Elektrophoretische Verfahren – eine elektrochemische Analysemethode

Gele als Trägermaterial

Als Trägermaterialien werden heute hauptsächlich gelartige Stoffe, z. B. Polyacrylamidgele oder Stärkegele eingesetzt. Deshalb spricht man auch von Gelelektrophorese.
Gele haben eine sehr hohe Viskosität, sodass sich hier die Größe und Gestalt der zu trennenden Teilchen viel stärker auswirkt als bei der klassischen Trägerelektrophorese.
Das Stoffgemisch, z. B. Proteine werden direkt auf das Gel aufgetragen. Nach Anlegen der Spannung wirkt das Gel wie ein molekulares Sieb, das die größeren Moleküle bzw. Ionen zurückhält und die kleineren passieren lässt (Bild 2). Auf diese Weise erfolgt die Trennung chemisch sehr ähnlicher Substanzen anhand ihrer Größe, also letztlich nach ihrer molaren Masse. Die Maschenweite des „molekularen Siebes“ kann man durch die Änderung der Konzentration des Polyacrylamids variieren.
Mit einem 30 %igen Gel trennt man Peptide mit bis zu 100 Aminosäureresten, mit einem 10 %igen Gel dagegen Proteine, die aus bis zu 1000 Aminosäureresten aufgebaut sind.
Unter den gleichen Analysebedingungen erhält man von einer bestimmten Probe immer wieder das gleiche charakteristische Elektropherogramm, einen „Fingerabdruck“ der Probe (Bild 3).
So beruht der in der Kriminaltechnik durchgeführte „ genetische Fingerabdruck “ zur Überführung von Straftätern auf der gelektrophoretischen Trennung von Nucleinsäuren.
Für die DNA-Analyse, Identitäts- und Reinheitsprüfungen von Arzneistoffen sowie umweltanalytische und medizinische Anwendungen ist die trägergebundene Elektrophorese von großer Bedeutung.

Anwendungen

Besonders geeignet sind elektrophoretische Verfahren zur Trennung von Aminosäure- und Eiweißgemischen. Aminosäuren haben in wässrigen Lösungen eine zwitterionische Struktur. In Abhängigkeit von ihrem isoelektrischen Punkt liegen sie bei niedrigen pH-Werten $\text{(pH}\text{<}{\text{pH}}_{\text{iso}}\text{)}$ hauptsächlich in kationischer und bei höheren pH-Werten $\text{(pH}\text{>}{\text{pH}}_{\text{iso}}\text{)}$ hauptsächlich in anionischer Form vor.
Nach dem Prinzip der isoelektrischen Fokussierung kann so eine sehr scharfe Trennung der Komponenten erzielt werden. Dazu wird zwischen Anode und Katode zusätzlich ein pH-Gradient gelegt. Die Komponenten wandern dann nur bis zu der Stelle, wo der pH-Wert im Gradientenfeld dem isoelektrischen Punkt entspricht.

Die Kapillarelektrophorese ist eine Weiterentwicklung der klassischen Trägerelektrophorese. Hier erfolgt die Trennung von kleinsten Substanzmengen in einer dünnen Quarzglaskapillare. Das hochmoderne Verfahren kann computergestützt und vollautomatisch durchgeführt werden. Die Kapillarelektrophorese wird auch zur Trennung anorganischer Ionen eingesetzt.