineáris és térfogati hőtágulási tényező közötti összefüggés:

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeinek csökkentése - oxigén beviteli hatékonyság értékelésének módszere

Szedimentáció, elektroforézis

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Jegyzőkönyv. Konduktometria. Ungvárainé Dr. Nagy Zsuzsanna

Az élethez szükséges elemek

Az anyagok lehetséges állapotai, a fizikai körülményektől (nyomás, hőmérséklet) függően. Az anyagokat általában a normál körülmények között jellemző

Lakos István WESSLING Hungary Kft. Zavaró hatások kezelése a fémanalitikában

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

A kémiai és az elektrokémiai potenciál

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

Rezervoár kőzetek gázáteresztőképességének. fotoakusztikus detektálási módszer segítségével

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

5. Laboratóriumi gyakorlat

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Átírás:

Kapilláris elektroforézis Kapilláris elektroforézis. Elméleti alapok: elektroozmózis, eof meghatározása, szabályzása elválasztási hatékonyság, zónaszélesedés 1

Kapilláris elektroforézis A kapilláris elektroforézis (CE) a jelenlegi legnagyobb teljesítőképességű, napjainkban is dinamikusan fejlődő elválasztástechnikai módszer. Számos előnye közé tartozik a könnyű automatizálhatóság, a minimális mintamennyiség (1-10 nl), a magas elméleti tányérszám, a rövid analízisidő, és a jól tervezhető körülmények az optimális elválasztáshoz. μ 0 i v 0 i E z i e 6πηr i elektroozmózis (elektroendozmózis): kulcsfontosságú, csak kapilláris rendszerekben fellépő jelenség

Áramlási profilok kvarckapillárisban CE LC Nyomás (a), illetve elektromos térerősség (b) segítségével előállított folyadékáramok áramlási profiljai. A nyilak az áramlás sebességvektorait jelölik 3

Áramlási profilok kvarckapillárisban 4

Kettős ionréteg 5

Diffúz réteg ε ε kt r 0 β N Ae I I 1 i z i ci r a relatív dielektromos állandó 0 a vákuum dielektromos állandója [8,854. 10-1 F m -1 ] k a Boltzman állandó [1,38. 10-3 J K -1 ] T a hőmérséklet [K] N A az Avogadro állandó [6,0. 10 3 mol -1 ] e az elektron töltése [-1,60. 10-19 C] Vizes oldatoknál 98 K hőmérsékleten és r =78,30 esetén: c i az i komponens (ion) koncentrációja [M] z i az i komponens (ion) töltésszám β 310 I 8 v EOF = μ EOF. E μ EOF az elektroozmotikus mozgékonyság μ EOF ζ ε 4πη 6

Diffúz ionréteg Kvarcüveg zéta-potenciáljának változása a ph függvényében kálium-nitrát vizes oldatában 7

EOF 8

EOF 9

Kationos detergensek az eof megváltoztatására CTAB 10

Kationos detergensek az eof megváltoztatására Kationos felületaktív anyagok, így a CTAB (a), és a DeTAB, DoTAB és TTAB (b) koncentrációjának hatása az elektroozmotikus mozgékonyságra. 11

Az eof szabályzása Változó Eredmény Megjegyzés Elektromos tér Arányos változás az Csökkentésével az elválasztás hatékonysága EOF-ben és a felbontás csökkenhet Puffer ph Ionerősség vagy pufferkoncentráció Hőmérséklet Szerves módosító adalék Felületaktív anyag Töltés nélküli, hidrofób polimerek Kovalens kötéssel kötődő anyagok Az EOF kis ph-nál csökken, nagy ph-nál nő Növekedésével csökken a zéta potenciál és az EOF A viszkozitás -3%-kal változik C-ként Megváltoztatja a zéta potenciált és a viszkozitást (általában csökken az EOF) Hidrofób és/vagy ionos kölcsönhatásokkal a kapilláris falára adszorbeálódnak Hidrofób kölcsönhatásokkal a kapilláris falára adszorbeálódnak Kémiai kötés a kapilláris falához Növelésével jelentős Joule-hő fejlődhet A legegyszerűbb és legeredményesebb módszer az EOF szabályzásához Megváltoztathatja az elválasztandó részecskék töltését vagy szerkezetét Nagy ionerősség nagyobb áramerősséget és Joule-hőt eredményez Kis ionerősség problémákat jelenthet a minta adszorpciója miatt A kapott jel alakja torzulhat, ha a vezetőképesség eltér a minta vezetőképességétől Változtatása gyakran hasznos, mivel a hőmérsékletet a készülék maga képes szabályozni Komplex változások, hatásukat legegyszerűbben kísérletesen lehet meghatározni Megváltozhat a szelektivitás Felületaktív anionok növelhetik az EOF-t Felületaktív kationok csökkenthetik az EOFt vagy megfordíthatják annak irányát Jelentősen megváltoztathatja a szelektivitást Csökkenti az EOF-t a felületi töltések elfedésével és a viszkozitás növelésével Sokféle módosítás lehetséges (hidrofób jelleg mértéke vagy töltés) A stabilitás gyakran problémákat okoz 1

Az eof meghatározása eof marker: töltésnélküli széles ph tartományban, vízoldható, ne adszorbeálódjon pl. aceton, benzilalkohol t K a K komponens migrációs ideje, t A az A komponens migrációs ideje, t EOF az EOF-t jelző anyag migrációs ideje, w K a K komponens csúcsszélessége, w A az A komponens csúcsszélessége 13

Az eof meghatározása v + eredő a kation eredő sebessége, v- eredő az anion eredő sebessége, v EOF az EOF sebessége, v + a kation elektroforetikus sebessége, v - az anion elektroforetikus sebessége, L eff a kapilláris effektív hossza, L t a kapilláris teljes hossza, a diffúziós kettősréteg vastagsága 14

Látszólagos (eredő) mozgékonyság μ EOF v EOF E L t eff EOF L t U effektív mozgékonyság látszólagos mozgékonyság v i v ieredő - v EOF L t eff i L t eff EOF v i az i komponens elektroforetikus sebessége [cm s -1 ] v i(eredő) az i komponens eredő sebessége [cm s -1 ] v EOF az EOF sebessége [cm s -1 ] L eff a kapilláris effektív hossza [cm] t i az i komponens migrációs ideje [s] t EOF az EOF jelző anyagának (markerének) migrációs ideje [s] μ i v i E v i L U t L t a kapilláris teljes hossza [cm] U az alkalmazott feszültség [V] 15

Látszólagos (eredő) mozgékonyság Benziltrimetilammónium (1), benzil-alkohol (), acetilszalicilát (3), 4-hidroxibenzoát (4) és benzoát (5) elektroferogramja Ion/vegyület t [perc] v eredő [cm/s] v [cm/s] μ [cm /Vs] benziltrimetilammónium 3,00 0,78 0,098 3,7. 10-4 benzil-alkohol 4,6 0,180-6,8. 10-4 acetilszalicilát 8,84 0,094-0,086-3,3. 10-4 4-hidroxibenzoát 9,4 0,088-0,09-3,5. 10-4 benzoát 10,84 0,077-0,103-3,9. 10-4 16

Hatékonyság, felbontás elméleti tányérszám: N 554. w t 1/ t az adott komponens migrációs ideje [s] w csúcsszélesség a csúcs félmagasságánál [s] elméleti tányérmagasság: H l eff N l eff effektív hossz [m] felbontás: R t t 1 w w 1 w csúcsszélesség a csúcs alapjánál [s] A zónaszélesedéshez hozzájáruló különböző hatások additíven összegezhetők: σ σ VO σ MO σ LD σ DE σ WA σ T σ Δμ a Gauss-görbe alakú csúcs szélességének szórásnégyzete VO: térfogati túlterhelés MO: anyagi túlterhelés LD: hosszirányú diffúzió DE: detektálás WA: adszorpció a kapilláris falára T: termikus hatások : mozgékonyságbeli különbség a puffer és a minta részecskéi között 17

Hosszirányú diffúzió Dt DlL ev D = az adott részecske diffúziós koefficiense N evl eel DL D A koncentrációeloszlás megváltozásának időfüggése. A t 1 <t <t 3 a Gauss-görbe standard deviációjának időfüggését, az x 1, x, x 3 az injektálási ponttól számított távolságot jelzik. 18

Hosszirányú diffúzió Vizes oldatokban lévő molekulák molekulatömegei és diffúziós együtthatói Anyag Molekulatömeg Diffúziós együttható [g mol -1 ] [cm s -1 10 5 ] nátrium ion 3 1,5 etanol 46 1,08 valin 117 0,74 triptofán 04 0,61 glükóz 180 0,56 citokróm C 13 400 0,11 szérum albumin (humán) 68 500 0,069 fibrinogén (humán) 340 000 0,019 dohánymozaik vírus 4 059 000 0,0046 19

Termikus hatások P U I R I U d π κ L P teljesítmény [W] d a kapilláris belső átmérője [cm] L a kapilláris hossza [cm] a puffer fajlagos vezetőképessége [S cm -1 ] A pufferben és a kapilláris falában mutatkozó hőmérsékletgradiens a: parabola-alakú hőmérsékletcsökkenés a pufferben, b és c: exponenciális hőmérsékletcsökkenés a kvarcban (kapilláris falában) és a hűtőközegben. (db: belső átmérő, dk: külső átmérő) 0

Termikus hatások a, Ideális eset, pusztán hosszirányú diffúzióval számolva b, A hoszirányú diffúzión kívül termikus hatásokkal is számolva 1

Termikus hatások szervetlen puffer (borát) szerves puffer (CAPS)

Elektrodiszperzió Az elektrodiszperzió okozta zónaszélesedés magyarázata: a térerősség, a minta koncentrációeloszlása és a csúcsalak megváltozása a zónában. A, A mintazóna ionjainak mozgékonysága nagyobb, mint a pufferelektrolité B, A mintazóna és a pufferelektrolit ionjainak mozgékonysága megegyezik C, A mintazóna ionjainak mozgékonysága kisebb, mint a pufferelektrolité 3

Fali adszorpció Diaminopropán adalék koncentrációjának hatása a faladszorpció miatt kialakuló zónaszélesedésre 4

Túlterhelés 5

Zónaszélesedés (összefoglalás) A zónaszélesedés oka Hosszirányú diffúzió Megjegyzés A meghatározás időtartamával és a diffúziós együtthatóval egyenes arányban, a molekulatömeggel fordított arányban nő. Termikus hatások Hőáramláshoz és a puffer viszkozitásának helyi megváltozásához vezet. Injektálás hossza A mintakomponensek adszorpciója a falhoz Elektrodiszperzió (mozgékonyságbeli különbségek) Magasságkülönbség a folyadékok szintjében Kisebbnek kell lennie a diffúzió által létrehozott zónánál; az injektálás hosszúságának növelésével a kimutatási határ javítható. Lassan süllyedő csúcsalakokat (tailing) okoz, a migrációs idők reprodukálhatósága romlik. Háromszög-alakú csúcsokat okoz. Lamináris áramlás parabolaszerű áramlási profillal. 6