キャピラリー電気泳動

原理

電気泳動の原理を理解するためには、まず電気移動度という概念を理解する必要があります。電気移動度とは、電場に対するイオンの移動速度の比率を表します。イオンの電気移動度は、その大きさ、質量、電荷の数、形状、そして溶媒の粘性や温度に依存します。

式で表すと以下のようになります。

V = Eq / f

ここで、Vはイオンの速度、Eは電場強度、qはイオンの電荷、fは抵抗を表します。

キャピラリー電気泳動では、管の内部に試料を注入し、電流をかけることで試料中のイオンを移動させます。イオンの移動速度は電荷と粒径に依存するため、管の出口でイオンを検出し、その流出時間から質量や構造を推測することができます。

キャピラリー電気泳動の手順は大まかに以下のような工程を経ます。

バッファ液の選択、試料注入の手法、電流等のパラメータ設定は試料の性質により最適化されます。

以下にキャピラリー電気泳動におけるイオンの移動速度を計算する例を示します。

例えば、電場強度Eが10000V/cm、電荷qが1.6×10^-19C、抵抗fが4.62×10^-8Ns/m^2のときのナトリウムイオン（Na+）の電気移動度は次のように計算されます。

V = Eq / f

  = 10000 × 1.6×10^-19 / 4.62×10^-8

  = 3.46×10^-4 cm/s

この計算にはナトリウムイオンの電荷と抵抗が使われており、同じ電場下でも他のイオン種では異なる速度で移動することが分かります。

キャピラリー電気泳動の主な構成要素は、電圧供給装置、キャピラリー、検出器から構成されます。電流は電極から供給され、キャピラリーは両端が電極に接続されています。

キャピラリー電気泳動は以下のような特徴を持ちます。

電気泳動は20世紀初頭に発見されましたが、キャピラリー電気泳動が開発されたのは1980年代で、これにより試料の分離速度と分離度が大幅に向上しました。

キャピラリー電気泳動の問題点としては、試料の注入量が少ないため感度が低く、また各種バッファー溶液の選択や操作技術により分析結果が大きく変わるため、再現性や比較性に問題があるという点が挙げられます。

これらの問題を解決するためには、機器の改良や操作技術の向上、分析条件の標準化等が必要となります。

以上述べたように、キャピラリー電気泳動は医薬品の品質管理や環境調査など、広範囲にわたって活用されています。特に構造が異なるか同一かを迅速に判定することが可能なため、合成化学や物質開発の原初的なフェーズで利用されることが多いです。