Капиллярный электрофорез

Капиллярный электрофорез - метод разделения компонентов смеси, основанный на различной скорости движения заряженных частиц (ионов, белков, ДНК-фрагментов) под действием электрического поля внутри кварцевого капилляра, заполненного буферным раствором.

Сам принцип разделения заряженных частиц в электрическом поле предложил шведский ученый Арне Тиселиус в 1930-х годах, за эту работу он получил Нобелевскую премию по химии в 1948 году. Но это был еще не капиллярный вариант – разделение проводилось в обычных U-образных трубках большого диаметра. Метод КЭ в сегодняшнем его виде был описан в работах Джеймса Йоргенсона (James W. Jorgenson) и Кристина Лукаса (Krynn DeArman Lukacs) в 1981 году. Именно они впервые показали, что, если использовать по-настоящему тонкие кварцевые капилляры (75 мкм в диаметре), можно получить высокую эффективность разделения - на порядки выше, чем в электрофорезе на пластинах или в толстых трубках. Их публикация 1981 г. в журнале Analytical Chemistry считается основополагающей для всей области и датой, с которой начинается отсчет капиллярного электрофореза как самостоятельного аналитического метода.

Сущность метода капиллярного электрофореза

Принцип действия метода капиллярного электрофореза представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Сущность метода капиллярногоэлектрофореза.

Анализируемая проба попадает в кварцевый капилляр, заполненный буферным раствором. Под действием высокого напряжения, подаваемого со стороны анода, в капилляре начинается разделение компонентов под действием электрофоретической подвижности и электроосмотического потока (ЭОП). Из-за разной суммарной скорости (электрофоретическая подвижность + ЭОП) компоненты пробы разделяются и по очереди проходят зону детектирования. В качестве детекторов обычно используется спектрофотометрический с диодной матрицей, реже используются флуориметрический или масс-селективные детекторы. Детектор фиксирует прохождение каждой зоны — на выходе получается электрофореграмма: график сигнала во времени, где каждый пик соответствует своему компоненту пробы.

Пример электрофореграммы представлен ниже на рисунке 2.

Рисунок 2. Пример разделения синтетических красителейс помощью системы капиллярного электрофореза.

Программное обеспечение обрабатывает полученный сигнал и определяет время миграции, площадь и высоту пиков, что позволяет качественно оценить состав образца и провести количественное определение каждого компонента.

Почему разделение проводят в тонком кварцевом капилляре?

Из-за малого диаметра капилляра тепло от протекающего тока эффективно рассеивается через стенки, что позволяет использовать гораздо более высокое напряжение, чем в классическом электрофорезе на пластинах, без перегрева и размытия зон. Именно это дает капиллярному электрофорезу его главное преимущество - очень высокую эффективность разделения (счет идет на сотни тысяч теоретических тарелок), недостижимую в других форматах электрофореза.

Какие преимущества у метода капиллярного электрофореза?

Популярность метода капиллярного электрофореза обусловлена его многочисленными преимуществами:

• Высокая эффективность разделения: капиллярный электрофорез обеспечивает значительно более высокое разрешение по сравнению со многими традиционными методами анализа.
• Минимальный расход реагентов: не более 1–2 мл в день, при этом практически не требуется применение высокочистых, дорогостоящих органических растворителей-
• Высокая скорость анализа: в зависимости от методики полный анализ занимает от нескольких минут до получаса, что позволяет существенно увеличить производительность лаборатории.
• Высокая чувствительность: метод электрофореза позволяет определять вещества в очень низких концентрациях, обеспечивая высокую достоверность результатов.
• Простота автоматизации: большинство приборов оснащается автосамплерами, программируемыми методиками анализа и системой автоматической обработки результатов.

Сравнение методов капиллярного электрофореза и жидкостной хроматографии

Традиционно капиллярный электрофорез сравнивают с высокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЭЖХ), поскольку в обоих методах разделение происходит в ограниченном пространстве (капилляре или колонке) с участием движущейся жидкой фазы (буферного раствора или подвижной фазы (элюента)) и для регистрации сигналов используют схожие принципы детектирования и программы обработки данных. Тем не менее у методов есть отличия, которые наглядно представлены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение методов капиллярного электрофореза и ВЭЖХ.

Нельзя однозначно сказать, что один метод лучше другого - они решают разные аналитические задачи:

• капиллярный электрофорез оптимален для анализа заряженных соединений (анионов, катионов), аминокислот, белков, где важны сверхвысокая эффективность разделения, минимальный расход реагентов и низкая стоимость эксплуатации.
• ВЭЖХ остается наиболее универсальным методом жидкостного анализа. Он лучше подходит для широкого круга органических соединений, обеспечивает высокую чувствительность и легко интегрируется с современными детекторами, особенно масс-спектрометрическими.

Во многих лабораториях и научных центрах оба метода используются совместно: ВЭЖХ применяется для большинства рутинных химических анализов, а капиллярный электрофорез - для задач, где требуется разделение по заряду или анализ нуклеиновых кислот, белков и других биомолекул.

Ограничения метода капиллярного электрофореза

Из ограничений капиллярного электрофореза следует отметить невысокую, по сравнению с ВЭЖХ, концентрационную чувствительность и требование к анализируемым соединениям растворяться в воде и разбавленных водно-органических смесях. В то же время эти ограничения не являются непреодолимыми. Так, недостаточную чувствительность определения при использовании УФ-детектирования (из-за малой длины оптического пути, равного внутреннему диаметру капилляра) может скомпенсировать использование таких видов детектирования, как лазерно-индуцированное флуориметрическое (LIF) или масс-спектрометрическое (MS) в сочетании с различными приемами on-line концентрирования пробы (т. н. стэкинг и свиппинг). А вариант неводного капиллярного электрофореза успешно позволяет разделять и анализировать сильно гидрофобные, нерастворимые в водных растворах компоненты пробы.

Области применения капиллярного электрофореза

Область применения метода постоянно расширяется. Наиболее распространенные направления представлены в таблице 2.

Таблица 2. Области применения систем капиллярного электрофореза.

Как видно из таблицы, метод капиллярного электрофореза широко применяется в самых разных областях науки и промышленности. Такая универсальность обусловлена высокой эффективностью разделения, возможностью анализа широкого спектра заряженных соединений и биомолекул, минимальным расходом реагентов.

Производители систем капиллярного электрофореза

Мировой рынок систем капиллярного электрофореза представлен относительно небольшим числом производителей, поскольку разработка таких приборов требует высокой компетенции в области высоковольтной электроники, оптики и аналитического приборостроения. Основные производители представлены в таблице 3.

Таблица 3. Производители систем капиллярного электрофореза.

На российском рынке наиболее распространены системы производства ГК Люмэкс, Agilent и Sebia (рисунок 3). Системы капиллярный электрофорез Люмекс используется производителями пищевых продуктов, кормов и комбикормов для животных, контролирующими органами (ЦГИЭ, ЦГСЭН, подразделениями Росалкогольрегулирования, Россельхознадзора). Системы Agilent Technologies используются чаще всего в научных учреждениях. А системы Sebiа нашли наиболее широкое распространение в подразделениях Минздрава для анализа карбогидрат-дефицитного трансферрина CDT и гликированного гемоглобина.

Рисунок 3. Наиболее распространенные системы капиллярного электрофореза.

Как выбрать систему капиллярного электрофореза?

Выбор системы капиллярного электрофореза зависит от задач лаборатории, видов исследуемых образцов, требований действующих нормативных документов, а также планируемого объема исследований. Перед приобретением оборудования рекомендуется определить, какие методики будут использоваться, какие соединения необходимо анализировать, сколько проб предстоит исследовать ежедневно и какой бюджет выделен на оснащение лаборатории.

При выборе капиллярного электрофореза важно учитывать не только стоимость самого прибора. Для бесперебойной работы системы капиллярного электрофореза требуется правильный подбор расходных материалов и вспомогательного оборудования. К ним относятся пробирки типа Eppendorf, микродозаторы, буферные растворы, капилляры, а также оборудование для пробоподготовки: центрифуги, гомогенизаторы, испарители, системы очистки воды, лабораторные весы и другое оснащение. Кроме того, необходимо предусмотреть лабораторную мебель и рабочие места для безопасной и удобной эксплуатации оборудования.

Компания «Лабтех» более 30 лет занимается поставкой аналитического лабораторного оборудования. За это время специалисты компании реализовали сотни проектов по оснащению лабораторий системами капиллярного электрофореза. Оборудование поставляется по всей территории России - от Калининграда до Владивостока, а также в страны СНГ и Азии.

Накопленный опыт позволяет специалистам компании подобрать оптимальную конфигурацию оборудования под конкретные задачи заказчика, выполнить монтаж, ввод в эксплуатацию, обучение персонала и обеспечить методическое сопровождение. Собственная сервисная служба оперативно выполняет гарантийное и постгарантийное обслуживание, диагностику, ремонт и поставку запасных частей, что обеспечивает надежную и бесперебойную работу оборудования на протяжении всего срока эксплуатации.

Почему российские лаборатории выбирают систему капиллярного электрофореза «Капель»

Одним из наиболее известных решений КЭ на российском рынке является система капиллярного электрофореза «Капель». Они успешно работают в аналитических, экологических, медицинских, фармацевтических и научно-исследовательских лабораториях.

Основные преимущества систем «Капель»:

• Российское производство (преференции в госзакупках);
• Госреестр СИ;
• Стоимость системы капиллярного электрофореза;
• Стоимость расходных материалов;
• Наличие сервисной службы в РФ;
• Наличие методической службы;
• Наличие склада с расходными материалами и запасными частями;
• Наличие утвержденных методик проведения анализа.
• Благодаря широкому набору методик одна система может заменить несколько специализированных приборов при решении рутинных аналитических задач.

Часто задаваемые вопросы

Чем капиллярный электрофорез отличается от жидкостной хроматографии?

Капиллярный электрофорез использует электрическое поле для разделения компонентов, тогда как жидкостная хроматография основана на взаимодействии веществ с неподвижной фазой колонки. Метод КЭ отличается меньшим расходом реагентов, высокой скоростью анализа и высокой эффективностью разделения заряженных соединений.

Какие образцы можно исследовать?

Метод подходит для анализа воды, пищевой продукции, фармацевтических препаратов, биологических жидкостей, объектов окружающей среды и многих других типов образцов.

Насколько сложна эксплуатация системы?

Современные приборы максимально автоматизированы и не требуют сложной подготовки оператора. После обучения персонал может быстро освоить выполнение рутинных анализов.

Какие расходные материалы требуются для работы систем капиллярного электрофореза?

Для обеспечения бесперебойной работы системы капиллярного электрофореза требуется наличие буферных растворов, капилляров, калибровочных стандартов, пробирок типа Эппендорф или микропланшетов, микродозаторов, а также систем для пробоподготовки образцов и системы очистки воды.

Как часто требуется техническое обслуживание?

Регламентное обслуживание обычно проводится один раз в год. Дополнительно рекомендуется регулярно промывать капилляр и своевременно заменять расходные материалы.

Какая стоимость системы капиллярного электрофореза Капель-105М?

Стоимость аппаратно-программного комплекса на базе системы капиллярного электрофореза Капель-105М начинается от 1 миллиона рублей и зависит от комплекта оборудования, расходных материалов, количества аттестованных методик, требуемых услуг по методическому сопровождению

Капиллярный электрофорез - это современный, высокоточный и экономичный метод аналитического контроля, который успешно применяется в различных отраслях науки и промышленности. Благодаря высокой эффективности разделения, минимальному расходу реагентов и широким возможностям автоматизации системы капиллярного электрофореза становятся оптимальным выбором для лабораторий, стремящихся повысить качество и производительность исследований.

Компания Лабтех предлагает современные системы капиллярного электрофореза, включая решения серии «Капель»и 7100 Agilent, а также полный комплекс услуг по подбору оборудования, поставке, вводу в эксплуатацию, обучению персонала и сервисному обслуживанию.

Вы можете купить системы капиллярного электрофореза в компании Лабтех в Москве по наименьшей цене.