чем ионы буфера, и поэтому детектируются в виде асимметричных пиков с увеличивающимися "хвостами".
Рис. 15. Влияние концентрации буфера на уширение полос.
Условия: прибор для КЭ — Beckman Р/АСЕ 2000; капилляр — 50 мкм, 54/51 см; поле 400 В/см; буфер: борат, pH 8.5; ввод пробы — давлением, 1 с.; детектирование — 214 нм: А — фенилтриметиламмонийхлорид, В — фталевая кислота, С — п-гидроксибензойная кислота, D — бензиновый спирт.
5.4. Адсорбция на стенках
Молекулы пробы могут адсорбироваться на стенках за счет взаимодействия с отрицательно заряжеными силанольными группами кварца. При нейтральных и щелочных условиях разделения многие силанольные группы депротонируются и способствуют адсорбции положительных ионов пробы на стенке. В результате этого %-потенциал, образовавшийся на поверхности кварца, изменяется и, как следствие, изменяется подвижность электроосмотического потока, из-за чего происходит изменение времени выхода всех пиков. Кроме этого, из-за сильной адсорбции молекул пробы на стенках капилляра уменьшается интенсивность пика и это приводит в экстремальном случае к асимметричным пикам с большими "хвостами". Обработка таких пиков трудна, а часто невозможна.
Рис. 16. Влияние разницы в подвижности между ионом пробы и ионом буфера на форму пика.
Условия разделения: L=50/57 см; внутренний диаметр — 75 мкм; буфер — 5 мМ динитробензойная кислота, 0.5 мМ ЦТАБ (цетилтриметиламмонийбромид) pH 9.0;Е=-431 В/см; детектирование — непрямое, УФ 214 нм; проба — карбоновые кислоты по 25 ррм каждой.
Из-за локальных воздействий на поверхностный потенциал кварца следует ожидать дополнительного изменения профиля потока, который отклоняется от идеальной "поршнеобразной" формы, что также способствует уширению полос. Особенно отчетливо можно наблюдать это явление в пробах, содержащих многозарядные положительные ионы. Вследствие повышения концентрации буфера ионообменное взаимодействие между пробой и силанольными группами подавляется, благодаря чему анализ становится возможным.
Особенно важным становится подавление адсорбции на стенках при разделении белков с помощью КЭ. В этом случае можно показать, что уже повышение емкостного отношения (как меры адсорбции на стенках) с 0.001 до 0,1 приводит к росту высоты эквивалентной теоретической тарелки (ВЭТТ) с 0.5 мкм до 15 мкм.
При повторных вводах растворов, содержащих белок, часто наблюдается изменение времени выхода. Для раствора проблема решается в основном двумя различными способами. Согласно первому можно связать ковалентно с поверхностью капилляра гидрофильный слой, второй состоит в возможности добавления к разделительному буферу веществ, которые препятствовали бы ионному обмену.
В представленном на рис. 17 примере разделения белков ионообменное взаимодействие между стенками капилляра и молекулами белка подавляется введением в буфер добавок ДАП (1,3-диаминопропана). Из-за экранирующего действия ДАП пик лизоцима при повышении концентрации ДАП всегда симметричен, и при этом даже возрастает высота пика.
С улучшением симметрии пиков, обусловленным малой адсорбцией на стенках, сильно уменьшается разбавление веществ и пик становится выше. Поэтому снижения границы обнаружения можно добиться не только улучшая детектирование, но также в значительной мере за счет сокращения уширения полос. Этот пример ясно показывает, что только для пиков с высокой интенсивностью (малым разбавлением) достигается низкий порог обнаружения.
Из-за высокой концентрации добавок электропроводность буфера становится такой большой, что для разделения белков можно применять поле только небольшой напряженности, что ведет к удлинению времени анализа.
Устранение адсорбции на стенках будет более подробно описано в разделе, посвященном разделению белков.
5.5. Перегрузка системы разделения
Явление перегрузки наблюдается тогда, когда в систему разделения вводится слишком большое количество пробы. Так как в КЭ нет стационарной фазы, а разделительный объем ограничивается несколькими мкл, легко наступает явление перегрузки. Прежде всего, к перегрузке может привести неправильная регулировка прибора или слишком большая концентрация пробы. В качестве рабочего правила можно принять, что пробой может быть заполнено максимум 1–2 % от объема капилляра. Для капилляра длиной 50 см это соответствует максимальной длине зоны пробы 10 мм.
Рис. 17. Уширение полос из-за, адсорбции на стенках…
Условия: капилляр — 50 мкм; 42/50 см; поле — 300 В/см; буфер — 50 мМ фосфат, 20 мМ сульфат лития, 10–50 мМ МП; pH 3.5, ввод пробы давлением, 1 с.; детектирование — 214 нм; проба -0,5 мг/мл лизоцим.
Наряду с объемной перегрузкой в случае слишком больших времен ввода при высокой концентрации пробы наблюдается также перегрузка по массе. Перегрузка по массе отчетливо видна при рассмотрении зависимости значения Н от концентрации пробы. При равном времени ввода проб увеличивается только количество введенной пробы, а не ее объем. Доля σVU как вклада в уширение полос остается при этом постоянной. В качестве примера на рис. 18 показан эффект перегрузки из-за большого объема и высокой концентрации пробы.
Время ввода пробы повышается с 1 до 5 с, так что, хотя порог обнаружения и понижается примерно до 0.2 мМ, одновременно возрастает значение Н, поэтому вклад перегрузки по объему увеличивается. Отсюда видно, что вкладом перегрузки по объему в уширение полос пренебречь нельзя Даже при маленькой концентрации в области, в которой можно пренебречь перегрузкой по массе, значение Н остается при вводе пробы за 5 с больше, чем при вводе за 1 с.
Низкий порог обнаружения при вводе больших объемов пробы нивелируется сильным уширением полос (таблица 4) и связанными с этим трудностями разделения соседних пиков.
Рис. 18. Эффект перегрузки из-за большого объема и концентрации пробы.
Условия: прибор для КЭ — Beckman Р/АСЕ; капилляр — 75 мкм, 65/72 см; поле — 347 В/см; буфер А — 70 мМ борат, pH 8.5; буфер В — 40 мМ борат, pH 8.5; ввод пробы давлением, I или 5 с; проба фенилтриметидаммонийхлорид.
5.6. Наложение профилей потока
При разделении в КЭ всегда надо обращать внимание на то, чтобы не было разницы в уровнях между обоими сосудами с электролитом. Даже при незначительной разнице уровней в капилляре возникает течение, которое приводит к параболическому профилю потока. Этот эффект вызывает дополнительный вклад в уширение полос и сильно зависит от радиуса капилляра. В то время как в случае капилляра с внутренним диаметром 25 мкм этим эффектом можно практически пренебречь, в капилляре диаметром 100 мкм этот эффект сильно ухудшает эффективность разделения и оказывает влияние на разрешение пиков.
5.7. Резюме
Важнейшие причины уширения полос в КЭ представлены в таблице 5.
Таблица 5. Основные причины уширения полос
Причина уширения полос ∙ Примечание
Продольная диффузия ∙ Соответствует теоретическому пределу; увеличивается с уменьшением ММ и с увеличением времени анализа
Термические эффекты ∙ Приводят к конвекции и к локальным изменениям вязкости