AFFF

Die asymmetrische Feld-Fluß-Fraktionierung (AFFF) ist eine Methode zur Trennung von Proteinen, wasserlöslichen Polymeren und Kolloiden ohne eine stationäre Phase. Die Trennung erfolgt durch das angelegte Feld, welches senkrecht zu einem laminaren Fluß wirkt. Abhängig von der Art des Feldes unterscheidet man zwischen thermischer, Sedimentations-, elektrischer und Fluß-Feld-Fluß-Fraktionierung.
Die Funktionsweise der Fluß-Feld-Fluß-Fraktionierung wird in der folgenden Abbildung erklärt:

Die bimodale Probe (dargestellt durch rote und blaue Kugeln) wird in einen dünnen Kanal, dessen Höhe h durch einen Spacer bestimmt wird (100-300 mm), injiziert. Die untere Wand besteht aus einer wasserdurchlässigen Ultrafiltrationsmembran, die obere Wand aus Plexiglas. Durch Einstellen eines senkrechten Flusses von oben durch die Membran wirkt eine Kraft auf die Kolloide, wodurch diese auf die Membran gedrückt werden. Durch Diffusion, welche der Kraft entgegenwirkt, bewegen sich die Kolloide wieder in die Mitte des Kanals, wobei sich kleinere Kolloide schneller bewegen können als größere (Relaxation). Im Elutionsmodus wird ein axialer Fluß eingestellt, wobei der senkrechte aufrecht erhalten bleibt. Durch die laminare Strömung entsteht ein parabolisches Flußprofil mit der größten Geschwindigkeit in der Kanalmitte. Da sich die kleineren Kolloide aufgrund ihrer schnelleren Diffusion vorzugsweise in der Kanalmitte aufhalten, werden diese schneller eluiert, als die am Boden befindlichen, größeren Partikel. Durch diesen Mechanismus erhält man eine Trennung der Probe. Durch ein geeignetes Detektionssystem (UV-Detektor) kann durch die unterschiedlichen Elutionszeiten die Größe und die Größenverteilung der Probe bestimmt werden.

Die asymmetrische Kanalgeometrie ist in dieser Abbildung dargestellt. Die Flußgeschwindigkeiten sind durch v_in (Einlaß des Eluents), v_inj (Einlaß Probe), v_out (Austritt des Eluents) und vv_c (Querfluß) gekennzeichnet. v_out und v_c sind durch ein Ventil miteinander verbunden und können somit nicht unabhängig voneinander variiert werden (je größer der Querfluß, desto kleiner ist v_out).

Durch die trapezoide Kanalform wird jedoch sichergestellt, daß entlang des Kanal eine konstante axiale Flußgeschwindigkeit vorliegt. Des weiteren werden durch die Abnahme der Kanalbreite kürzere Elutionszeiten erreicht. Durch die Trennung von Eluent- und Probeneinlaß ist es möglich, die Probe direkt unter dem Probeneinlaß zu fokussieren. Hierzu wird das Elutionsmittel durch Kanalein- und auslaß in den Kanal gepumpt. Durch ein Ventil können beide Flüsse so geregelt werden, daß eine Fokusierung unter dem Probeneinlaß stattfindet. Dadurch wird eine bessere Trennleistung erreicht.

Die Trennleistung wird anhand einer trimodalen Probe gezeigt. Die Probe, bestehend aus Kolloiden mit R=80, 100 und 130 nm, kann in ihre Komponenten aufgetrennt werden. Die Elutionszeit lag bei dieser Messung bei 20 Minuten.