Electrophorese

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1. Principe général et
grandeurs fondamentales
La séparation des composés par électrophorèse capillaire résulte
de deux mécanismes de transport, l’électromigration et l’électroosmose.
1.1 Électromigration
L’électromigration résulte du déplacement d’une espèce chargée
lorsqu’elle est soumise à un champ électrique. La vitesse linéaire
acquise (ou vitesse électrophorétique) est alorsfonction du champ
électrique et de la mobilité électrophorétique de l’ion selon la relation
suivante :
vep = mepE (1)
avec vep vitesse électrophorétique (cm · s−1),
E champ électrique (V · cm−1),
mep mobilité électrophorétique (cm2 · V−1 · s−1).
L’électromigration s’effectue dans le sens du champ électrique
(mobilité électrophorétique positive) pour les cations et dans le sens
opposépour les anions (mobilité électrophorétique négative). Cette
notion de mobilité électrophorétique a déjà été décrite en détail
dans ce traité (article [P 1 815], référence [15]), aussi seuls les paramètres
dont dépend ce phénomène sont-ils rappelés brièvement.
D’un point de vue expérimental, la mobilité électrophorétique
d’un ion dépend principalement du pH et de la force ionique dutampon,
de l’ajout d’une espèce complexante au tampon et, enfin, de la
température.
1.2 Électroosmose
Le phénomène d’électroosmose correspond à l’écoulement d’un
liquide remplissant un capillaire (dont la paroi interne possède une
charge de surface) lorsque celui est soumis à un champ électrique
tangentiel. Dans le cas d’un capillaire en silice fondue, les charges
de surface sont dues àl’ionisation négative des groupements silanols
dès que le pH est supérieur à 2.
Lorsque le capillaire est rempli d’un tampon électrophorétique,
les cations du tampon sont attirés vers les charges négatives de la
surface du capillaire, formant ainsi une double couche électrique,
caractérisée par un potentiel de surface ou potentiel zéta (ζ) :
avec δ épaisseur de la double couche,
σ densitéde charges par unité de surface,
ε constante diélectrique du milieu.
Lors de l’établissement d’un champ électrique tangentiel à cette
interface, les cations de charge opposée à celles de la surface du
capillaire de silice fondue et présents en excès dans la couche de diffusion
migrent vers la cathode et entraînent avec eux les molécules
de solvant, créant ainsi un écoulement de toutesles espèces présentes
au sein du capillaire, nommé électroosmose. La vitesse linéaire
de cet écoulement (veo) est alors proportionnelle à l’intensité du
champ électrique E et à la mobilité électroosmotique meo :
veo = meoE (2)
La mobilité électroosmotique est égale à :
meo = ζε/η
avec η viscosité du liquide dans la couche de diffusion.
D’autre part, le taux d’ionisation des groupementssilanols, et
donc la densité de charge surfacique, dépend du pH et de la force
ionique du tampon et, aussi, de la nature des cations du tampon
(figure 1). Ainsi, à pH et force ionique identiques, le potentiel zéta
généré par l’intermédiaire d’un tampon phosphate de sodium est
différent de celui obtenu à partir d’un tampon phosphate de potassium.
Enfin, la présence de solvants organiquesdans le tampon
modifie le flux électroosmotique en raison de son impact sur la viscosité
et sur le potentiel zéta.
En électrophorèse capillaire, le flux électroosmotique (FEO) joue
un rôle fondamental en raison de son profil d’écoulement plat, qui
La mobilité électrophorétique d’une espèce chargée est fonction
de sa charge électrique et de sa taille. Un ion sera donc
d’autant plusmobile que sa charge est élevée et que sa taille (ou
son rayon ionique) sera faible.
L’écoulement électroosmotique dépend des caractéristiques
du potentiel zéta, de la viscosité et de la constante diélectrique
du tampon électrophorétique. Il s’exercera dans le sens du
champ électrique ou dans le sens opposé selon le signe de la
charge surfacique du capillaire.
ζ
δσ
= --ε----...
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