Novel trends in analytical sciences : capillary electrophoresis and microchip capillary electrophoresis

Abstract

Recently, a demand for rapid, cost-effective, and environmentally friendly analytical methods has increased. These approaches can be achieved with electrically driven separation methods known as "capillary electrophoresis (CE)" due to short analysis time, low solvent and sample consumption, and high separation efficiency. Additionally, the miniaturization system, "microchip CE", enables promise for higher sample throughput, lower solvent and sample consumption, and consideration as a portable instrument. This work purposed to evaluate the merits of these techniques in chemical and biological fields towards green analytical chemistry. The CE method for the simultaneous analysis of nicotine, cotinine, nicotinamide, and nicotinic acid was established using triprolidine as an internal standard. The optimized condition was achieved in 25 mM sodium dihydrogen phosphate (pH 2.1) using a capillary with a Ltotal of 64.5 cm, 50 ?m i.d. (extended path length), injection at 50 mbar for 10 s, and the applied voltage of 30 kV, and a baseline separation at 10 min. The validated method was applied for the determination of nicotine, cotinine (in a stress test of nicotine gum), nicotinamide, and nicotinic acid in pharmaceutical formulations with the results found within USP limit. Furthermore, the performance of commercial microchip CE with a red laser induced fluorescence detection and its chips were evaluated. Simple and rapid chip-based non-aqueous CE separation of several structurally related basic dyes (e.g. methylene blue, toluidine blue, nile blue, and brilliant cresyl blue) was achieved in ~ 40 s in 80 mM NH4OAc, 870 mM acetic acid in DMSO with a separation length of 14 mm and injection/separation voltages of 1,400/1,500 V. Then, single cell analysis of nile blue stained E. coli, B. subtilis, M. luteus, S. aureus, C. albicans, and L. fungicola was achieved in ~ 20 s in 1 mg/mL CTAB in 1 mM Tris/0.33 mM citric acid, pH 7.0, using 5 mg/mL SB3-10 as a blocking agent and injection/separation voltages of -1,000/-1,000 V providing S/N of 26.2 - 34.0 with % RSD within 2.45%. Separations of the bacteria and fungus mixture containing E. coli, S. aureus and C. albicans were re-optimized and achieved in 3.94 mM Tris, 0.56 mM boric acid and 0.013 mM Na2EDTA pH 10.5, containing 0.025% PEO with injection/separation voltages of 1,000/1,000 V. Addtionally, the optimal condition was successfully applied for the separation of Gram positive bacteria (i.e. B. subtilis, M. luteus, and S. aureus).

ปัจจุบันเทคนิคการวิคราะห์ที่รวดเร็ว ราคาถูก และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเป็นที่ต้องการมากขึ้นแนวทางที่สอดคล้องกับวัตถุประสงค์นี้ คือ การใช้เทคนิคแคปิลลารีอิเล็กโทรโฟรีซีสซึ่งเป็นการแยกสารภายใต้สนามไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว ใช้สารตัวอย่างและตัวทำละลายน้อย และให้ประสิทธภาพในการแยกสูง นอกจากนี้ไมโครชิพแคปิลลารีอิเล็กโทรโฟรีซีสยังสามารถวิเคราะห์ได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ใช้สารตัวอย่างและตัวทำละลายน้อยกว่า และสามารถพัฒนาเป็นเครื่องมือพกพาได้ ในการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์ที่จะประเมินศักยภาพของเทคนิคแคปิลลารีและไมโครชิพแคปิลลารีอิเลก็ โทรโฟรีซีสเพื่อการวิเคราะห์ทางเคมีและชีววิทยา ซึ่งได้พัฒนาเทคนิคแคปิลลารีอิเล็กโทรโฟรีซีสสำหรับการแยกนิโคติน โคตินิน นิโคตินาไมด์ และนิโคตินิก แอซิดในคราวเดียวกัน โดยใช้ไตรโพรลิดีนเป็นสารมาตรฐานภายใน สภาวะที่เหมาะสม ได้แก่ โซเดียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต 25 มิลลิโมลาร์ที่พีเอช 2.1 แคปิลลารียาว 64.5 เซนติเมตร, เส้นผ่าศูนย์กลางภายใน 50 ไมโครเมตร (ขยายส่วนที่แสงผ่าน), ฉีดสารด้วยแรงดัน 50 มิลลิบาร์ 10 วินาที และ ความต่างศักย์ไฟฟ้า 30 กิโลโวลต์ สภาวะดังกล่าวสามารถแยกสารได้อย่างสมบูรณ์ภายใน 10 นาที วิธีวิเคราะห์ที่ผ่านการประเมินได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ในการหาปริมาณของนิโคติน โคตินิน (ในสภาวะเร่งของหมากฝรั่งนิโคติน) นิโคตินาไมด์ และนิโคตินิก แอซิด ในเภสัชภํณฑ์ พบว่าปริมาณอยู่ในช่วงที่ตำรายากำหนดไว้ นอกจากนี้ได้ประเมินศักยภาพของไมโครชิพแคปิลลารีอิเล็กโทรโฟรีซีสที่ตรวจวัดด้วยฟลูออเรสเซนซ์ โดยใช้หลักการแยกสารแบบไม่ใช้น้ำอย่างง่ายและรวดเร็วในการวิเคราะห์เมทิลลีนบลู โทลูอิดีนบลู ไนล์บลูและ บริลลิแอนท์เครซิลบลู ซึ่งวิเคราะห์ได้ภายใน 40 วินาที สภาวะที่เหมาะสม ได้แก่ แอมโมเนียมอะซิเตท 80 มิลลิโมลาร์ อะซิติก แอซิด 870 มิลลิโมลาร์ ในไดเมทิลซัลฟอกไซด์ จากนั้นเซลล์เดี่ยวของ E. coli, B. subtilis, M. luteus, S. aureus, C. albicans and L. fungicola ที่ย้อมด้วยไนล์บลูถูกตรวจวัดได้ภายใน 20 วินาที ในเซทิลไตรเมทิลแอมโมเนียมโบรไมด์ 1 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร ทริส/ซิตริก แอซิด 1/0.33 มิลลิโมลาร์ ที่พีเอช 7.0 เอสบี 3-10 5 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร และพบว่าให้อัตราส่วนของสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนในช่วง 26.2 - 34.0 สำหรับสภาวะที่เหมาะสมในการแยก E. coli, S. aureus and C. albicans ได้แก่ ทริส/บอริก แอซิด/ไดโซเดียมอีดีทีเอ 3.94/0.56/0.013 มิลลิโมลาร์ ที่พีเอช 10.5 และโพลีเอทิลลีนออกไซด์ 0.025 เปอร์เซนต์ และยังสามารถนำไปแยกแบคทีเรียแกรมบวก (B. subtilis M. luteus และ S. aureus)ได้