TECHNIKI ELEKTROMIGRACYJNE - Teoria i praktyka

Prawidłowy rozwój chemii analitycznej w Polsce wymaga nie tylko ciągłego śledzenia najnowszych doniesień literaturowych przez pracowników laboratoriów naukowych, ale również kształcenia młodej kadry chemików oraz przekazywania wiedzy do laboratoriów prowadzących pomiary rutynowe.

Większość literatury naukowej jest publikowana w języku angielskim i warto podkreślić, że polscy chemicy analitycy publikują wiele liczących się prac naukowych w dobrych, o dużym współczynniku oddziaływania czasopismach o obiegu międzynarodowym. Niemniej poza pracami w języku angielskim warto pamiętać o tym, iż nie wszyscy mają dostęp do międzynarodowych czasopism, jak również nie wszyscy posiadają dostateczną znajomość języka angielskiego do śledzenia piśmiennictwa obcojęzycznego.

Biorąc to pod uwagę, widzimy konieczność podjęcia działań odnośnie szerzenia wiedzy w zakresie chemii analitycznej w języku polskim, dla czytelnika polskiego. W związku z tym Komitet Chemii Analitycznej Polskiej Akademii Nauk (KChA PAN) podjął współpracę z Wydawnictwem MALAMUT w zakresie propagowania wiedzy z zakresu chemii analitycznej oraz przygotowywanie monografii tematycznych w języku polskim.

Współpracując od kilku lat z członkami KChA PAN, wydawnictwo podjęło już pierwsze działania wydawnicze (dwie pozycje wydane w 2007 roku; 1 wydana w 2008 roku), co spotkało się z dużym zainteresowaniem środowiska polskich analityków. W związku z tym uznano, że ważne jest podjęcie systematycznych działań, wspieranych przez największe autorytety w dziedzinie chemii analitycznej związanych z kontynuacją tej działalności wydawniczej.

W 2008 roku została powołana Rada Programowa Wydawnictwa MALAMUT, w skład której wchodzi przewodniczący rady, pięciu członków oraz przedstawiciel wydawnictwa. Członkowie Rady Programowej wywodzą się z różnych środowisk, mają różne doświadczenia zarówno w zakresie reprezentowanej tematyki badawczej, jak i w zakresie doświadczeń dydaktycznych.

Redaktor naczelny

Dr Piotr Bieńkowski

Wydawnictwo MALAMUT

Przewodnicząca Rady Programowej Wydawnictwa MALAMUT

Prof. dr hab. Ewa Bulska

Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych, Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski

Członkowie Rady Programowej Wydawnictwa MALAMUT

Prof. dr hab. Irena Staneczko-Baranowska

Wydział Chemiczny, Politechnika Gliwicka

Prof. dr hab. Bogusław Buszewski

Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii, Wydział Chemii, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

Prof. dr hab. inż. Zbigniew Brzózka

Wydział Chemiczny, Politechnika Warszawska

Prof. dr hab. Beata Godlewska - Żyłkiewicz

Wydział Chemii, Uniwersytet w Białymstoku

Dr Bolesław Jerzak Bolesław Jerzak

LGC Standards

Dr hab. Jolanta Kochana

prof. UJ, Wydział Chemii, Uniwersytet Jagielloński

Prof. dr hab. inż. Piotr Konieczka

Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska

Prof. dr hab. Piotr Stepnowski

Wydział Chemii, Uniwersytet Gdański

SPIS TREŚCI

WPROWADZENIE
Bogusław Buszewski, Ewelina Dziubakiewicz, Michał Szumski str. 15

Rozdział 1

RYS HISTORYCZNY
Bogusław Buszewski, Ewelina Dziubakiewicz str. 18
Literatura str. 20

Rozdział 2

PODSTAWY TEORETYCZNE TECHNIK ELEKTROMIGRACYJNYCH
Ewelina Dziubakiewicz, Bogusław Buszewski str. 21
Ruchliwość elektroforetyczna str. 22
Przepływ elektroosmotyczny str. 24
Mechanizm rozdzielania elektroforetycznego str. 26
Parametry rozdzielania elektroforetycznego str. 29
Czas migracji str. 29
Sprawność str. 29
Selektywność str. 30
Rozdzielczość str. 31
Optymalizacja warunków rozdzielania elektroforetycznego str. 32
Polaryzacja elektrod str. 32
Stosowane napięcie str. 33
Temperatura str. 35
Kapilara str. 35
Roztwór buforowy str. 36
pH roztworu buforowego str. 36
Stężenie / siła jonowa roztworu buforowego str. 38
Substancje modyfikujące EOF dodawane do buforu str. 39
Literatura str. 40

Rozdział 3

APARATURA
Michał Szumski str. 45
Zasilacz str. 46

TECHNIKI ELEKTROMIGRACYJNE
Kapilara str. 47
Termostatowanie kapilary str. 49
Fiolki str. 50
Dozowanie próbki str. 51
Detekcja w technikach elektromigracyjnych str. 52
Detekcja spektrofotometryczna str. 54
Detekcja fluorescencyjna str. 59
Detektory LIF str. 62
Lasery str. 64
Derywatyzacja w detekcji fluorescencyjnej i LIF str. 67
Podsumowanie LIF str. 70
Detekcja RI str. 70
Detekcja elektrochemiczna str. 73
Detektory potencjometryczne str. 73
Detektory konduktometryczne str. 75
Detektory amperometryczne str. 79
Detekcja MS str. 82
Detekcja NMR str. 85
Podsumowanie str. 87
Automatyzacja i robotyzacja str. 87
Literatura str. 91

Rozdział 4

ANALIZA JAKOŚCIOWA I ILOŚCIOWA – INTERPRETACJA ELEKTROFEROGRAMÓW
Michał Szumski, Bogusław Buszewski str. 94
Analiza jakościowa str. 94
Źródła błędów str. 95
Analiza ilościowa str. 95
Metoda wzorca zewnętrznego (krzywej kalibracyjnej) str. 96
Metoda wzorca wewnętrznego (metoda dodatku wzorca) str. 98
Uwagi dotyczące kształtu piku str. 99
Literatura str. 102

Rozdział 5

MICELARNA CHROMATOGRAFIA ELEKTROKINETYCZNA (MEKC)
Edward Bald, Paweł Kubalczyk str. 103
Wprowadzenie str. 103
Podstawy rozdzielania str. 105
Sprawność str. 107
Selektywność str. 108
Współczynnik retencji str. 108
Czynniki wpływające na przebieg rozdzielania str. 109
Surfaktanty str. 109
Dodatki str. 112
Wpływ pH str. 113
Kolejność elucji str. 114
Aparatura i procedura analityczna str. 114
Detekcja str. 115
Rozwijanie metody str. 115
Podsumowanie str. 116
Literatura str. 117

Rozdział 6

IZOTACHOFOREZA (ITP)
Przemysław Kosobucki, Bogusław Buszewski str. 119
Podstawy teoretyczne str. 119
Analiza jakościowa i ilościowa str. 122
Warunki prowadzenia rozdzielania str. 124
Aparatura str. 126
Kolumna rozdzielająca str. 127
Detekcja str. 128
Substancje rozdzielające – „spacers” str. 132
Zastosowania str. 133
Sprzężenie izotachoforezy z innymi technikami analitycznymi str. 135
Izotachoforeza. Strefowa elektroforeza kapilarna (ITP CZE) str. 135
Izotachoforeza. Wysokosprawna chromatografia cieczowa (ITP HPLC) str. 136
Izotachoforeza. Spektrometria mas (ITP MS) str. 137
Izotachoforeza. Magnetyczny rezonans jądrowy (ITP NMR) str. 139
Miniaturyzacja str. 140
Podsumowanie str. 141
Literatura str. 143

Rozdział 7

KAPILARNE OGNISKOWANIE IZOELEKTRYCZNE (CIEF)
Michał Markuszewski, Renata Bujak, Emilia Daghir str. 146
Wprowadzenie str. 146
Metodyka postępowania badawczego w CIEF str. 147
Przygotowanie i wprowadzenie próbki str. 147
TECHNIKI ELEKTROMIGRACYJNE
Ogniskowanie str. 148
Dwuetapowe kapilarne ogniskowanie izoelektryczne str. 149
Mobilizacja chemiczna str. 149
Mobilizacja przy użyciu sił hydraulicznych str. 150
Jednoetapowe kapilarne ogniskowanie izoelektryczne str. 151
Dobór kapilary str. 152
Metody detekcji w kapilarnym ogniskowaniu izoelektrycznym str. 153
Przykłady zastosowań CIEF str. 154
CIEF w analizie hemoglobiny str. 154
CIEF w analizie białek str. 156
CIEF w analizie glikoprotein i immunoglobulin str. 157
Literatura str. 160

Rozdział 8

DWUWYMIAROWA ELEKTROFOREZA ŻELOWA (2DE)
Ewa Kłodzińska, Bogusław Buszewski str. 162
Wprowadzenie str. 162
Podstawy teoretyczne str. 163
Etapy procedur analitycznych przed analizą str.166
Przygotowanie i wprowadzenie próbki str. 166
Roztwarzanie białka str. 172
Substancje chaotropowe str. 172
Detergenty str. 173
Czynniki redukujące str. 173
Wzbogacanie białek str. 174
Uproszczona procedura frakcjonowania str. 174
Pierwszy kierunek – ogniskowanie izoelektryczne str. 177
Formowanie gradientu pH str. 177
Dehydratacja żelu i nanoszenie próbki str. 182
Drugi wymiar – elektroforeza żelowa w warunkach denaturujących str. 184
Metody barwienia białek – detekcja str. 185
Identyfikacja białek przez użyciu spektrometrii mas str. 187
Zastosowanie komputera w wizualizacji wyników analizy str. 188
Bazy danych 2D str. 189
Podsumowanie str. 190
Literatura str. 190

Rozdział 9

TECHNIKI ELEKTROCHROMATOGRAFICZNE
Michał Szumski str. 192
9.1. ELEKTROCHROMATOGRAFIA KAPILARNA
Michał Szumski str. 194
Podstawy teoretyczne str. 194
Aparatura do CEC str. 203
Problem powstania pęcherzy gazu str. 207
Przeprowadzenie rozdzielania CEC str. 208
Kolumny do CEC str. 210
Materiał na kolumny str. 211
Kolumny pakowane str. 211
Kolumny bezspiekowe str. 214
Kolumny monolityczne str. 215
Złoża monolityczne polimerowe str. 216
Złoża monolityczne krzemionkowe str. 219
Złoża monolityczne organiczno-nieorganiczne (PSG) str. 221
Kolumny otwarte str. 222
Miejsce CEC we współczesnych technikach separacyjnych str. 223
Literatura str. 224
9.2. ELEKTROCHROMATOGRAFIA PLANARNA
Adam Chomicki, Tadeusz Dzido, Paweł Płocharz, Beata Polak str. 229
Wprowadzenie str. 229
Rozwój metody str. 229
Komory do elektrochromatografii planarnej ciśnieniowej str. 232
Zalety i wady elektrochromatografii planarnej ciśnieniowej str. 234
Literatura str. 240

Rozdział 10

ELEKTROFOREZA W UKŁADACH NIEWODNYCH
Michał Szumski, Bogusław Buszewski str. 242
Stosowane rozpuszczalniki str. 242
Rozdzielanie w kapilarach o większych średnicach str. 245
Rozdzielanie dużych cząsteczek nierozpuszczalnych w wodzie str. 247
Rozdzielanie związków nie obdarzonych ładunkiem str. 248
Rozdzielanie związków optycznie czynnych str. 250
Podsumowanie str. 252
Literatura str. 252

Rozdział 11

METODY ZATĘŻANIA ANALITÓW W KAPILARZE
Paweł Kubalczyk, Edward Bald str. 254
Wprowadzenie str. 254
Zatężanie analitów w kapilarnej elektroforezie strefowej str. 256
Spiętrzanie ze wzmocnieniem pola str. 256
Spiętrzanie na drodze wprowadzania próbki ze wzmocnieniem pola str. 258
Spiętrzanie z dużą strefą próbki str. 259
Spiętrzanie ze wzmocnieniem pola na drodze manipulacji pH str. 260
Spiętrzanie według mechanizmu przejściowej izotachoforezy str. 260
Spiętrzanie według mechanizmu pseudo przejściowej izotachoforezy str. 261
Spiętrzanie na drodze dynamicznego skrzyżowania pH str. 263
Zatężanie poprzez przeciwprądowe gradientowe ogniskowanie str. 265
Zatężanie próbki w micelarnej elektrokinetycznej chromatografii str. 265
Spiętrzanie ze wzmocnieniem pola str. 266
Zmiatanie str. 266
Spiętrzanie z wysokim stężeniem soli str. 269
Elektrokinetyczne wprowadzanie próbki str. 269
Spiętrzanie na drodze wprowadzania próbki ze wzmocnieniem pola str. 270
Podsumowanie str. 270
Literatura str. 271

Rozdział 12

ROZDZIELANIE STEREOIZOMERÓW
Piotr Wieczorek str. 277
Mechanizm rozdzielania str. 279
Selektory chiralne str. 281
Cyklodekstryny str. 282
Chiralne etery koronowe str. 283
Chiralne surfaktanty str. 284
Makrocykliczne antybiotyki str. 285
Chiralne kompleksy metali str. 286
Naturalne i syntetyczne polimery str. 287
Zastosowanie technik elektromigracyjnych w analizie stereoizomerów str. 288
Podsumowanie str. 290
Literatura str. 291

Rozdział 13

SYSTEMY „LAB-ON-A-CHIP” DEDYKOWANE INŻYNIERII KOMÓRKOWEJ
Elżbieta Jędrych, Aleksandra Rakowska, Zbigniew Brzózka str. 294
Miniaturyzacja str. 294
Techniki analityczne w miniaturyzacji str. 295
Hodowle komórkowe str. 296
Mikrosystemy w inżynierii komórkowej str. 297
Projektowanie i wykonanie mikrosytemów str. 298
Materiały konstrukcyjne str. 298
Technologia wykonania mikrosystemu str. 299
Odlewanie (odtwarzanie) str. 300
Odciskanie str. 300
Metoda wtrysku str. 301
Mikroobróbka laserowa str. 301
Mikrofrezowanie str. 301
Uszczelnianie mikrosystemów str. 301
Istotne parametry mikroukładów do hodowli komórkowej str. 302
Geometria mikrosystemu str. 302
Sterylizacja i warunki środowiskowe str. 302
Przepływ substancji str. 303
Inne parametry str. 306
Hodowla komórkowa w mikroskali str. 306
Testy cytotoksyczności w mikroukładach str. 309
Literatura str. 312

Rozdział 14

ZASTOSOWANIE TECHNIK ELEKTROMIGRACYJNYCH W PRAKTYCE STR. 315

14.1. METABOLOMIKA – ZASTOSOWANIE TECHNIK ELEKTROMIGRACYJNYCH W POSZUKIWANIACH BIOMARKERÓW.
Michał Markuszeski, Małgorzata Waszczuk-Jankowska, Wiktoria Struck, Piotr Kośliński str. 315
Oznaczanie nukleozydów w próbkach biologicznych jako markerów kancerogenezy str. 318
Micelarna chromatografia elektrokinetyczna str. 320
Wybór metody detekcji str. 321
Elektrochromatografia kapilarna str. 322
Bioinformatyczne metody analizowania danych elektroforetycznych str. 323
Oznaczanie związków pterynowych jako biomarkerów kancerogenezy str. 326
Literatura str. 327
14.2. TECHNIKI ELEKTROMIGRACYJNE W OZNACZANIU MIKROORGANIZMÓW
Ewelina Dziubakiewicz, Bogusław Buszewski str. 330
Literatura str. 338
14.3. ZASTOSOWANIE TECHNIK ELEKTROMIGRACYJNYCH W ANALIZIE ŻYWNOŚCI
Piotr Wieczorek, Magdalena Ligor, Bogusław Buszewski str. 340
Polifenole str. 340
Barwniki str. 346
Witaminy str. 347
Dodatki do żywności str. 347
Aminokwasy, peptydy, białka str. 351
Węglowodany str. 354
Kwasy nukleinowe str. 355
Aminy biogenne, naturalne toksyny i inne zanieczyszczenia str. 355
Pestycydy str. 357
Antybiotyki str. 358
Podsumowanie str. 360
Literatura str. 360
14.4. ZASTOSOWANIE TECHNIK ELEKTROMIGRACYJNYCH W ANALIZIE ŚRODOWISKOWEJ
Edward Bald, Paweł Kubalczyk, Sylwia Studzińska, Bogusław Buszewski str. 372
Wprowadzenie str. 372
Detektory str. 372
Zatężanie analitów w próbce str. 373
Mikroczipy str. 375
Oznaczanie zanieczyszczeń środowiska str. 375
Pestycydy str. 375
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne str. 376
Fenole str. 377
Aminy str. 379
Kwasy karboksylowe str. 379
Materiały wybuchowe str. 380
Leki str. 381
Ciecze jonowe str. 383
Podsumowanie str. 385
Literatura str. 385
Akronimy i skróty str. 393
Skorowidz str. 397
Prawa autorskie str. 402