L'électrophorèse capillaire (EC) est une méthode de séparation analytique qui utilise un champ électrique pour séparer les composants d'un mélange. Fondamentalement, c'est l'électrophorèse dans un capillaire, un tube étroit. Par conséquent, les composants du mélange sont séparés en fonction de leur mobilité électrophorétique. Les trois facteurs qui déterminent la mobilité électrophorétique d'une molécule particulière sont la charge de la molécule, la viscosité du milieu de séparation et le rayon de la molécule. Seuls les ions sont affectés par le champ électrique tandis que les espèces neutres ne sont pas affectées. La vitesse d'une molécule qui se déplace dans le capillaire dépend de la force du champ électrique.

Domaines clés couverts

1. Qu'est-ce que l'électrophorèse capillaire - Définition, instrumentation, méthodes 2. Comment fonctionne l'électrophorèse capillaire – Théorie de l'électrophorèse capillaire

Termes clés: électrophorèse capillaire (CE), méthodes de séparation électrophorétique capillaire, tube capillaire, charge, mobilité électrophorétique à flux électroosmotique

Qu'est-ce que l'électrophorèse capillaire

L'électrophorèse capillaire fait référence à une méthode de séparation analytique par laquelle les composants d'un mélange sont séparés en fonction de leur mobilité électrophorétique. Dans les premières expériences, un tube en verre en U rempli de gels ou de solutions était utilisé. Les capillaires ont été utilisés après les années 1960.

Instrumentation

Le capillaire est composé de silice fondue, ayant un diamètre intérieur de 20-100 µm. Un champ électrique à haute tension est fourni aux extrémités du tube capillaire. Les électrodes sont connectées aux extrémités du tube capillaire à travers une solution d'électrolyte ou un tampon aqueux. Le capillaire est rempli d'un fluide conducteur à un certain pH. En plus des détecteurs et autres dispositifs de sortie, certains instruments sont utilisés pour le contrôle de la température du système, garantissant des résultats reproductibles. L'échantillon est introduit dans le capillaire par injection. L'instrumentation du système d'électrophorèse capillaire est illustrée à la figure 1.

Figure 1: Électrophorèse capillaire – Instrumentation

Méthodes de séparation électrophorétique capillaire

Six types de méthodes de séparation électrophorétique capillaire peuvent être identifiés.

1. Électrophorèse de zone capillaire (CZE) – Une solution libre est utilisée comme fluide conducteur.
2. Électrophorèse sur gel capillaire (CGE) – Un gel est utilisé comme fluide conducteur.
3. Chromatographie capillaire électrocinétique micellaire (MEKC) – Les composants d'un mélange sont séparés par partage entre les micelles et le solvant/fluide conducteur.
4. Électrochromatographie capillaire (CEC) – Une colonne garnie est utilisée à l'exception du fluide conducteur. Un liquide mobile est passé sur la colonne avec le mélange à séparer.
5. Focalisation isoélectrique capillaire (CIEF) – Principalement utilisé pour séparer les composants zwitterioniques tels que les peptides et les protéines qui contiennent à la fois des charges positives et négatives. Un fluide conducteur avec un gradient de pH est utilisé pour séparer la solution de protéines. Chaque protéine migre vers la zone avec son point isoélectrique dans le gradient de pH. Au point isoélectrique, la charge nette des protéines devient nulle.
6. Isotachophorèse capillaire (CITP) – C'est un système discontinu. Chaque composant migre dans des zones consécutives, et la quantité du composant est obtenue en mesurant la durée de migration.

Comment fonctionne l'électrophorèse capillaire

Généralement, les espèces chargées commencent à se déplacer dans des champs électriques. La charge, la viscosité et le rayon moléculaire sont les trois facteurs qui déterminent la mobilité électrophorétique d'une molécule dans un champ électrique.

1. Charge – Les cations (molécules chargées positivement) se déplacent vers la cathode (électrode négative) tandis que les anions (molécules chargées négativement) se déplacent vers l'anode (électrode positive).
2. Viscosité – La viscosité du milieu est opposée au mouvement des molécules et elle est constante pour un milieu de séparation particulier.
3. Rayon de l'ion/molécule - La mobilité électrophorétique diminue avec l'augmentation du rayon de la molécule.

Par conséquent, si deux molécules de même taille sont soumises à une électrophorèse, la molécule la plus chargée se déplacera plus rapidement. La vitesse de migration des espèces chargées augmente avec l'augmentation de la force du champ électrique. Le mécanisme de l'électrophorèse capillaire est montré dans Figure 2.

Figure 2: Électrophorèse capillaire

Flux électroosmotique (EOF)

Le flux électroosmotique génère la phase mobile de l'électrophorèse capillaire. Dans la plupart des cas, le matériau capillaire est de la silice. La silice est hydrolysée, produisant du SiO chargé négativement^– ions lorsque les solutions de pH supérieur à 3 sont passées à travers le tube capillaire. Ensuite, la paroi capillaire porte une couche chargée négativement. Les cations de la solution sont attirés par ces charges négatives, formant une double couche de cations sur les charges négatives. La couche cationique interne est stable tandis que la couche cationique externe se déplace vers la cathode sous la forme d'un flux massif de molécules chargées. L'écoulement en vrac des cations se produit près de la paroi capillaire pendant l'électrophorèse capillaire. Le flux électroosmotique près de la paroi capillaire est illustré à la figure 3.

Figure 3: Flux électroosmotique

Le petit diamètre de la paroi capillaire contribue à maximiser l'effet de l'EOF, l'aidant à jouer un rôle vital dans le mouvement des espèces chargées dans l'électrophorèse capillaire.

Conclusion

L'électrophorèse capillaire est une méthode de séparation analytique dans laquelle les espèces chargées sont séparées en fonction de leur mobilité électrophorétique. Généralement, la taille et la charge des molécules servent de facteurs pour la séparation.

Référence:

1. «Électrophorèse capillaire». Chimie LibreTexts, Libretexts, 28 novembre 2017, disponible ici.

Image de courtoisie:

1. "Électrophorèse capillaire" par Apblum - (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. "Électrophorèse capillaire" par Andreas Dahlin (CC BY 2.0) via Flickr 3. "Capillarywall" par Apblum - wikipedia anglais (CC BY-SA 3.0)) via Commons Wikimedia