elettroforesi

Fenomeno elettrocinetico, che in biochimica costituisce una metodica indispensabile per lo studio delle macromolecole biologiche (proteine, acidi nucleici), consistente in un movimento unidirezionale di particelle elettricamente cariche, sospese o disciolte in un mezzo liquido conduttore, sotto l’azione del campo elettrico tra due elettrodi. Il fenomeno ha, più in particolare, il nome di anaforesi o di cataforesi a seconda che il movimento avvenga verso l’anodo (particelle negative) o verso il catodo (positive). A seconda del tipo di particella considerata, colloidale di alto peso molecolare o ionica, si parla di e. vera e propria o di ionoforesi (➔).

Origine del fenomeno

Anche l’e., come gli altri fenomeni elettrocinetici, è dovuta all’esistenza di un doppio strato elettrico intorno alle particelle colloidali: l’applicazione di un campo elettrico mette in movimento le micelle (costituite dalle particelle e dalle porzioni di doppio strato solidali a esse) verso l’elettrodo che ha segno opposto a quello della carica superficiale delle particelle. La velocità assunta dalle micelle colloidali che si muovono per effetto dell’applicazione di un campo elettrico di intensità unitaria prende il nome di mobilità elettroforetica, u, espressa dalla relazione:

dove ζ è il potenziale elettrocinetico, ε e η sono rispettivamente la costante dielettrica e la viscosità dinamica della soluzione in cui sono sospese le micelle; la relazione è valida per micelle sferiche e per soluzioni molto diluite. Tale mobilità può essere misurata dallo spazio s percorso da una particella in un certo tempo t per effetto di un campo elettrico E, ottenuto applicando una tensione V fra due elettrodi fra loro distanti l. Si ha: u=(s/t)/E=sl/Vt.

Le esperienze condotte in soluzione libera ( e. in soluzione) non consentono misure precise di u; i moti diffusivi tendono infatti a rimescolare fra loro le zone nelle quali sono presenti le singole particelle. Misure precise di u si ottengono tramite e. su supporto, in cui le migrazioni delle particelle non avvengono in soluzione libera, ma in soluzione supportata, cioè che imbeve un opportuno supporto.

E. in soluzione

Tale tecnica ha trovato numerose applicazioni industriali. Procedimenti di tipo elettroforetico sono stati infatti proposti per separare la fase dispersa di un sistema colloidale dal mezzo disperdente e dalle sostanze che vi si trovano allo stato di soluzione vera, realizzando con celerità risultati analoghi a quelli che si conseguono d’ordinario con l’elettrodialisi (così, per es., per la coagulazione del latice di caucciù, per la purificazione delle argille, delle gelatine ecc.). Metodi elettroforetici sono anche impiegati quando si desidera depositare su oggetti, in particolare su oggetti di forma irregolare, uno strato uniforme di un certo materiale. Sistemi di verniciatura mediante e. sono impiegati anche nella tecnica automobilistica.

E. su supporto

L’e. su supporto è largamente impiegata specialmente in diagnostica per l’analisi rapida di soluzioni colloidali complesse. L’uso del supporto consente di ridurre i moti diffusivi: quindi le separazioni sono migliori e la misura della mobilità assai più agevole. La carta da filtro è stata il primo tipo di supporto a essere impiegato e anche quello che ha trovato la maggiore diffusione ( e. su carta, detta anche elettrocromatografia).

fig

Le tecniche analitiche di e. su carta si distinguono in tecniche unidimensionali e bidimensionali. Nelle prime si opera su una striscia di carta (v. fig.), ai cui estremi è applicata la tensione, nelle seconde si opera su un foglio di carta, sovrapponendo ad angolo retto un campo elettrico continuo e un flusso liquido continuo di un elettrolita base; a seconda poi che la soluzione da analizzare sia applicata una tantum oppure fluisca con continuità, si parla di e. discontinua o continua. Nell’e. bidimensionale, a seguito della contemporanea applicazione di un campo elettrico e di un flusso liquido, le particelle si muovono sotto la spinta di due forze assumendo pertanto una direzione che corrisponde alla risultante delle forze applicate. Esempi di notevole interesse di separazioni elettroforetiche su carta sono quelle degli amminoacidi realizzate attraverso un gradiente di pH appositamente creato sulla striscia, quella dei componenti una miscela di ioni metallici sfruttando le diverse caratteristiche chimiche di questi (in particolare la loro abilità a formare complessi e il loro carattere anfotero), quella dei componenti una miscela di acidi deboli, quella di ioni differenti dello stesso metallo, quella delle proteine.