Électrophorèse capillaire

L'électrophorèse capillaire est parfois utilisée pour séparer des espèces ioniques selon leur charge et les forces de friction qui s'exercent sur elles.


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L'électrophorèse capillaire (en anglais capillary electrophoresis : CE) est parfois utilisée pour séparer des espèces ioniques selon leur charge et les forces de friction qui s'exercent sur elles.

En électrophorèse respectant les traditions, les éléments chargés électriquement se déplacent dans le liquide conducteur sous l'influence d'un champ électrique. Introduite dans les années 1960, la CE a été conçue pour séparer des espèces chimiques selon leur rapport taille / charge à l'intérieur d'un petit tube capillaire rempli d'un électrolyte.

Instrumentation

Schéma du dispositif d'électrophorèse capillaire

L'appareillage indispensable pour réaliser des électrophorèses capillaires est assez simple. Les principaux composants du dispositif sont un flacon d'échantillon, deux flacons source et destination, un capillaire, des électrodes, une source de courant haute tension, un détecteur et un appareil de récupération et de traitement des données.

Les flacons source et destination mais aussi le capillaire sont remplis avec un électrolyte tel qu'une solution aqueuse tampon. Pour introduire l'échantillon, l'extrémité du capillaire est positionnée dans le flacon contenant l'échantillon, puis est replacée dans le flacon source (l'échantillon est injecté dans le capillaire par capillarité, pression, siphonage ou électro-injection).
La migration des analytes se met alors en place grâce à un champ électrique appliqué entre les flacons source et destination, et apporté aux électrodes par le générateur haute tension. L'ensemble des ions, positifs ou négatifs, sont attirés à travers le capillaire dans le même sens par le flux électroosmotique (voir plus loin).

Les analytes sont scindés pendant leur migration du fait de leurs mobilités électrophorétiques différentes (voir plus loin), et sont détectés à proximité de la sortie du capillaire. Le signal du détecteur est envoyé à un appareil qui reçoit et traite ces données, tel qu'un intégrateur ou un ordinateur. Les données sont affichées sous la forme d'un électrophorégramme, qui donne la réponse du détecteur selon le temps. Les composés chimiques scindés apparaissent comme des pics avec des temps de rétention différents sur l'électrophorégramme[1].

Détection

La majorité des dispositifs commerciaux utilise la détection par UV-Vis (Absorbance). Dans ce type de dispositif, une section du capillaire est utilisée comme cellule de détection. La détection directement à l'intérieur du capillaire permet l'analyse des solutés sans perte d'efficacité.

La détection par fluorescence peut aussi être utilisée en ajoutant un module extérieur à l'appareil commercial. Ce mode de détection est bien plus sensible et sélectif. En effet, seules les molécules naturellement fluorescentes ou chimiquement dérivées peuvent donner un signal.

L'électrochimie peut aussi être utilisée comme mode de détection, soit en ampérométrie, soit en coulométrie. Ce mode de détection est plus sensible et plus sélectif que l'UV-Vis.

Le couplage à la spectrométrie de masse est aussi envisageable afin d'effectuer l'identification des composés scindés.

Modes de séparation

La séparation des composants par électrophorèse capillaire dépend de la migration différentielle des analytes dans un champ électrique appliqué. La vitesse de migration électrophorétique (up) d'un analyte vers l'électrode de charge inverse est :

 \vec{u}_p = \mu_p \vec{E}

μp est la mobilité électrophorétique et E la force du champ électrique.

La mobilité électrophorétique est proportionnelle à la charge ionique de l'échantillon et vice versa proportionnelle à toute force de friction présente dans le tampon. Quand deux espèces moléculaires dans l'échantillon ont des charges différentes ou subissent des forces de friction différentes, elles seront scindées l'une de l'autre lors de leur migration à travers la solution tampon. Les forces de friction que subit un analyte dépendent de la viscosité (η) du milieu et de la taille et forme de cet ion. De cette façon, la mobilité électrophorétique d'un analyte à un pH donné est :

\mu_p = \frac{z}{6\pi \eta r}

z est la charge nette de l'analyte et r est son rayon de Stokes. Le rayon de Stokes est donné par la formule :

 r=\frac{k_B T}{6 \pi \eta D_m}

kB est la constante de Boltzmann, T est la température absolue en kelvin et Dm est le cœfficient de diffusion de l'analyte.

Efficacité et résolution

Le nombre de plateaux théoriques, ou efficacité, en électrophorèse capillaire est donné par :

 N=\frac{\mu V}{2 D_m}

N est le nombre de plateaux théoriques, μ est la mobilité apparente et Dm est le cœfficient de diffusion de l'analyte. Selon cette équation, l'efficacité de la séparation est uniquement limitée par la diffusion et est proportionnelle à l'intensité du champ électrique. L'efficacité des séparations en électrophorèse capillaire est le plus souvent plus grande que celle d'autres méthodes de séparation telles que l'HPLC. Au contraire de l'HPLC, l'électrophorèse capillaire n'implique pas de transfert de masse entre les phases. Qui plus est , le profil d'écoulement du flux est plat, tandis qu'il est parabolique pour un flux hydrodynamique : il n'y a par conséquent pas élargissement du pic comme en HPLC.

Techniques liées

La séparation des analytes en électrophorèse capillaire est envisageable uniquement pour les composés chargés. Il existe cependant une méthode donnant la possibilité de la séparation des composés neutres. Pour cela, on ajoute un tensio-actif pour créer des micelles avec les différents analytes qui pourront alors être scindés.

Une autre solution peut être l'utilisation de phase stationnaire, on parle alors d'électrochromatographie. Cette phase stationnaire peut être sous la forme de particules de granulométrie contrôlée ou bien de monolithe.

Appareils employant l'électrophorèse capillaire

Références

  1. Skoog, D. A. ; Holler, F. J. ; Crouch, S. R "Principles of Instrumental Analysis" 6th ed. Thomson Brooks/Cole Publishing : Belmont, CA 2007.

Références non citées en ligne :

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/11/2010.
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