Kapilláris izotachoforézis (ITP)

Elméleti háttér

A kapilláris izotachoforézis (ITP) egy „mozgó határfelületekkel” dolgozó elektroforetikus technika. Az izotachoforézis során, két specifikusan kiválasztott elektrolit rendszer segítségével a komponenseket a mobilitásuknak megfelelően választjuk szét, ahol az elválasztott zónák mindegyike azonos sebességgel mozog. A zónák az úgynevezett „vezető” (leading (LE)) és a „záró” (terminating (TE)) elektrolitok között vándorolnak. Egy ITP kísérlettel vagy kationokat, vagy anionokat határozhatunk meg.

Anionok meghatározásakor a puffereket úgy készítjük el, hogy a LE elektrolit anionjának az effektív mobilitása nagyobb, míg záró elektrolit anionjának a mobilitása kisebb legyen, mint a vizsgált anyagoké. Elektromos erőtérben az anionok az anód felé vándorolnak, mialatt mobilitásuk alapján azonos sebességgel haladó, egyenletes koncentrációjú zónákba tömörülnek. A vizsgált anionok zónáinak sorrendje tehát megfelel a mobilitási sorrendnek. A kationok meghatározása hasonló elven történik, ekkor az elektródokra kapcsolt áram iránya fordított és pufferek készítésekor a kationok mobilitását vesszük figyelembe.

A vándorló zónák azonos sebességét a zónánként változó nagyságú térerő alakítja ki. A legnagyobb mobilitással rendelkező zónában a legkisebb a térerő (sebesség = mobilitás * térerő), míg a legkisebb mobilitású zónában a legnagyobb. Ha egy ion átdiffundál a szomszédos zónába, sebessége megváltozik és azonnal visszatér a saját zónájába, emiatt a zónák éles határ felülettel különülnek el egymástól.

Az izotachoforézis során az egyes zónákban állandó a koncentráció, emiatt tipikus, „lépcsőzetes” elektroferogramot kapunk. A Kohlrausch törvény alapján minden, két, egymást követő zónában az elválasztandó ionok koncentrációját az ionok és az ellenion(ok) mobilitás értékei határozzák meg (például a vezető és az őt követő zónára vonatkoztatva):

C L- / C A- = [µ L- / (µ L- + µ R+)] . [(µ A- + µ R+ ) / µ A- ]

ahol a C 
        L-
 a vezető elektrolit
        koncentrációja C A-
        a vezető elektrolitot követő ion koncentrációja µ 
        L-
 a vezető elektrolit
        mobilitása µ A- a
        vezető iont követő anion mobilitása µ
        R+ az ellenion
        mobilitása

Az egyenletnek megfelelő koncentráció arány(ok) kialakulásakor, az injektált mintához képest az ionok koncentrációjának vagy növekedni, vagy csökkenni kell, ami a zónahossz rövidülését vagy növekedését vonja maga után. Ezért ezt az anyag-koncentráló hatást kihasználva, az izotachoforézist más eljárásokat megelőző (pl.CZE-, MEKC- CGE) előkoncentráló lépésként is használják.

Jelen esetben egy kapcsolt izotachoforetikus rendszert használunk, ahol két lépésben, két különböző átmérőjű kolonna segítségével választjuk szét a mintákban lévő anionokat. Az első lépésben a nagyobb koncentrációjú ionok szétválasztása, és a kisebb koncentrációjú ionok tömörítése történik. A második lépésben határozzuk meg – az előzőben szétválasztott anionok elvezetése után – a kisebb koncentrációjú ionokat.

A kapilláris 30-50 %-a tölthető meg a mintával úgy, hogy az elválasztás hatékonysága ne csökkenjen.

Fontos pufferek megfelelő pH-jának beállítása, úgy hogy a vezető és záró ionok a kívánt koncentrációban legyenek jelen a mérés során.

A műszer felépítése

8.9. ábra - Az ITP készülék felépítése

Az ITP készülék felépítése

A kvantitatív elemzést az elektroferogramon látható platók hosszának meghatározása, míg az ionok azonosítását azok sorrendje, illetve a relatív lépcsőmagság(RSH) teszi lehetővé. Relatív lépcsőmagasságnak hívjuk a vizsgált ion, illetve záróion által képzett lépcső alapvonaltól mért magasságának hányadosát.

8.10. ábra - Elektroferogram

Elektroferogram

Gyakorlat leírása

Szükséges oldatok, eszközök

Ioncserélt víz (0,064 μS) (az oldatok elkészítéséhez,
          a gép mosásához) TE (terminating electrolite- záró elektrolit): 2mM
          citromsav LE1 (leading electrolite- vezető elektrolit): 8mM HCl
          3,2mM β-alanin 3mM bis-tris propane 0,1% HEC LE2 (leading
          electrolite- vezető elektrolit): 2mM HCl 1,5mM β-alanin
          Törzsoldatok: 100mg/L
          NO3- oldat 100mg/L
          SO42- oldat
          100mg/L NO2- oldat
          100mg/L F- oldat 100mg/L
          PO43- oldat 6 db
          200cm3 lombik automata pipetták
          főzőpoharak fecskendők S 30 Elmasonic ultrahangos fürdő vákuum
          szivattyú

A gyakorlat menete

A készülék bemutatása, tisztítása, és feltöltése.

Kalibrációs oldatok elkészítése, gáztalanítása: 20 mg/L, 30, és 40 mg/L SO42- valamint 20 mg/L, 30,és 40 mg/L NO3- koncentrációjú kalibrációs oldatok, és a 2 mg/L, 4 mg/L, és 6 mg/L NO2-, F- és PO43- tartalmú kalibrációs oldatok elkészítése.

Az oldatok lemérése ITP-vel. A kapott elektroferogramok elemzése.

Minta (csapvíz) lemérése: A benne található ion(ok) meghatározása.

A készülék tisztítása.

Feladat. A mérések során kapott lépcsők alapján kalibrációs egyenesek felvétele, majd a csapvíz ion tartalmának kvalitatív és kvantitatív jellemzése.

Kérdések

  1. Mi az izotachoforetikus elválasztás technika alapja? (mi alapján válnak szét az ionok)

  2. Mi szabja meg az egyes zónák sebességét, illetve a koncentráció alakulását a zónákon belül?

  3. Mi alapján tudunk a vizsgált ionok mennyiségi és minőségi jellemzőire következtetni?

  4. Mi az a relatív lépcső magasság?