Ile ciepła generuje się podczas elektroforezy kapilarnej?

Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Brunszwiku określili z dużą dokładnością, w jaki sposób moc prądu elektrycznego stosowanego w elektroforezie kapilarnej wpływa na wzrost temperatury analizowanej substancji.

Podczas elektroforezy wydziela się ciepło Joula wynikające z przepływu ładunków elektrycznych, ciepło to, wywołując ruchy konwekcyjne oraz niszcząc wrażliwe próbki (np. denaturacja białek), zaburza wyniki analiz elektroforezy kapilarnej (CE). W efekcie konieczne jest zmniejszenie natężenia prądu i wydłużenie czasu analizy.

Do chwili obecnej nie była znana dokładna wielkość ciepła generowanego podczas elektroforezy ze względu na trudność w pomiarze temperatury wewnątrz kapilary. Pomiarów ciepła próbowano dokonywać za pomocą barwników wrażliwych na zmiany temperatury lub poprzez pomiar pośredni zmian przewodnictwa i szybkości przepływu elektroosmotycznego.

Claudia Cianciulli i Herman Wätzig, naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Brunszwiku (Niemcy) zajmujący się chemią farmaceutyczną, zmierzyli temperaturę wewnątrz kapilary elektroforetycznej za pomocą termometru IR. Termometr ten został umieszczony w odległości 8 mm od kapilary – wyznaczając stopień emisji ciepła przez kapilarę udało się z dużą dokładnością zmierzyć temperaturę wewnątrz kapilary.

Udało się wykazać liniową zależność wzrostu temperatury od przepływającego prądu na odcinku kapilary, zależność tę wyrażono jako jednostkę mocy na jednostkę długości (W/m). Okazało się, że w zależności od wybranej metody pomiaru (bezpośrednia IR, pośrednie: przewodnictwo lub szybkość przepływu elektroosmotycznego) otrzymano różne nachylenie wykresów temperatury od mocy na jednostkę długości. Pomiary bezpośrednie pokazały, że temperatura rośnie wolniej niż to można stwierdzić na podstawie pomiarów pośrednich (współczynnik 6,3°C m/W w porównaniu do 7°C - 10°C m/W dla pomiarów pośrednich). Rodzaj kapilary oraz zastosowany bufor nie wpływają na nachylenie prostej, która cały czas ma współczynnik 6,3°C m/W. Jedynie chłodzenie kapilary powietrzem obniżyło nachylenie wykresu do 4°C m/W.

Na podstawie tych wyników analitycy posługujący się elektroforezą kapilarną będę mogli precyzyjnie dobrać odpowiednią moc prądu elektrycznego, która równocześnie zwiększy szybkość analiz i nie zniszczy analizowanej substancji.

(pj)