场流分离技术样本.doc
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1、资料内容仅供您学习参考,如有不当或者侵权,请联系改正或者删除。场流分离技术的研究摘 要: 场流分离是一种方便快捷的分析分离技术, 它具有设备简单, 应用广泛, 效率高等优点。该文介绍了场流分离原理及理论, 描述了场流分离设备的主要结构, 着重讲述了电场流分离、 热场流分离、 沉降场分离、 流场流分离的方法及应用。比较了不同场流分离技术的差异, 展望了场流分离发展的方向。关键词: 场流分离, 电场流分离, 热场流分离, 沉降场分离, 流场流分离1场流分离简介 场流分离( Field flow fractionationFFF) 作为一种新的分离技术, 最早是由Giddings博士在1966年提出
2、的, 它可用于大分子、 胶体和微粒的分离1。Giddings提出在相距很近的上下平板间构成扁平带状流道, 载流液流于其中。载流为层流, 其流型为抛物线型, 中心线上速度最大。侧向场从侧面垂直于流动方向施加, 侧向场导致不同成分处在距下壁不同的位置上, 从而有不同的移动速度, 在此前提下进行分离。一般情况下, 我们把由上下平板构成的扁平带状流道, 称为分离流道或称为分离室。FFF是一种基于流动的分离方法, 像色谱法一样, 典型的场流分离运行过程中, 被分离样本是以窄样品带的形式或脉动液流的形式被注入分离流道。一个连续流动的液体作为分离载体, 一般我们把该流动液体称为分离载液。 向场施加后样本中的
3、微粒将向某一流道壁面浓聚, 该壁面被称为积聚壁。FFF系统中, 矩形流道的宽高比一般大于100:1。对于这样一种流道, 当液体流经此流道时, 我们可近似地将液体的流动看作是在两无限大平面间的流动。同时场流分离流道的厚度很小, 因此流道内液体的流速剖面为抛物线形或近似抛物线形的二维层流。其流速剖面如图1-1所示。2场流分离原理及理论2.1场流分离原理 在FFF系统中,由于矩形微流道的宽高比大于1001,因此流速剖面近似为二维层流。分离场垂直于流动方向施加。样品组分除了随载流的纵向流动外在分离场的作用下, 还存在垂直于流道的漂移运动。由于FFF流道高度极小, 因此样品仅需要扩散很短的距离就能够到达
4、场力与扩散力平衡的位置。故在FFF中,实现分离应用的场强比类似方法的场强小。虽然FFF的分离机理完全不同于层析法,但其工作过程与层析法极其相似。被分离(分析)的样品脉动地注入分离流道中流动的载流液中, 由于保持力的不同,样品的组分在不同的时间内出现在流道的出口。在FFF中, 分离是由作用于样品的外加场力与样品的扩散力相互作用完成的。作用于样品的外加场力驱动样品组分向流道的一壁面(积聚面)漂移, 而样品的扩散力则起相反作用。当场力与扩散力达到平衡时, 微粒将处于距积聚面距离一定的位置上。利用零滑移假设,在流道壁处流速趋近于零。载流液速度剖面呈抛物线形状或近似抛物线形状,其最大速度在流道中心附近,
5、 最小速度在流道壁处。由于被分离样品中各组分受分离场影响的不同, 样品中不同的组分将处于距积聚面不同的位置, 即不同的组分处于不同的流速层面。因此, 那些受分离场影响较强的组分距积聚面较近, 流速较小, 而那些与分离场作用弱的组分距积聚面较远, 流速较大。由于不同组分流速的差异, 它们经过流道所需时间(保持时间)也就不同。图3图示了这一原理。保持时间与组分的特性有关, 利用这些特性实现样品中不同组分的分离。同样也可利用测定保持时间来确定与其相关的特性。3场流分离种类 场流分离作为一类分离技术, 虽然依据的基本原理相同, 但根据所加外场类型的不同, 场流分离技术主要分为流场流分离, 热场流分离,
6、 沉降场流分离, 电场流分离等, 其中流场流分离又可分为对称流场流分离和非对称流场流分离。3.1电场流分离 电场流分离技术作为微粒子分离技术最早出现于1972年,并用于多种蛋白质的分离8。电场流分离( electricalfield flow fractionationEFFF)不是直接的流动分离技术,而是依赖于垂直分离方向上(流动方向)的电场在低黏性的载液中完成分离的。载液由泵注入分离流道中。在电场流分离系统中,被分离的组分由于其电敏感性的不同,所受的电场作用力就不同。当微粒所受的电场作用力与扩散力达到平衡时,不同的微粒将处于距积聚壁不同的距离,因此不同的微粒在流道中就有了不同的速度。这样就
7、造成了不同的微粒在不同的时间出现在分离流道的出口,从而完成分离。在EFFF系统中,电场E垂直于流道施加,粒子的漂移速度取决于它们的电泳淌度。理论上凡具有电敏感性的微粒都可利用电场流分离技术分离。在电场流分离过程中存在着双电层效应,由于双电层效应的影响,系统有效电场强度损失巨大。据测,有效电场强度一般不超过外加电场强度的3%9,多数情况为1%左右。EFFF具有所有FFF系统的优势,例如:可完成细胞、 大分子、 胶质、 乳状液和脆性组织的分离。在EFFF中,电场经过控制粒子团到通道上下面的距离,来控制粒子在通道中的平均速度。具有高电泳活力的粒子会更靠近积聚面。EFFF系统的应用包括:细胞分离、 乳
8、状液和脂质体的鉴别。EFFF也可用于样本的预处理,预处理后的样本在其它分析系统中被进一步分析。电场流分离最初用于蛋白质的分析、 分离11。随后发展为多种微粒的分析分离,如:人类红细胞、 胶体、 糖、 黏土1215等。3.2热场流分离 在热场流分离(Th2FFF)中,应用的”场”是温度梯度。温度梯度是依靠上下壁面的温差建立的,在商业用仪器上采用的温度梯度高达40 000 Kcm-1(FFFractionation, Inc.,SaltLake City, Utath)。这一温度梯度横穿液流,液流在温度不同的两平行板间流动,热扩散使样品组分向积聚面漂移。Th2FFF侧重于在亲脂性聚合体上的应用。T
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