1.2.4.1. Hiệu ứng nhiệt Jun
Khi một dòng điện đi qua một chất rắn hoặc chất lỏng có độ dẫn điện nhất định, điện năng đƣợc chuyển thành nhiệt năng và làm cho chất rắn hoặc chất lỏng đó nóng lên.
Trong kĩ thuật CE, do sử dụng lực điện trƣờng lớn nên việc sản sinh ra nhiệt lƣợng là một kết quả không thể tránh đƣợc. Các hiệu ứng nhiệt sẽ gây ra hai vấn đề là: sinh ra các gradient nhiệt độ di chuyển trong mao quản, và sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian. Lƣợng nhiệt sinh ra này tỉ lệ thuận với lực điện trƣờng [36, 49].
Hình 1.8. Các gradient nhiệt và sự hình thành dòng chảy hình parabol trong mao quản.
21
Các gradient nhiệt trong mao quản là kết quả của quá trình phân tán nhiệt. Khi nhiệt lƣợng đƣợc phân tán dựa trên hiện tƣợng khuếch tán sẽ làm cho nhiệt độ ở vùng trung tâm mao quản cao hơn ở thành mao quản. Khi dung dịch có độ nhớt nhỏ ở vùng có nhiệt độ cao sẽ làm cho dòng EOF và độ linh động điện di tăng lên. Kết quả là sinh ra dòng chảy hình parabol và làm giãn rộng pic (giảm độ phân giải). Khi ta dùng một mao quản có đƣờng kính hẹp sẽ làm hạn chế hiện tƣợng này do cƣờng độ dòng điện xuyên qua mao quản sẽ giảm đi và nhiệt lƣợng đƣợc phát tán ra môi trƣờng ngoài nhanh hơn khi giảm đƣờng kính mao quản.
Để làm giảm hiệu ứng nhiệt Jun có thể áp dụng các phƣơng pháp sau: giảm cƣờng độ điện trƣờng, giảm đƣờng kính mao quản, giảm lực ion của dung dịch đệm, hoặc dùng hệ thống làm mát hay điều nhiệt.
1.2.4.2. Ảnh hưởng của pH pha động
pH là giá trị có ý nghĩa rất quan trọng và thƣờng đƣợc quan tâm nghiên cứu trong các phƣơng pháp phân tích nói chung và phƣơng pháp điện di mao quản nói riêng.
Đầu tiên, pH là yếu tố quyết định sự hình thành lớp điện kép và cƣờng độ dòng EOF. Ở pH<3, dòng EOF không đáng kể, nhƣng đến pH=9 các nhóm silanol bị ion hóa gần nhƣ hoàn toàn và dòng EOF trở nên rất mạnh. Tại pH cao, cƣờng độ dòng EOF lớn, thứ tự sắp xếp của các chất nhƣ sau: đi đầu là các cation, kế tiếp là các phân tử trung hòa và cuối cùng là các anion. Trong trƣờng hợp này không thể phân tách các phân tử trung hòa với nhau vì chúng không mang điện. Các anion cũng bị kéo về cực âm do cƣờng độ dòng EOF lớn hơn độ linh động điện di của chúng. Do đó khi tại pH thấp, rất khó để phân tích đồng thời cả anion và cation trong một phép đo do sự giảm cƣờng độ dòng EOF. Để có thể xác định anion thì anot phải đặt gần hƣớng đetectơ, còn để xác định cation phải đặt catot gần đetectơ bằng cách đảo chiều phân cực.
22
Hình 1.9. Biểu đồ sự phụ thuộc vào pH của độ linh động dòng điện thẩm [24].
Ngoài ra, pH của dung dịch đệm điện di còn quyết định dạng tồn tại của các chất phân tích đặc biệt là các axit yếu, bazơ yếu hay các chất lƣỡng tính nhƣ peptit. Dạng tồn tại của các chất này phụ thuộc vào giá trị pH và do đó tính chọn lọc trong quá trình tách cũng sẽ lệ thuộc vào pH. Theo kinh nghiệm, thƣờng chọn dung dịch đệm điện di có pH trong khoảng 1 hoặc 2 đơn vị so với giá trị pKa của chất phân tích. Điều cần phải lƣu ý là khi pH cao, dòng EOF di chuyển nhanh do đó hiệu quả tách sẽ kém đi.
pH của dung dịch đệm điện di đƣợc duy trì bởi các hệ đệm vô cơ hay hữu cơ khác nhau. Tuy nhiên, các hệ đệm hữu cơ của các chất lƣỡng tính thƣờng đƣợc sử dụng nhiều hơn. Ƣu điểm của các chất này là có độ dẫn thấp khi đƣợc điều chỉnh ở giá trị pH của gần với giá trị pI của chúng. Và do đó chúng sẽ làm giảm cƣờng độ dòng điện và hiệu ứng nhiệt Jun. Ngoài ra, các chất lƣỡng tính nhƣ CAPS, MES,… có kích thƣớc lớn, cồng kềnh, di chuyển chậm nên sẽ làm tăng hiệu quả tách và cƣờng độ tín hiệu.
Bảng 1.3. Một số hệ đệm thông dụng trong kỹ thuật CE
Tên chất pK Tên chất pK
23 Photphat 2,12; 2,21; 12,36 HEPS 7,55 Arginine 2,18; 9,09;13,20 CAPS 10,4 Xitric/xitrat 3,06 HESPP 8,00 Sucinic/Sucinat 4,19;5,57 Glyxin/HCl 8,20 Xitric/Xitrat 4,47 Glycyl/Glycine 8,25 Fomic/fomat 3,75 Trixin 8,15 Axetic/axetat 4,76 Tris 8,30 MES 6,15 Bixin 8,35 ADA 6,15 Morpholine 8,49 Bis-tris-prop.a.n 6,80 Borat 9,24 Mopso 6,90 CHES 9,5 Imidazole 7,0 MOPS 7,2
1.2.4.3. Ảnh hưởng của điện thế và nhiệt độ
Cả dòng EOF và vận tốc điện di đều tỉ lệ thuận với lực điện trƣờng, do đó việc sử dụng điện thế cao sẽ làm giảm thời gian tách chất. Ngoài ra, nếu thời gian tách chất ngắn sẽ làm giảm hiệu ứng nhiệt nên sẽ hạn chế đƣợc sự giãn rộng pic và nâng cao hiệu quả phân tích.
Độ linh động điện di và dòng EOF đều phụ thuộc vào độ nhớt của dung dịch. Tuy nhiên, độ nhớt lại là một hàm phụ thuộc vào nhiệt độ do đó việc kiểm soát và khống chế nhiệt độ trong quá trình phân tích là vô cùng quan trọng. Khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt giảm và do đó độ linh động điện di sẽ tăng lên. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tăng lên thì hiệu ứng nhiệt Jun cũng sẽ tăng lên nên phải khống chế nhiệt độ ở một giá trị tối ƣu để vừa nâng cao hiệu suất tách chất vừa không làm tăng các hiệu ứng nhiệt. Thông thƣờng, nhiệt độ đƣợc lựa chọn là 25oC.
24