キャピラリー電気泳動法（CE）は、電場を用いて混合物の成分を分離する分析分離法です。
基本的には、キャピラリーという細い管の中で電気泳動を行います。
したがって、混合物の成分は、その電気泳動移動度に基づいて分離される。
特定の分子の電気泳動移動度を決定する要因は、分子の電荷、分離媒体の粘性、分子の半径の3つです。
電界の影響を受けるのはイオンだけで、中性種は影響を受けないままです。
キャピラリー内を移動する分子の速度は、電場の強さに依存する。
キャピラリー電気泳動とは
キャピラリー電気泳動法とは、電気泳動移動度に基づいて混合物の成分を分離する分析法です。
初期の実験では、ガラスのU字管にゲルや溶液を詰めて使用していた。
1960年代以降、キャピラリーが使用されるようになった。
インストルメンテーション
キャピラリーは溶融石英でできており、内径は20～100μmです。
キャピラリーチューブの両端には高電圧の電界が供給されます。
電極は、電解質溶液または水性バッファーを介してキャピラリーチューブの端に接続されています。
キャピラリー内には、あるpHの導電性液体が満たされています。
検出器などの出力デバイスのほか、再現性のある結果を得るために、システムの温度制御を行う機器もあります。
試料は注入によりキャピラリーに導入される。
キャピラリー電気泳動システムの機器構成を図1に示す。
図1: キャピラリー電気泳動装置の装置構成
キャピラリー電気泳動による分離の方法
キャピラリー電気泳動による分離方法には、6つのタイプがあります。
- キャピラリーゾーン電気泳動法(CZE) – 導電性流体として自由溶液を使用する。
- キャピラリーゲル電気泳動法(CGE) – ゲルを導電体として使用する。
- ミセル動電型キャピラリークロマトグラフィー(MEKC) – ミセルと溶媒/導電性流体の間で分配し、混合物中の成分を分離する。
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- キャピラリーエレクトロクロマトグラフィー（CEC）-導電性液体を除き、充填カラムを使用する。移動相は分離したい混合物とともにカラムに通される。
- キャピラリーアイソエレクトリックフォーカシング（CIEF） – 主にペプチドやタンパク質など、正負両方の電荷を持つ双性イオン成分の分離に使用されます。pH勾配のある導電性流体を用いてタンパク質溶液を分離する。各タンパク質は、pH勾配内の等電点を持つ領域に移動する。等電点では、タンパク質の正味の電荷はゼロになる。
- キャピラリーアイソタコフォレーシス（CITP）-不連続系です。各成分は連続したゾーンを移動し、移動の長さを測定することにより成分量を求める。
キャピラリー電気泳動のしくみ
一般に、電場中では荷電種が動き出す。
電界中での分子の電気泳動移動度を決めるのは、電荷、粘性、分子半径の3要素です。
- 電荷 – カチオン（正電荷を持つ分子）はカソード（負電極）へ、アニオン（負電荷を持つ分子）はアノード（正電極）へ向かって移動する。
- 粘性 – 媒体の粘性は分子の動きと逆で、特定の分離媒体の場合は一定です。
- イオン/分子の半径 – 電気泳動移動度は、分子の半径が大きくなるにつれて減少する。
したがって、同じ大きさの2つの分子を電気泳動させた場合、電荷の大きい方の分子が速く移動することになる。
電荷種の移動速度は、電界の強さが大きくなるにつれて大きくなる。
キャピラリー電気泳動の機構を図2に示す。
図2：キャピラリー電気泳動法
電気浸透流(EOF)
電気浸透流はキャピラリー電気泳動における移動相を生成する。
キャピラリーの材質は、ほとんどの場合シリカです。
pHが3以上の溶液を通すとシリカが加水分解され、負電荷のSiO-イオンが生成されます。
そして、毛細管壁面には負電荷の層ができる。
この負電荷に溶液中の陽イオンが引き寄せられ、負電荷の上に陽イオンの二重層が形成される。
内側の陽イオン層は安定で、外側の陽イオン層は荷電分子のバルクフローとして陰極へ向かって移動する。
キャピラリー電気泳動では、キャピラリーの壁面付近で陽イオンのバルクフローが発生する。
図3にキャピラリー壁面近傍の電気浸透流を示す。
図3：電気浸透流の様子
キャピラリー壁の直径が小さいため、EOFの効果が最大になり、キャピラリー電気泳動における荷電種の移動に重要な役割を果たす。
結論
キャピラリー電気泳動法は、電気泳動移動度に基づいて荷電種を分離する分析分離法です。
一般に、分子の大きさと電荷が分離の因子となる。
