Was ist CE: Informationen für Fachfremde
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1. Was ist CE? | ||
| CE ist das
Akronym für Kapillarelektrophorese (engl. capillary
electrophoresis) und bezeichnet ein noch sehr junges Analysenverfahren, das
in erst in den letzten 10 Jahren den Sprung von der wissenschaftlichen Nischenentdeckung
zur allgemein akzeptierten Trennmethode geschafft hat. Grundlage jeder elektrophoretischen
Trennung ist das Phänomen, daß elektrisch geladene Teilchen (in unserem Fall Ionen) in
einem elektrischen Feld zum entgegengesetzt geladenen Pol zu wandern beginnen (Migration),
und zwar mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, je nach Ladung und Größe der Teilchen.
Somit kann ein Probegemisch unter geeigneten Bedingungen in seine Einzelkomponenten
aufgetrennt werden. Dieses Prinzip wird - ohne Kapillaren allerdings - schon seit
Jahrzehnten in der Bioanalytik zur Trennung von Aminosäuren, Peptiden und Proteinen
angewandt. In einem für analytische Begriffe etwas "grobschlächtigen" Aufbau
wird ein Filterpapier mit einer leitfähigen Salzlösung (Elektrolyt) getränkt und
die Probe bandenförmig aufgetragen. Bringt man an den Enden des Papiers nun zwei
Elektroden an und legt an diese eine Spannung an, so beginnen die geladenen Probemoleküle
unter dem Einfluß des Feldes zur entsprechenden Elektrode zu migrieren, und zwar positiv
geladene Moleküle (Kationen) zur negativ geladenen Elektrode (Kathode),
negativ geladene Analytmoleküle (Anionen) dagegen zur positiv geladenen
Elektrode (Anode). Diese Flachbettelektrophorese hat
allerdings zahlreiche gravierende Nachteile, u. a. die schlechte Reproduzierbarkeit
(offenes System mit großer Oberfläche), schwierige Detektion (meist braucht man
Sprühreagenzien, die die Analyten anfärben), große Probenmengen und die mangelnde
Automatisierbarkeit. Insbesondere läßt aber die Trennleistung sehr zu wünschen übrig,
was u.a. daran liegt, daß man aus Sicherheitsgründen keine hohen Spannungen an eine
solche Konstruktion anlegen kann.
Abb. 1: Trennprinzip Mitte der achtziger Jahre gelang es erstmals, dieses Trennprinzip vom Flachbett in eine langgezogene Kapillare aus Kieselgel (fused silica) zu verlegen. Innerhalb der elektrolytgefüllten Kapillare, die an beiden Enden in Puffergefäße eintaucht, in denen sich auch die Elektroden befinden, spielt sich demnach derselbe Trennmechanismus ab. Allerdings tritt hier noch ein weiterer Wanderungsmechanismus auf, der sog. elektroosmotische Fluß (EOF). Vereinfacht gesagt sorgt die pH-abhängige Wandladung des Kieselgels dafür, daß die im System enthaltenen Kationen des Pufferelektrolyten (die natürlich ebenfalls zur Kathode wandern) mit ihren Hüllen aus Wassermolekülen den gesamten Puffer langsam zur Kathode mitschleppen. Dieser Effekt macht sich erst in einer Kapillare deutlich bemerkbar, da hier die Oberfläche der Kapillarwand im Vergleich zum Volumen des Elektrolyten sehr groß ist. Somit kommt es in der freien Kapillarzonenelektrophorese (CZE) zur Überlagerung zweier Wanderungsmechanismen, die sich auf die einzelnen Analyten unterschiedlich auswirken. Bei kathodengerichtetem EOF werden die kationischen Analytmoleküle zur Kathode hin beschleunigt; Anionen hingegen werden durch den EOF ausgebremst - schnelle Anionen wandern daher langsamer zur Anode, langsame Anionen können sogar bei genügend großem EOF entgegen ihrer Ladung zur Kathode geschleppt werden (Abb. 1).
Abb. 2: Geräteskizze Abb. 2 zeigt den schematischen Aufbau einer Kapillarelektrophoreseapparatur. Typische Kapillarlängen liegen zwischen 30 bis 70 cm (in Ausnahmefällen auch mehr), die Innendurchmesser betragen 25 bis 100 µm. Übliche Spannungen betragen zwischen 5 und 30 kV. Die Probe wird an einem Ende der Kapillare eingespritzt oder elektrokinetisch eingebracht, detektiert wird am gegenüberliegenden Ende, und zwar am häufigsten durch Messung der UV-Absorption durch einen UV-Detektor. Neben der extrem hohen Trennleistungen eines solchen Systems zählen die niedrigen Nachweisgrenzen, die geringen Probemengen und die hohe Automatisierbarkeit zu den Vorteilen. Insbesondere in der Biochemie macht sich positiv bemerkbar, daß die Probenvorbereitung meist einfacher ausfällt als bei anderen Trennverfahren. Da ungeladene Bestandteile nur durch den EOF transportiert werden, können störende Matrixbestandteile oft allein durch die Migrationsunterschiede von den Zielmolekülen in der Kapillare abgetrennt werden. Der Mensch im Alltag profitiert dabei von diesem Trennverfahren erheblich. Daß heute zur Blutzuckerbestimmung nur noch ein Blutstropfen aus einem Finger genügt, wo früher über Armkanülen gut 50 ml Blut abgenommen werden mußten, ist ein Beispiel dafür, und es ist kaum untertrieben zu behaupten, daß die Entschlüsselung des menschlichen Erbgutes erst durch die CE ermöglicht wurde. |
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| Weitere detaillierte Informationen über CE (Kapillarelektrophorese) und CEC (Kapillarelektrochromatographie) sind erhältlich unter http://www.ceandcec.com | |||
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fortgesetzt ...! |
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