Fraccionamiento de flujo de campo
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El fraccionamiento de flujo de campo (FFF), es una técnica de separación donde un campo se aplica a una suspensión o solución de fluido bombeada a través de un canal largo y estrecho, perpendicular a la dirección del flujo, para causar la separación de las partículas presentes en el fluido, dependiendo de en sus diferentes "movilidades" bajo la fuerza ejercida por el campo. Fue inventado y reportado por primera vez por J. Calvin Giddings.[1] El método de FFF es exclusivo de otras técnicas de separación debido al hecho de que puede separar materiales en un amplio rango de tamaños coloidales mientras se mantiene una alta resolución. Aunque FFF es una técnica extremadamente versátil, no existe un método de "talla única" para todas las aplicaciones.
En el fraccionamiento de flujo de campo, el campo puede ser un flujo asimétrico a través de una membrana semipermeable, gravitacional, centrífuga, de gradiente térmico, eléctrica, magnética, etc. En todos los casos, el mecanismo de separación se debe a las diferencias en la movilidad de las partículas (electroforética, cuando el campo es un campo eléctrico de CC que causa un flujo de corriente eléctrica transversal) bajo las fuerzas del campo, en equilibrio con las fuerzas de difusión: a menudo El perfil de la velocidad de flujo laminar parabólico en el canal determina la velocidad de una partícula en particular, en función de su posición de equilibrio desde la pared del canal. La relación entre la velocidad de una especie de partícula y la velocidad promedio del fluido se denomina relación de retención .
Fuerza relacionada (F) con el tiempo de retención (TR)
El fraccionamiento de flujo de campo se basa en el flujo laminar de partículas en una solución. Estos componentes de muestra cambiarán los niveles y la velocidad en función de su tamaño / masa. Dado que estos componentes viajarán a diferentes velocidades, se produce la separación. Una explicación simplificada de la configuración es la siguiente. La separación de la muestra se produce en un canal delgado en forma de cinta en el que hay un flujo de entrada y un flujo de campo perpendicular. El flujo de entrada es donde el líquido portador se bombea hacia el canal y crea un perfil de flujo parabólico y propulsa la muestra hacia la salida del canal.
La relación entre el campo de fuerza de separación y el tiempo de retención puede ilustrarse a partir de los primeros principios. Considere dos poblaciones de partículas dentro del canal FFF. El campo transversal dirige ambas nubes de partículas hacia la pared inferior de "acumulación". La oposición a este campo de fuerza es la difusión natural de las partículas, o movimiento browniano, que produce un movimiento de acción contraria. Cuando estos dos procesos de transporte alcanzan el equilibrio, la concentración de partículas c se acerca a la función exponencial de la elevación x por encima de la pared de acumulación, como se ilustra en la ecuación 1.
l representa la elevación característica de la nube de partículas. Esto se relaciona con la altura que el grupo de partículas puede alcanzar dentro del canal y solo cuando el valor de l es diferente para cualquiera de los grupos, se producirá una separación. La l de cada componente puede relacionarse con la fuerza aplicada en cada partícula individual.
Donde k es la constante de Boltzmann, T es la presión absoluta y F es la fuerza ejercida sobre una sola partícula por el flujo cruzado. Esto muestra cómo el valor de elevación característico es inversamente dependiente de la Fuerza aplicada. Por lo tanto, F gobierna el proceso de separación. Por lo tanto, al variar la intensidad de campo, la separación se puede controlar para lograr niveles óptimos. La velocidad V de una nube de moléculas es simplemente la velocidad promedio de una distribución exponencial incorporada en un perfil de flujo parabólico. El tiempo de retención, tr se puede escribir como:
Donde L es la longitud del canal. Posteriormente, el tiempo de retención se puede escribir como:
tr/to = w/6l ⌊coth w/2l- 2l/w⌋−1
Donde está el tiempo vacío (aparición de un trazador no retenido) y w es el espesor de la muestra. Sustituir en kT / F en lugar de l ilustra el tiempo de retención con respecto a la fuerza cruzada aplicada.
tr/to = Fw/6kT ⌊coth Fw/2kT- 2kT/Fw⌋−1
Para una operación eficiente, el valor del grosor del canal w supera l. Cuando este es el caso, el término entre paréntesis se acerca a la unidad. Por lo tanto, la ecuación 5 se puede aproximar como:
tr/to = w/6l = Fw/6kT
Por lo tanto, tr es aproximadamente proporcional a F. La separación de las bandas de partículas X e Y, representada por el incremento finito ∆tr en sus tiempos de retención, se logra solo si el incremento de fuerza ∆F entre ellas es suficiente. Para que este sea el caso, se requiere un diferencial de solo 10–16 N. La magnitud de F y F depende de las propiedades de las partículas, la intensidad de campo y el tipo de campo. Esto permite variaciones y especializaciones para la técnica. A partir de este principio básico, muchas formas de FFF han evolucionado y varían según la naturaleza de la fuerza de separación aplicada y el rango en el tamaño de la molécula al que se dirigen.
Fractograma
Un gráfico de la señal de detección en función del tiempo de una separación de FFF, en la que varias sustancias presentes en un fluido se separan en función de sus velocidades de flujo bajo algún campo externo aplicado, como un campo de flujo, centrífugo, térmico o eléctrico.
A menudo, estas sustancias son partículas inicialmente suspendidas en un pequeño volumen de un tampón líquido y empujadas a lo largo del canal FFF por el tampón. Las velocidades variables de una especie particular de partículas pueden deberse a su tamaño, su masa y / o su distancia de las paredes de un canal con velocidad de flujo no uniforme. Por lo tanto, la presencia de diferentes especies en una muestra se puede identificar a través de la detección de una propiedad común a cierta distancia a lo largo del canal largo, y por el fractograma resultante que indica la presencia de varias especies por picos, debido a los diferentes tiempos de llegada característicos de Cada especie y sus propiedades físicas y químicas.
En un FFF eléctrico, un campo eléctrico controla la velocidad controlando la posición lateral de una especie cargada (con movilidad electroforética ) o polarizada (siendo levitada en un campo no uniforme) en un canal capilar con un perfil de flujo-velocidad hidrodinámicamente parabólico, lo que significa que la velocidad del fluido bombeado es la más alta a mitad de camino entre las paredes del canal y disminuye monótonamente a un mínimo de cero en la superficie de la pared.[2]
