الکتروفورز مایینه - دانشگاه فردوسی مشهد - PDF

‫به نام خدا‬ ‫نیمسال اول تحصیلی ‪1399-1400‬‬ ‫‪1‬‬  ‫الکتروفورز مویینه )‪(Capillary electrophoresis‬‬ ‫‪2‬‬ ‫روش الكتروفورز مویینه‪ ،‬یك روش جداسازي قدرتمند مبتني بر اختالف سرعت مهاجرت گونه‌هاي باردار در یك‬ ‫محلول بافر مي باشد که در یك لوله موئین (داراي قطر کم و...

‫به نام خدا‬ ‫نیمسال اول تحصیلی ‪1399-1400‬‬ ‫‪1‬‬  ‫الکتروفورز مویینه )‪(Capillary electrophoresis‬‬ ‫‪2‬‬ ‫روش الكتروفورز مویینه‪ ،‬یك روش جداسازي قدرتمند مبتني بر اختالف سرعت مهاجرت گونه‌هاي باردار در یك‬ ‫محلول بافر مي باشد که در یك لوله موئین (داراي قطر کم و از جنس سیلیس که با پلي آمید پوشش داده شده است‪ ).‬قرار‬ ‫دارد‪ ،‬و در عرض آن یك میدان الكتریكي ‪ DC‬با قدرت باال‪ 5-30‬کیلو ولت اعمال شده است‪.‬‬ ‫این روش امكان شناسایي سریع آنیون‌ها‪ ،‬کاتیون‌هاي معدني‪ ،‬پروتئین‌ها‪ ،‬اسیدهاي‌نوکلئیك‪ ،‬آمینو‌اسیدها‪ ،‬ویتامین‌ها‪،‬‬ ‫نانوذرات و ‪....‬را در نمونه‌هاي مختلف فراهم مي‌نماید‪.‬‬ ‫‪ ‬سرعت حرکت گونههای موجود در یک نمونه در لوله الکتروفورز مویینه‬ ‫به عوامل زیر وابسته است‪:‬‬ ‫‪‌.4‬خواص‌محیط‌پایه‌(‪)Support medium‬‬ ‫‪‌.1‬بار‌الكتریكي‌خالص‌یون‬ ‫‪‌.5‬دماي‌محیط‌الكتروفورزي‬ ‫‪‌‌.2‬اندازه‌و‌شكل‌یون‬ ‫‪.3‬شدت‌میدان‌الكتریكي‬  ‫نقش بافرها در روش جداسازی الکتروفورزی‬ ‫‪3‬‬ ‫‪.1‬عبور‌دادن‌جریان‌الكتریكي‬ ‫‪.2‬ثابت‌نگه‌داشتن‌‪ pH‬محیط‬ ‫‪‌.3‬تعیین‌بار‌الكتریكي‌سطح‌ترکیب‌موجود‌در‌نمونه‬ ‫‪ ‬نوع بافر و خصوصیات آن از قبیل قدرت یوني‪ ,‬ظرفیت بافري و ‪ pH‬از عوامل بسیار اساسي در‬ ‫الكتروفورز محسوب مي‌گردد‪.‬جداسازي ملكول‌ها در الكتروفورز در یك بافر با ‪ pH‬معین و‬ ‫قدرت یوني خاص صورت مي‌گیرد‪.‬‬  ‫اجزای تشکیل دهنده دستگاه الکتروفورز مویینه‬ ‫‪4‬‬ ‫‪ ‬منبع الکتریکی با ولتاژ باال‬ ‫دستگاه الکتروفورز موئینه‬ ‫‪ ‬سیستم تزریق کننده‪ :‬به دو صورت هیدرودینامیكي و الكتروسینتیكي مي‌باشد‪.‬‬ ‫‪ ‬لوله مویینه‬ ‫‪ ‬آشکارساز‪ :‬براي آشكار‌سازي گونه‌ها از آنالیر فلورسانس‪ ،‬اسپكترومتري جرمي‬ ‫و ‪ UV/Vis‬به وسیله دریچه‌اي روي لوله موئینه استفاده مي‌شود‪.‬که در انتهاي‬ ‫مسیر (سمت کاتد) قرار مي گیرد و توسط آن مدت زمان حرکت گونه‌ها در لوله‬ ‫مویین بصورت جذب نور و ‪...‬بعنوان مشخصه ماده ثبت مي‌گردد‪.‬‬  ‫جداسازی الکتروفورزی‬ ‫‪5‬‬ ‫‪ ‬تحرک الکتروفورزی)‪ (μ‬عبارت است از میزان سرعت ذرات برحسب (‪ )cm/s‬در واحد میدان الكتریكي‬ ‫برحسب )‪ )Volt/cm‬که با ‪ μ‬نشان داده مي‌شود‪:‬‬ ‫‪ ‬سرعت مهاجرت یک یون در‌یك‌میدان‌الكتریكي‌برابر‌است‌با‌حاصلضرب‌قدرت‌میدان‌در‌تحرک‌الكتروفورزي‪:‬‬ ‫سرعت مهاجرت یک یون ‪v (cm/s):‬‬ ‫قدرت میدان ‪E (V/cm):‬‬ ‫تحرک الکتروفورزی‪μe (cm2/V.s):‬‬ ‫‪ ‬قدرت میدان به‌وسیله‌میزان‌پتانسیل‌اعمال‌شده‌)‪ (V‬و‌طولي‌که‌میدان‌به‌آن‌اعمال‌مي‌شود‌)‪ (L‬تعیین‌مي‌گردد‪‌.‬‬ ‫بنابراین‪:‬‬  ‫جریان الکترواسمزی )‪(Electro-osmotic flow‬‬ ‫‪6‬‬ ‫جریان توده محلول در لوله مویین یا جریان الكترواسمزي )‪ (EOF‬پدیده‌اي مهم در الكتروفورز مي‌باشد‪.‬در الكتروفورز‬ ‫مویین از یك لوله سیلیكاي مذاب استفاده مي‌شود‪.‬سطح داخلي لوله‌ي مویین که در طول آنالیز در تماس با محلول قرار مي‌گیرد‪،‬‬ ‫داراي گروه‌هاي سیالنول قابل یونیزه شدن مي‌باشد‪.‬در محدوده‌اي از ‪ 2( pH‬تا ‪ )9‬گروه‌هاي سیالنول تفكیك شده و دیواره‌ي‬ ‫داخلي داراي بار منفي مي‌گردد‪.‬حال دیواره‌ي باردار شده منفي‪ ،‬یون‌هاي داراي بار مثبت الكترولیت را جذب کرده و یك الیه‌ي‬ ‫دوگانه‌ي الكتریكي ایجاد مي‌گردد‪.‬با اعمال پتانسیل مستقیم کاتیون‌ها به سمت کاتد (قطب منفي) مهاجرت کرده و توده‌ي محلول‬ ‫اطراف را با خود حمل مي‌کند که نتیجه‌ي این امر ایجاد جریان الکترواسمزی به سمت کاتد مي‌باشد‪.‬‬ ‫‪ ‬با برقراری ولتاژ قوی در طول لولهی مویین‪ ،‬جریان الکترواسمزی ایجاد خواهد شد که جهت آن همواره به سمت کاتد میباشد‪.‬از طرفی یونها‬ ‫و ذرات باردار نیز به طور ذاتی دارای حرکت الکتروفورتیک خواهند بود که در اثر این حرکت یونها به سمت قطب مخالف خود کشیده‬ ‫𝑽‬ ‫میشوند‪.‬برآیند این دو حرکت برای یونها به صورت مقابل است‪:‬‬ ‫𝝁=𝒗‬ ‫𝑽‬ ‫𝑳‬ ‫𝒐𝒆𝒗 ‪𝒗 = 𝒗𝒆𝒑 +‬‬ ‫)𝒐𝒆𝝁 ‪𝒗 = (𝝁𝒆𝒑 +‬‬ ‫𝑳‬ ‫‪7‬‬ ‫ترتیب شویش در یک جداسازی الکتروفورزی مویینهای‬ ‫معموالً جریان الکترواسمزی بیشتر از تحرک الکتروفورتیک میباشد و بر آن غلبه دارد‪.‬نتیجهی این امر‪ ،‬حرکت تمام یونها و‬ ‫ذرات خنثی در طول لولهی مویین از قطب مثبت (آند) به سمت قطب منفی (کاتد) خواهد بود‪.‬‬ ‫برآیند حرکت برای یونهای مثبت و منفی و ذرات خنثی ‪:‬‬ ‫‪ ‬ذرات با بار مثبت بیشترین سرعت مهاجرت را دارند‪.‬‬ ‫‪ ‬ذرات با بار منفي کمترین سرعت مهاجرت را دارند‪.‬‬ ‫‪ ‬ذرات خنثي با سرعتي برابر با سرعت جریان الكترواسمزي همراه با‬ ‫جریان الكترواسمزي به سمت قطب منفي یا کاتد مهاجرت مي کنند‪.‬‬ ‫یونهای مثبت با نسبت بار به جرم (یا بار به شعاع یون) بزرگتر‪،‬‬ ‫توجه‪:‬‬ ‫سریعتر از یونهای مثبت با نسبت بار به جرم کوچکتر مهاجرت خواهند نمود‪.‬‬  ‫محاسبه زمان رسیدن گونهها به آشکارساز‬ ‫‪8‬‬ ‫𝑽‬ ‫𝒍‬ ‫𝝁=𝒗‬ ‫𝑳‬ ‫)𝑳( 𝒍‬ ‫=𝒕‬ ‫=𝒕‬ ‫𝒐𝒆𝒗 ‪𝒗𝒆𝒑 +‬‬ ‫𝑽×)𝒐𝒆𝝁 ‪(𝝁𝒆𝒑 +‬‬ ‫زمان رسیدن گونه مورد نظر به آشکارساز ‪t:‬‬ ‫تحرک‌الكتروفورتیك‌‪μep:‬‬ ‫مسافتي‌که‌گونه‌طي‌مي‌کند‌تا‌به‌دتكتور‌برسد‪l:.‬‬ ‫جریان الکترواسمتیک ‪μeo:‬‬ ‫طول لوله مویین ‪L:‬‬ ‫ولتاژ اعمال شده ‪V:‬‬  ‫دانشجویان گرامی‬ ‫‪9‬‬ ‫‪.1‬مخلوطي از آنیون‌ها و کاتیون‌هاي ‪ Cl-, SO42-, Na+, NO3-, Ca2+‬و بنزیلالکل توسط روش الكتروفورز‬ ‫مویینه تحت اعمال میدان ‪30000‬ولت‪ ،‬در یك لوله مویینه به طول ‪ 30‬سانتي‌متر جداسازي شده‌اند و‬ ‫الكتروفوروگرام زیر بدست آمده است‪.‬مطلوبست‪ ،‬تعیین کنید هر پیك مربوط به کدام یك از اجزاء مخلوط‬ ‫مي‌باشد؟‬ ‫محلولهای شیمیایی مورد نیاز ‪ :‬نیترات‌سدیم‪‌،‬سولفات‌کلسیم‪‌،‬کلرید‌سدیم‪‌،‬‬ ‫بنزیل‌الكل‌با‌غلطت‌معین‌و‌بافر‌فسفات‬ ‫دستگاهها و لوازم مورد نیاز‪:‬‬ ‫ دستگاه‌الكتروفورز‌مویینه‬ ‫ ویال‌حاوي‌محلول‌بافر‬ ‫ ویال‌حاوي‌مخلوط گونه‌ها‬  ‫دانشجویان گرامی‬ ‫‪10‬‬ ‫‪.2‬با توجه به اطالعات جدول زیر و در صورتیكه طول ستون مویینه براي جداسازي ‪ 36/5‬سانتي‌متر و‬ ‫مسافتي که هر یك از یون‌هاي مذکور طي مي‌کند تا به آشكارساز برسد ‪ 30‬سانتي‌متر باشد‪ ،‬مطلوبست‬ ‫جریان الكترواسموتیك(‪ )μeo‬را براي کاتیون‌هاي سدیم و منیزیم محاسبه نمایید‪.‬‬ ‫‪Ion‬‬ ‫‪Arrival time at detector, min‬‬ ‫)‪μep (cm2.V-1.s-1‬‬ ‫)‪μeo (cm2.V-1.s-1‬‬ ‫‪Na+‬‬ ‫‪0.868‬‬ ‫‪5.19*10-4‬‬ ‫?‬ ‫‪Mg2+‬‬ ‫‪0.895‬‬ ‫‪5.5*10-4‬‬ ‫?‬ ‫‪11‬‬ ‫پایان‬ ‫موفق باشید‪.‬‬