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Principles of isotachophoresis

Research paper by C. J. Holloway, I. Trautschold

Indexed on: 01 Jan '82Published on: 01 Jan '82Published in: Analytical and Bioanalytical Chemistry



Abstract

Obwohl die theoretischen Grundlagen des Prinzips der Isotachophorese bereits seit 1897 existieren, fand diese Technik ihre eigentliche praktische Realisierung für die analytische und präparative Anwendung erst in den letzten Jahren.Die Isotachophorese ist zur Zeit zwar die neueste elektrophoretische Technik, deren breiter Einsatz jedoch noch aussteht. In den letzten 10 Jahren sind einige Beiträge erschienen, welche die Prinzipien und Theorie behandeln. Besonders hervorzuheben ist die Gruppe um Everaerts, Eindhoven, welche die praktische Anwendung der Capillar-Isotachophorese als analytische Methode der 60er Jahre ermöglichte.Vielfach wurden Anwender dieser Methode bei der Erarbeitung der Prinzipien der Isotachophorese durch deren relativ komplizierte mathematische Grundlagen abgeschreckt. Andererseits sind nach unserer Meinung in den bisher erschienenen Übersichten die grundlegenden Prinzipien nicht genügend berücksichtigt worden.Dieser Beitrag soll versuchen, als Kompromiß das Gebiet einerseits nicht zu detailliert und theoretisch abzuhandeln und andererseits die wichtigsten Aspekte in kurzer Form, jedoch weitgehend vollständig darzustellen. Dazu wurden theoretische und Anwendungs-orientierte Beiträge gleichermaßen berücksichtigt.Heute verstehen wir unter Isotachophorese im wesentlichen die Capillartechnik; wir beschränken uns daher bei der apparativen Beschreibung auf solche Systeme. Wie auch andere elektrophoretische Methoden, kann die Isotachophorese in einer Gelphase wie Polyacrylamid oder Agarose durchgeführt werden, wobei diese Anwendung dann mehr präparativen als analytischen Zwecken dient.Es scheint uns nicht überflüssig, die Isotachophorese kurz zu definieren: Die Wanderung gleichsinnig geladener Teilchen kann dann als „isotachophoretisch“ bezeichnet werden, wenn sich Ionen aus einem Gemisch in diskreten Zonen mit definierten Konzentrationen hinter einer vorauslaufenden Zone mit Ionen höherer Mobilität (Leit-Ionen) und vor einer entsprechenden Zone mit Ionen geringerer Mobilität (Terminator-Ionen) anordnen. In diesem „Pseudo-Steady State“ wandern im elektrischen Feld alle Zonengrenzen mit identischer Geschwindigkeit.Zu den Merkmalen der Isotachophorese-Trenntechnik gehört die Verwendung eines im gesamten System vorhandenen puffernden Gegenions, das den pH-Wert festlegt und damit die effektive Mobilität und Reihenfolge der Zonen im „steady-state stack“. In diesem diskontinuierlichen Elektrolytsystem ist der von der Disc-Elektrophorese bekannte Konzentrierungseffekt nach Ornstein und Davis erkennbar. Dieser Teil des Trennverfahrens ist in der Tat „isotachophoretisch“. In der Disc-Elektrophorese kommt jedoch das eigentliche analytische Ergebnis erst durch den zweiten Schritt, der „zonenelektrophoretisch“ ist, zustande. Hierbei wird die Isotachophorese nur zur Konzentrierung der Proteinzonen verwendet, um die Auflösung der zonenelektrophoretischen Trennung zu verbessern.Abschließend sollte darauf hingewiesen werden, daß für die Isotachophorese immer noch zahlreiche Begriffe existieren, die in der Literatur zur Verwirrung führen können. Beispiel hierfür sind: „displacement electrophoresis“, „ionic migration technique“, „cons electrophoresis“, „omegaphoresis“, „transphoresis“, „steady-state stacking“.Immer häufiger jedoch bürgert sich, entsprechend der Wanderungscharakteristik, die Bezeichung „Isotachophorese“ ein, die von allen führenden Gruppen auf diesem Gebiet übernommen wurde.