1.1. Sự ra đời và phỏt triển
Năm 1937: Sắc kớ điện di được nghiờn cứu lần đầu tiờn bởi Tiselius (Thụy Điển) khi
ụng tỏch được cỏc cấu tử trong huyết thanh (α, β, γ globumin). Sau đú được ụng phỏt triển trờn cơ sở nghiờn cứu tỏch và phõn tớch cỏc hỗn hợp protein, amin, amino axit ở thế thấp (110 – 220V) và được gọi là điện di cổ điển. Nhờ kết quả nghiờn cứu và đề xuất ra kĩ thuật tỏch mới này nờn Tiselius đó nhận được giải thưởng Nobel năm 1949.
Năm 1953: Edstrom đó dựng sơi mao quản đường kớnh 15 μm để tỏch được lượng
nhỏ ADN.
Năm 1967: Hjerten nghiờn cứu một cỏch cú hệ thống và mụ tả chi tiết, cũng như
hoàn chỉnh cơ sở lý thuyết sắc kớ điện di mao quản trong ống hở. sau đú là cỏc nhà khoa học Later Virtamen, Mikkers đó nghiờn cứu và phỏt triển tiếp kĩ thuật này trờn ống mao quản bằng thủy tinh và teflon. Tiếp đú nhà khoa học Jorgen son đó phõn loại lý thuyết về cỏc kiểu CE và mụ tả đặc điểm và cỏch hoạt động của mỗi loại.
Giữa thập kỷ 80: sắc kớ điện di mao quản hiệu năng cao (HPCEC) được nghiờn cứu và phỏt triển, nú là sự kết hợp giữa điện di cổ điển với tớnh chất của cột sắc kớ khớ mao quản và cỏc detector cú độ nhạy cao của kĩ thuật HPLC. Song muốn thực hiện điện di được trong ống mao quản thỡ phải ỏp vào 2 đầu mao quản thế cao (15 – 50 kV), vỡ vậy cú tờn là sắc kớ điện di mao quản thế cao.
Cuối năm 1992: một số hóng như ISCO, HP, Berkman đó bắt đầu đưa ra thị
trường một số hệ thống mỏy CEC đầu tiờn.
Năm 1994: thời kỡ phỏt triển của HPCEC.
Năm 1995: cỏc nước tiờn tiến đó ỏp dụng kĩ thuật phõn tớch này trờn nhiều lĩnh vực
khoa học, kinh tế, nụng cụng nghiệp và y dược.
Từ năm 1995 đến nay, kĩ thuật HPCEC cú bước phỏt triển nhảy vọt. Hiện nay kĩ thuật phõn tớch HPCEC đó và đang phỏt triển ở mức độ cao và được ứng dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khỏc nhau của khoa học cụng nghệ, nhất là y dược và sinh học.
Hỡnh 1. Sự phỏt triển của HPCEC (giai đoạn từ năm 1980 đến 1997)
1.2. Phõn loại cỏc kiểu HPCEC
Sắc kớ điện di mao quản rất đa dạng, cú nhiều kiểu (mode) từ đơn giản đến hoàn chỉnh và phức tạp. Tựy theo cơ chế, bản chất và đặc điểm của sự tỏch xảy ra trong ống mao quản mà người ta phõn thành cỏc kiểu khỏc nhau như sau:
Bảng 1. Phõn loại cỏc kiểu điện di mao quản Kiểu điện di Bản chất của sự tỏch và đặc trưng
Điện di mao quản vựng (Capillary Zone Electrophoresis-CZE)
- Sự điện di dung dịch tự do theo vựng mẫu.
- Sự tỏch cỏc chất xuất hiện do sự di chuyển của chất tan trong mao quản theo mỗi vựng của chất riờng rẽ, chỳng di chuyển theo tốc độ khỏc nhau và do dũng EOF trong ống mao quản là nhõn tố quyết định dưới tỏc dụng của lực điện trường E.
Sắc kớ điện di mao quản điện động Micell
(Micellary Capillary Electro-Kenetic
Cromatoghraphy-MEKC)
- Sự tương tỏc ionic hay hydrophobic với Micell.
- Bản chất, trung tõm của sự tỏch là sự hỡnh thành cỏc Micelle trong mao quản, cỏc tiểu phõn này sẽ dẫn dắt và đúng gúp thờm khả năng của quỏ trỡnh tỏch cỏc chất trờn nền dung dịch đệm và chất điện di trong ống mao quản.
Sắc kớ điện di mao quản gel (rõy phõn tử)
((Capillary Gel
Electrophoresis-Gel- CEC)
Sắc kớ điện di mao quản hội tụ đẳng điện
((Capillary Isoelectric Focusing
Chromatography- CIEFC)
- Dựa vào tớnh chất của điểm đẳng điện pI và vựng mẫu. - Sự tỏch sắc kớ ở đõy là dựa trờn cơ sở của sự điện di kết hợp với sự khỏc nhau giỏ trị pI của chất tan và sự hội tụ đẳng điện trong một điều kiện nhất định để hội tụ vựng mẫu gọn lại, làm giàu chất phõn tớch.
Sắc kớ điện di mao quản đẳng tốc độ (Capillary Isotachophores
Chromatography- CITEC)
Dựa vào tớnh chất đẳng tốc độ nhất thời.
1.3. Đặc điểm của sắc kớ điện di mao quản hiệu năng cao
Phương phỏp HPCEC cú cỏc đặc điểm sau đõy:
1. Cú hiệu lực tỏch cỏc chất rất cao trong ống mao quản thủy tinh, ống teflon (đường kớnh trong 25-100 μm).
2. Thế điện di rất cao, thường từ 10 – 50 kV ( 150-550 V/cm ) đặt ở hai đầu ống mao quản để tạo điện trường E.
3. Số đĩa hiệu lực của cột tỏch là rất lớn, thường từ 105 đến 106 đĩa /m nờn cho kết quả tỏch tốt đối với những chất phức tạp.
4. Thời gian tỏch hỗn hợp nhanh, khoảng 5 – 20 phỳt.
5. Việc phỏt hiện hầu hết cỏc chất bằng detector UV hay UV-VIs (trực tiếp hoặc
giỏn tiếp) được thực hiện ngay trờn một đoạn nhỏ của đầu cuối ống mao quản nờn
khụng cần bộ flowcell như trong HPLC (Hỡnh 2).
6. Lượng mẫu nạp vào cột tỏch rất nhỏ, khoảng 5 - 20nL (nhỏ hơn lượng mẫu của HPLC trờn 1000 lần) nờn rất phự hợp để tỏch cỏc mẫu cú khối lượng rất nhỏ, như mẫu mỏu bệnh nhõn, vật liệu quý hiếm.
7. Cú nhiều kiểu tỏch (bảng 1) nờn khả năng ứng dụng thực tế rất rộng rói, đa dạng và phong phỳ. Đặc biệt thớch hợp cho nhiều đối tượng phức tạp như cỏc mẫu sinh học.
8. Sự tỏch chủ yếu thực hiện trong dung mụi nước cú chất đệm pH và chất điện ly
nờn khụng tốn nhiều dungmụi đắt tiền như trong HPLC.
9. Việc vận hành tỏch và phõn tớch khụng phỳc tạp, cũng dễ dàng tương tự HPLC.
10. Cú thể sử dụng nhiều trang bị của HPLC như mỏy tự ghi, tớch phõn kế. Do vậy
11. Tự động húa được trong quỏ trỡnh tỏch và phõn tớch hàng loạt mẫu.
12. Do đường kớnh trong của mao quản nhỏ nờn nú giới hạn và làm khú khăn dũng
chảy, vỡ thế dễ xuất hiện hiệu ứng nhiệt Jun khụng cú lợi. Do đú phải khống chế nhiệt độ của mao quản để đảm bảo thu được kết quả phõn tớch ổn định.
Hỡnh 2. Một đoạn ống mao quản trong HPCEC được xem như một Fowcell
Với những đặc điểm trờn, kĩ thuật phõn tớch HPCEC đó được phỏt triển rất nhanh và ứng dụng nhiều trong y học, húa học, sinh học, dược, nụng nghiệp với tốc độ chưa từng thấy trong cỏc kĩ thuật phõn tớch.