Advanced approaches for analysis of wine samples and proteins in capillary zone electrophoresis

Mgr. Miroslava Bittová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Kapilární zónová elektroforéza (CZE) patří do skupiny elektromigračních separačních technik, které nachází široké uplatnění v analytických aplikacích. V současné době představuje jednu z nejpoužívanějších separačních metod v analytické chemii a biochemii. Tato práce ukazuje použití kapilární elektroforézy ve dvou oblastech: První oblastí je využití nepokrytých křemenných kapilár pro analýzu polyfenolů ve vínech. Jako předúprava vzorku byla vybrána extrakce na pevné fázi (SPE). Extrakcí byly odstraněny nežádoucí analyty a polyfenoly z vína byly zakoncentrovány. Postup extrakce byl optimalizován pomocí experimentálního designu v kombinaci s umělými neuronovými sítěmi (ED + ANN) a výsledky byly porovnány s podmínkami, nalezenými relaxační metodou (single variable approach). Následně byla prováděna přímá analýza zakoncentrovaného vzorku kapilární zónovou elektroforézou. Hlavními stanovovanými analyty byly cis- a trans- izomer resveratrolu. Druhá oblast je zaměřena na modifikaci vnitřního povrchu křemenných kapilár, tzv. coatingem. V křemenných kapilárách se při kontaktu se základním elektrolytem vytváří na vnitřním povrchu kapiláry záporně nabitá vrstva silanolových skupin. Tyto skupiny přitahují opačně nabité částice z roztoku a může docházet k nežádoucí absorpci látek na stěnu kapiláry. Proto se v některých případech provádí modifikace vnitřního povrchu. Silanolové skupiny jsou pokryty např. vrstvou polymeru, která změní vlastnosti vnitřní stěny kapiláry a brání tak výše zmíněné absorpci látek. V této práce je detailněji studována modifikace pomocí polymeru zvaného polyethyleneimin. Pomocí měření elektroosmotického toku byly sledovány změny na vnitřním povrchu polyethyleiminem pokrytých kapilárách v různých základních elektrolytech. Jelikož docházelo ke změnám nejen hodnot elektroosmotického toku, ale také směru v závislosti na použitém základním elektrolytu, byla přijata hypotéza o tvorbě iontových komplexů mezi některými elektrolyty a polyethyleniminovým coatingem. Na základě výsledků získaných studiem elektroosmotického toku v polyethyleniminem modifikovaných kapilárách byly v závěru práce provedeny separace modelové směsi bazických proteinů (cytochrom c, ribonukleáza A a lysozym).

Abstract:

Capillary zone electrophoresis (CZE) as a separation technique is being used in wide range of analytical applications. In these days, CZE represents one of the most widespread separation methods in analytical chemistry and biochemistry. A lot of methods for food analysis and bioanalysis have been developed yet and new ones are daily created. This thesis concerns two fields of study in which CZE can be used: The first part describes analysis of polyphenols from wine and shows an application of CZE with uncoated fused silica capillaries. At the beginning, the wine sample was treated by solid-phase extraction (SPE) to preconcentrate the polyphenols. The procedure of SPE was optimized using experimental design in combination with artificial neural networks (ED + ANN) and the results were compared with parameters obtained by single variable approach. After preconcetration, the samples were directly analyzed by CZE and main interest was taken to cis- and trans-resveratrol content. In the second part, studies of polyethyleneimine coated capillary and its application for basic protein separation is described. Fused silica capillaries in contact with a basic background electrolyte bare negative charge on the surface, which attract conversely charged species from the solution inside the capillary and thus the adsorption can occur. Therefore, the inner surface modification is often required. In this work, modification was done using cationic polymer polyethyleneimine. Using electroosmotic flow mobility measurements the properties of inner surface polyethyleneimine coated capillary in different background electrolytes were followed. Because of changes in electroosmotic flow direction in dependence of pH, a hypothesis about ionic complexes formation between amino groups of polyethyleneimine and anionic components of background electrolyte was assumed. Finally, polyethyleneimine coated capillary was taken for analysis of model mixture of basic proteins (cytochrome c, ribonuclease A and lysozyme). At the same conditions, an interesting behaviour of analyte separation order in different background electrolytes was observed.

Keywords

capillary electrophoresis, coating, wine analysis, protein analysis, chemometrics

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 4. 2007

Thesis defence

• Date of defence: 20. 4. 2007
• Supervisor: doc. RNDr. Jiří Pazourek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Analytical Chemistry