Fraccionamiento de flujo de campo

Campo-fluye fraccionamiento, abreviado FFF, es una técnica de separación donde un campo se aplica a un fluido suspensión o solución bombeada a través de un canal largo y estrecho, perpendicular a la dirección del flujo, a causa de la separación de las partículas presentes en el fluido, dependiendo de sus diferentes "movilidades" bajo la fuerza ejercida por el campo. Fue inventado y primero divulgado por J. Calvin Giddings. El método de FFF es único a otras técnicas de separación que puede separar los materiales en un rango del tamaño coloidal amplio manteniendo alta resolución. Aunque FFF es una técnica extremadamente versátil, no hay ningún método "one size fits all" para todas las aplicaciones.

Flujo de campo-fluye fraccionamiento (AF4) canal de sección transversal, donde la tasa de flujo laminar dentro del canal no es uniforme. Viaja en un patrón parabólico con la velocidad del flujo, aumentando hacia el centro del canal y disminuyendo hacia los lados.

En campo-fluye fraccionamiento la campo puede ser asimétrica flujo a través de una membrana semipermeable, gravitacional, centrífugo, gradiente térmico, eléctrica, magnética etc. En todos los casos, el mecanismo de separación nace de las diferencias en partículas (de movilidadelectroforéticoCuando el campo es un campo eléctrico de DC causando un flujo de corriente eléctrico transversal) bajo las fuerzas del campo, en equilibrio con las fuerzas de difusión:: un a menudo-parabólica flujo laminar-Perfil de velocidad en el canal determina la velocidad de una partícula particular, basada en su posición de equilibrio de la pared del canal. La relación de la velocidad de una especie de partícula a la velocidad media del fluido se denomina el proporción de retención.

Principios fundamentales

Fraccionamiento de flujo de campo se basa en el flujo laminar de las partículas en una solución. Estos componentes de la muestra cambiará de velocidad basado en su tamaño, masa y niveles. Puesto que estos componentes se viaja a velocidades diferentes, se produce separación. Una explicación simplificada de la configuración es la siguiente. La separación de la muestra ocurre en un canal delgado, cinta, en la cual hay un flujo de entrada y un flujo de campo perpendicular. El flujo de entrada es donde se bombea el líquido portador en el canal y crea un perfil de flujo parabólico y propulsa la muestra hacia la salida del canal.

Relativa fuerza (F) tiempo de retención (TR) la relación entre el campo de fuerza separative y tiempo de retención puede ilustrarse desde primeros principios. Considerar dos poblaciones de partículas dentro del canal de la FFF. El campo de la Cruz conduce ambas nubes de partículas hacia la pared de la "acumulación" de fondo. Oponerse a este campo de fuerza es la difusión natural de las partículas, o movimiento browniano, que produce un contador actuar movimiento. Cuando estos dos transportan proceso alcance equilibrio la c de concentración de partículas acerca a la función exponencial de elevación x encima de la pared de la acumulación tal como se ilustra en la ecuación 1.

c = c₀exp(-x/l)

l representa la elevación característica de la nube de partículas. Esto se relaciona con la altura que puede alcanzar el grupo de partículas dentro del canal y sólo cuando el valor de l es diferente para cada grupo de separación ocurre. L de cada componente puede estar relacionada con la fuerza aplicada sobre cada partícula individual.

l = kT/F

Donde k es la constante de Boltzmann, T es la presión absoluta y F es la fuerza ejercida sobre una partícula individual por el flujo cruzado. Esto demuestra cómo el valor de elevación característica depende inversamente a la fuerza aplicada. Por lo tanto, F regula el proceso de separación. Por lo tanto, variando la intensidad de campo, la separación puede controlarse para lograr niveles óptimos. La velocidad V de una nube de moléculas es simplemente la velocidad media de una distribución exponencial en un perfil de flujo parabólico. Tiempo de retención, tr puede ser escrita como:

t_r = L/V

Donde L es la longitud del canal. Posteriormente, el tiempo de retención puede ser escrito como:

t_r/t^o = ⌊coth w / 6l w / 2l-2l/w⌋⁻¹

Donde a es el tiempo vacío (aparición de un trazador no retenido) y w es el espesor de la muestra. Sustituyendo en kT/F en lugar de l muestra el tiempo de retención con respecto a la fuerza transversal aplicada.

t_r/t^o = ⌊coth Fw/6kT Fw/2kT-2kT/Fw⌋⁻¹

Para una operación eficiente del canal grueso valor w excede l. Este es el caso del término en los soportes acerca unidad. Por lo tanto, la ecuación 5 se puede aproximar como:

t_r/t^o = w / 6l = Fw/6kT

Por lo tanto es aproximadamente proporcional a f el. tr La separación de partículas de bandas X y Y, representado por la ∆tr finita de incremento en sus tiempos de retención, se logra sólo si la ∆F de incremento de fuerza entre ellos es suficiente. Un diferencial de fuerza de sólo 10 – 16 N se requiere para que sea el caso. La magnitud de F y ∆F depende de propiedades de las partículas, intensidad de campo y el tipo de campo. Esto permite variaciones y especialidades por la técnica. De este principio básico muchas formas de FFF evolucionaron varían por la naturaleza de la separative fuerza aplicada y la gama de tamaño de la molécula a la cual están dirigidos.

Fractogram

FFF centrífuga se puede separar por tamaño de partícula y densidad de la partícula. Con idéntico tamaño de oro y nanopartículas de plata pueden ser separadas en dos picos, según diferencias en la densidad de las nanopartículas de oro y plata.

Un gráfico de una señal de detección vs tiempo, derivado de un proceso FFF, en el que diversas sustancias presentes en el líquido se separen basado en sus velocidades de flujo en un campo externo aplicado, como un flujo, centrífugo, termal o campo eléctrico.

A menudo estas sustancias son varias partículas inicialmente suspendido en un volumen pequeño de líquido amortiguador y empujado a lo largo de un canal de fraccionamiento por más del búfer puro. Las diferentes velocidades de una especie particular de partículas pueden ser debido a su tamaño, su masa y su distancia de las paredes de un canal con velocidad de flujo no uniforme. La presencia de diferentes especies en una muestra puede identificarse así a través de la detección de una característica común a cierta distancia por el canal largo y por la fractogram resultante, indicando la presencia de las distintas especies de picos, debido a los diferentes tiempos de característica de llegada de cada especie y sus propiedades físicas y químicas.

En una eléctrica FFF, un campo eléctrico controla la velocidad mediante el control de la posición lateral de cualquiera una cargada (después de haber movilidad electroforética) o polarizadas especies (ser levitación en un campo no uniforme) en un canal capilar con un hidrodinámico perfil parabólico de velocidad de flujo, lo que significa que la velocidad del líquido bombeado es más alto a mitad de camino entre las paredes del canal y monótonamente se descompone a un mínimo de cero en la superficie de la pared.

Formas de FFF

Mayoría de las técnicas disponible hoy en día es avances en ésos originalmente creado por Prof. Giddings hace casi 4 décadas.

Flujo de FFF

De estas técnicas FFF Flow fue el primero en ser ofrecido comercialmente. Flujo FFF separa partículas según tamaño, independiente de la densidad y pueden medir macromoléculas en la gama de 1 nm y 1 µm. En este sentido es la técnica más sensible de la FFF disponible. El flujo cruzado en FFF flujo entra por una frita porosa en la parte superior de la canal, saliendo a través de una membrana semipermeable salida de la frita en el muro de acumulación (es decir, la pared de fondo).

Flujo de fibra hueca FFF

Sido pionera flujo de fibra hueca FFF (HF5) por H.L. Lee, J.F.G. Reis y E. N. Lightfoot. HF5 se ha aplicado hacia el análisis de enrejados y otras macromoléculas. HF5 fue la primera forma de flujo FFF (1974) a ser desarrollado. Las membranas planas pronto superó a fibras huecas y había forzado HF5 en la oscuridad. Uno de los inconvenientes de HF5 es la disponibilidad de las membranas con tamaños de poro uniforme. Hay diferentes tipos de membranas de fibra hueca cerámica y polimérica usadas en la práctica.

Flujo asimétrico FFF (AF4)

FFF de flujo asimétrico (AF4), por el contrario, tiene solamente una membrana semipermeable en la pared del fondo del canal. El flujo cruzado, por lo tanto, crea el líquido portador saliendo de la parte inferior del canal. Esto ofrece una separación extremadamente suave y una gama de separación "muy amplia". Alta temperatura asimétrico flujo campo-fluye fraccionamiento es la más avanzada tecnología para la separación de polímeros masivos molares altos y ultra altos, macromoléculas y de las nanopartículas en el rango de tamaño.

FFF termal

FFF termal, como su nombre indica, establece una fuerza de separación, aplicando un gradiente de temperatura en el canal. Se calienta la pared superior del canal y la pared inferior está refrigerado por conducción polímeros y partículas hacia la pared fría por difusión térmica. FFF termal fue desarrollada como una técnica para la separación de polímeros sintéticos en disolventes orgánicos. FFF termal es el único entre técnicas FFF que puede separar macromoléculas de masa molar y la composición química, lo que permite la separación de fracciones del polímero con el mismo peso molecular. Hoy en día esta técnica es ideal para la caracterización de polímeros, geles y nanopartículas.

División flujo celular delgada fraccionamiento (separador)

División flujo celular delgada fraccionamiento (separador) es una técnica preparativa FFF especial, utilizando la gravedad para la separación de partículas µm de tamaño de forma continua. SEPARADOR se realiza por bombeo de la muestra que contiene líquido en la entrada superior al inicio del canal, mientras que simultáneamente bombear un líquido portador en la entrada inferior. Controlando la razón de tasas de flujo de las corrientes de dos entrada y dos corrientes de salida, puede controlarse la separación y tamaño de la muestra separada en dos distintas fracciones. El uso de la gravedad como la fuerza de separación hace separador la técnica menos sensible de FFF, limitada a las partículas por encima de 1 µm.

FFF centrífugo

Con la evolución de la situación de sedimentación FFF, esto ha llevado al desarrollo de una nueva técnica, FFF centrífuga, en donde el campo de la separación se suministra mediante una fuerza centrífuga. El canal toma la forma de un anillo, que gira a 4900 rpm. El flujo y la muestra son bombeados a la cámara y se centrifuga la mezcla, permitiendo el operador resolver las partículas por tamaño y densidad. La ventaja de FFF centrífuga radica en la amplia gama de muestras y de alta resolución que puede lograrse variando la velocidad y la fuerza aplicada.

La ventaja presentada por FFF centrífuga proviene de la capacidad técnicas de alta resolución. El primer instrumento FFF centrífugo comercial fue introducido por Postnova Analytics es la CF2000, incorporando la característica única de la separación de partículas por la difusión dinámica sobre la base de tamaño de partícula y densidad. Esto permite la separación de las partículas con sólo un 5% de diferencia en tamaño. FFF centrífugo tiene la ventaja de que las moléculas se pueden separar por densidad de la partícula, en lugar de sólo el tamaño de partícula. En este caso, dos tamaño idénticamente oro y nanopartículas de plata pueden ser separadas en dos picos, según diferencias en la densidad de las nanopartículas de oro y plata, separadas con el instrumento centrífugo FFF Postnova CF2000 con la detección por dispersión dinámica de luz (DLS).

En separaciones de AF4, la relación de masa a tiempo es 1:1. Con la adición del tercer parámetro de densidad para fraccionamiento centrífugo, esto produce una relación más parecida a la masa: tiempo del poder de tres. Esto resulta en una significativamente mayor distinción entre picos y resultado en una resolución muy mejorada. Esto puede ser particularmente útil para productos nuevos, tales como materiales compuestos y polímeros recubiertos que contienen nanopartículas, las partículas que no pueden variar en tamaño, pero variar en densidad. De esta forma dos partículas idénticamente tamaños pueden dividirse todavía en dos picos, siempre y cuando la densidad sea diferente.

Enlaces externos

• Americano del laboratorio: Campo-fluye fraccionamiento apoyando la seguridad de los consumidores
• Diagrama de
• Ejemplo
• Postnova Analytics GmbH
• Wyatt Technology GmbH
• Wyatt Technology Europe GmbH
• FFF-plataforma

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