2. Sự điện di và sắc ký điện di mao quản hiệu suất cao
2.1. Dung dịch đệm pH và chất điện giải
Quỏ trỡnh điện di trong kỹ thuật CE đƣợc thực hiện trong mụi trƣờng của một hệ dung dịch đệm điện giải, dung dịch đệm đúng vai trũ là pha động (mobil phase: MP) bao gồm chất đệm pH và chất điện giải thớch hợp, hoặc chỉ chất đệm pH làm cả hai chức năng. Cỏc chất này cú tỏc dụng duy trỡ dũng điện trong mao quản, dũng điện di thẩm thấu (EOF) và sự chuyển động hay điện di của chất phõn tớch (chất tan). Giỏ trị pH, nồng độ (dung lƣợng đệm), loại dung dịch đệm điện giải cú vai trũ rất quan trọng. Nú xỏc định tớnh chất và đặc trƣng của
- Bề mặt của ống mao quản Silica.
- Sự tồn tại và ổn định độ lớn của lớp điện kộp, thế Zờta.
- Xỏc định sự chuyển động và tớnh bền vững của dũng điện thẩm EOF. - Duy trỡ và ổn định dũng điện trong mao quản.
- Cuối cựng là ảnh hƣởng đến độ điện di của chất tan, tức là hiệu quả của quỏ trỡnh tỏch sắc ký, mà cụ thể ở đõy là chiều cao đĩa lý thuyết H, số đĩa hiệu lực N của ống mao quản, độ sắc nột của pic sắc ký.
Giỏ trị pH của dung dịch đệm trong ống mao quản cú thể làm thay đổi bề mặt của mao quản từ bề mặt anionic đến cationic theo sự thay đổi pH. Vỡ mao quản trờn bề mặt cú cỏc nhúm –OH. Cỏc nhúm –OH này cú thể bị ionic hoỏ (dehydro) theo sự thay đổi tăng pH của dung dịch đệm. Khi pH của dung dịch đệm trong mao quản lớn hơn 5 (pH>5) thi ion H+
trong một số nhúm –OH này bị tỏch ra, làm bề mặt mao quản mang tớnh õm điện (anionic). Nghĩa là bề mặt mao quản bị anionic hoỏ và giỏ trị pH của dung dịch pha động càng cao thỡ qỳa trỡnh này xảy ra càng mạnh. Kết quả là làm cho độ õm điện trong ống mao quản càng lớn, khi pH tăng nhất là pH>8. Cũn ngƣợc lại khi pH<4 thỡ bề mặt mao quản lại bị cationic hoỏ. Mà bề mặt inonic của ống mao quản là yếu tố quyết định sự hỡnh thành và độ lớn của lớp điện kộp và thế Zờta. Nếu bề mặt anionic thỡ nú sẽ lại giữ cỏc ion õm của pha động. Vỡ thế đối với mỗi loại chất phõn tớch trong quỏ trỡnh sắc ký chỉ cú một vựng giỏ trị pH của dung dịch đệm điện di là thớch hợp và trong vựng này hiệu quả sắc ký là tốt nhất.
Trong ống mao quản khi nồng độ chất điện giải tăng, nghĩa là nồng độ cỏc ion (cation và anion) tăng, thỡ thƣờng làm thay đổi, thƣờng làm giảm độ lớn của lớp điện kộp. Lớp điện kộp là một hiện tƣợng sinh ra tất nhiờn trong mao quản. Nú là yếu tố chỳng ta khụng mong muốn. Lớp điện kộp này thƣờng làm
cho vựng mẫu (vựng chất phõn tớch) di chuyển khụng phẳng, qua đú tạo ra sự doóng pic sắc ký và cuối cựng làm giảm hiệu quả tỏch (làm giảm số N hiệu lực của ống mao quản). Trong thực tế ngƣời ta cần tạo cỏc dung dịch đệm điện di phự hợp, để lớp điện kộp này là nhỏ nhất và khụng đổi, nú đủ điều kiện cần thiết để duy trỡ quỏ trỡnh điện di của chất.
Lớp điện kộp và thế Zờta cũng phụ thuộc cả vào lực ion của dung dịch đệm điện di. Yếu tố này liờn quan đến sự hỡnh thành độ lớn và sự tồn tại của lớp điện kộp trờn bề mặt mao quản. Khi lực ion của dung dịch đệm điện di tăng, thỡ lớp điện kộp sẽ bị hẹp lại (bị nộn lại). Do đú làm cho thế Zờta cũng giảm và ảnh hƣởng đến dũng điện di thẩm thấu (EOF).
Độ lớn của thế Zờta (ζ) một cỏch gần đỳng đƣợc xỏc định theo cụng thức
ζ = (4πrDq)/ε (23)
Trong đú:
-ε là hăng số điện mụi của dung dịch
-q là tổng diện tớch dung dịch theo một đơn vị thể tớch
-rD bỏn kớnh hydrat của ion (bỏn kớnh De**) và giỏ trị của nú đƣợc tớnh theo biểu thức sau:
rD = (εkT)/(8πe2I) (24)
Với e là điện tớch của proton: k là hăng số Borzowman: T là nhiệt độ (độ K) và I là lực ion của dung dịch đệm điện di.
Cụng thức (24) cho chỳng ta thấy cỏc định lƣợng, khi nồng độ đệm lớn, tức là giỏ trị lực ion I lớn, thỡ giỏ trị rD giảm, nghĩa là thế Zờta giảm nhƣ trong cụng thức (23) cũng giảm. Đồng thời, khi ion cú điện tớch lớn (gấp 2-3 lần e) thỡ giỏ trị rD cũng giảm đi 2-3 lần.
Ngoài sự ảnh hƣởng đến lớp điện kộp trờn bề mặt mao quản, nồng độ của chất đệm, loại chất đệm điện giải cũng ảnh hƣởng đến sự điện di của chất tan. Tỏc động này thể hiện qua ổn định và duy trỡ dũng điện và cả dũng điện di thẩm thấu EOF trong mao quản. Qua đú sẽ làm ảnh hƣởng đến độ điện di hiệu lực μef của chất phõn tớch. Chất đệm điện giải CEC thể hiện qua cỏc yếu tố:
- Độ di chuyển của dũng EOF (àEOF). - Độ điện di của chất tan μef
- Dũng điện trong mao quản
- Sự hỡnh thành và di chuyển của Micell - Hệ số tỏch cỏc chất trong một hệ pha - Cuối cựng là sự tỏch của cỏc chất
Chất đệm pH và chất điện giải trọng CE là một trong những vấn đề cốt lừi của kỹ thuật sắc ký điện di mao quản. Nú đúng gúp một vai trũ quyết định trong kết quả điện di.