Изотахофорез: принципы и применение в аналитической химии.

Введение

Метод разделения, используемый в аналитической химии.

Изотахофорез (ITP) – это метод в аналитической химии, применяемый для селективного разделения и концентрирования ионных аналитов. Это разновидность электрофореза, в которой заряженные аналиты разделяются на основе их ионной подвижности – характеристики, определяющей скорость миграции иона в электрическом поле.

Обзор

При обычных разделениях ITP используется разрывная буферная система. Образец вводится между зоной быстрого ведущего электролита (LE) и зоной медленного завершающего (или: отстающего) электролита (TE). Обычно LE и TE имеют общий контрион, но коионы (имеющие заряды того же знака, что и интересующие аналиты) различны: LE определяется коионами с высокой ионной подвижностью, а TE – коионами с низкой ионной подвижностью. Аналиты имеют промежуточную ионную подвижность. Приложение электрического потенциала приводит к низкому электрическому полю в ведущем электролите и высокому электрическому полю в завершающем электролите. Ионы аналитов, находящиеся в зоне TE, будут мигрировать быстрее, чем окружающие коионы TE, в то время как ионы аналитов, находящиеся в LE, будут мигрировать медленнее; в результате аналиты фокусируются на границе раздела LE/TE. ITP – это вытесняющий метод: фокусирующие ионы определенного типа вытесняют другие ионы. При наличии в достаточном количестве, фокусирующие ионы аналита могут вытеснить все коионы электролита, достигнув платообразной концентрации. Множество аналитов с достаточно различными ионными подвижностями образуют множество платообразных зон. Действительно, разделения ITP в платообразном режиме легко узнаются по ступенчатым профилям, каждое плато ступени представляет собой зону электролита или аналита, имеющую (от LE к TE) возрастающие электрические поля и убывающие проводимости. В пиковом режиме ITP количество аналитов недостаточно для достижения платообразной концентрации, такие аналиты будут фокусироваться в острых пиках, близких к гауссовым. В пиковом режиме ITP пики аналитов сильно перекрываются, если не добавлены так называемые разделительные соединения с промежуточными ионными подвижностями между ионными подвижностями аналитов; такие разделительные соединения способны разделять соседние зоны аналитов. Завершенное разделение ITP характеризуется динамическим равновесием, при котором все коионные зоны мигрируют с одинаковой скоростью. От этого явления ITP и получил свое название: iso = равный, tachos = скорость, phoresis = миграция. Изотахофорез точно соответствует стадии устойчивого штабелирования в дискринтирующем электрофорезе.

In conventional ITP separations, a discontinuous buffer system is used. The sample is introduced between a zone of fast leading electrolyte (LE) and a zone of slow terminating (or: trailing) electrolyte (TE). Usually, the LE and the TE have a common counterion, but the co ions (having charges with the same sign as the analytes of interest) are different: the LE is defined by co ions with high ionic mobility, while the TE is defined by co ions with low ionic mobility. The analytes of interest have intermediate ionic mobility. Application of an electric potential results in a low electrical field in the leading electrolyte and a high electrical field in the terminating electrolyte. Analyte ions situated in the TE zone will migrate faster than the surrounding TE co ions, while analyte ions situated in the LE will migrate slower; the result is that analytes are focused at the LE/TE interface. ITP is a displacement method: focusing ions of a certain kind displace other ions. If present in sufficient amounts, focusing analyte ions can displace all electrolyte co ions, reaching a plateau concentration. Multiple analytes with sufficiently different ionic mobilities will form multiple plateau zones. Indeed, plateau mode ITP separations are readily recognized by stairlike profiles, each plateau of the stair representing an electrolyte or analyte zone having (from LE to TE) increasing electric fields and decreasing conductivities. In peak mode ITP, analytes amounts are insufficient to reach plateau concentrations, such analytes will focus in sharp Gaussian like peaks. In peak mode ITP, analyte peaks will strongly overlap, unless so called spacer compounds are added with intermediate ionic mobilities between those of the analytes; such spacer compounds are able to segregate adjacent analyte zones. A completed ITP separation is characterized by a dynamic equilibrium in which all coionic zones migrate with equal velocities. From this phenomenon ITP has obtained its name: iso = equal, tachos = speed, phoresis = migration. Isotachophoresis is exactly equal to the steady state stacking step in discontinuous electrophoresis.

Временная ИТП

Популярной формой ИТП является транзиторная ИТП (tITP). Она устраняет ограничение обычной ИТП, заключающееся в ограниченной способности к разделению из-за перекрытия зон аналитов. В транзиторной ИТП аналиты сначала концентрируются с помощью ИТП, а затем могут быть разделены методом зонового электрофореза с достижением базовой линии разделения. Транзиторная ИТП обычно реализуется путем растворения образца в ТЭ и размещения «сэндвича» из образца/ТЭ между зонами ЛЭ, или наоборот: «сэндвич» из образца/ЛЭ может быть размещен между зонами ТЭ. В первом случае аналиты фокусируются на передней границе раздела ТЭ/ЛЭ. Одновременно задняя часть пробки ТЭ растворяется в ЛЭ, поскольку более быстрые ионы ЛЭ обгоняют ионы ТЭ. Когда все ионы ТЭ растворяются, процесс фокусировки прекращается, и аналиты разделяются в соответствии с принципами зонового электрофореза. В настоящее время tITP более широко используется, чем обычная ИТП, поскольку ее легко реализовать в капиллярном электрофорезе (CE) в качестве этапа предварительной концентрации, что повышает чувствительность CE, сохраняя при этом его высокую эффективность разделения.