非対称フローフィールドフローフラクショネーション

非対称フローフィールドフローフラクショネーション（AF4）は、フィールドフローフラクショネーション（FFF）法のファミリーの中で最も用途が広く、最も広く使用されているサブテクニックです。AF4は水性溶媒と有機溶媒で使用でき、ナノ粒子、ポリマー、タンパク質を特性評価できます。AF4の理論は1986年に考案され、1987年に確立され、WahlundとGiddingsによって初めて発表されました。^[1] AF4は、透過性壁が1つしかないため、クロスフローはキャリア液体によってのみ発生するという点で対称フローFFFとは異なります。クロスフローは、チャネルの底にある半透性壁から絶えず排出されるキャリア液体によって誘発されます。

アプリケーションと検出方法

非対称フローフィールドフローフラクショネーション (AF4) は、現在では、懸濁液中の高分子および粒子の分画および分離のための一般的かつ最先端の方法です。AF4 は、カラムクロマトグラフィーが分析対象物に適していない場合の HPLC および SEC の代替手段です。HPLCまたはSECは、最大 1000 kDa の分子および最大 10 nm のナノ粒子の液体分離に使用されます。サイズが 10 nm を超えると、AF4 は分解能と回収率の点で優れています。

AF4 の用途は、カラムベースの方法では目的の粒子を適切に分離できない多くの分析条件に柔軟に対応します。高分子やナノ粒子の場合、カラム内の固定相がサンプルと相互作用する場合に特に AF4 が代替手段となります。AF4 は不均質なサンプルに特に効果的で、可溶性高分子を粒子や凝集体から分離できます。

AF4法やその他のFFF法は、ナノ材料の影響に関する環境研究^[2]や凝縮タンニンの酸化特性評価に広く利用されている^[3]。

高分子量および分岐ポリマーの場合、AF4は良好な分離を達成することが示されていますが、SECは失敗します。^[4]また、AF4は150℃を超える温度でポリオレフィンに適用されています。^[5]

検出方法は一般的に FFF と同じで、濃度検出器としては UV が最も一般的ですが、ほとんどの AF4 システムには、サイズとモル質量を直接測定するための多角度光散乱検出器が含まれています。

運用手順

AF4 実験は 3 つの段階に分けられます。

1. サンプル注入

サンプルは、既知の量のサンプル量を使用してシステムに注入されます。この量は、実験で使用されている AF4 機器によって異なります。サンプル注入直後に分画を開始するのは理想的ではありません。サンプルは注入場所からランダムに広がるため、粒子の開始速度と場所がすべて同じではないからです。これにより、ラインが広がり、不十分になります。このようなエラーを修正するために、サンプルのフォーカスが提案されています。

2. サンプルのフォーカス

キャリア溶媒と反対方向の電流を使用して、分画が始まる前にサンプル内のすべての粒子を 1 つの指定領域にフォーカスします。これにより、分画が始まる前に粒子が注入ポートからチャネル出口に分散されることによって発生する可能性のあるピークの広がりが補正されます。サンプルの準備は、フォーカスステップで実行できるもう 1 つのオプションです。すべての粒子がチャネルの同じ領域に集まると、分画が行われます。

3. 分別

FFF システムを構成する要素は 2 つあります。1 つ目は、分離チャンバーを通してサンプルを運ぶ層流、2 つ目は、サンプルの流れに対してチャネルに垂直に適用される分離フィールドです。

粒子がチャネルに沿って流れると、クロスフロー分離場が分子をチャネルの底部に向かって押します。分子が底部を通過すると、キャリアの流れに逆らってチャネル内へ逆拡散します。分子がチャネル内へ拡散して戻ることができる範囲は、分子の自然なブラウン運動によって決まります。これは、個々の種に固有のサイズに基づく特性です。小さな粒子は大きな粒子よりもブラウン運動が速く、キャリアの流れに逆らってチャネル内へより高く拡散することができます。

チャネル内の層流の速度は均一ではありません。層流は放物線状に移動し、チャネルの中心に向かって流れの速度が増し、側面に向かって速度が減ります。したがって、粒子が運ばれる速度は、チャネル内の位置によって異なります。チャネルの中心にある拡散が大きい粒子は、より速い速度で運ばれます。浅く、動きの遅い流れにある大きな粒子は、より低い流速で運ばれ、小さな粒子よりも遅く溶出されます。その結果、粒子は質量に基づいて緩やかに分離され、溶出順序は最小から最大になります。

参考文献

^ Wahlund, Karl-Gustav (1987). 「1つの透過壁を持つ非対称フローフィールドフローフラクショネーションチャネルの特性」Anal Chem . 59 (9): 1332–1339. doi :10.1021/ac00136a016. PMID 3605623.
^ ベケット、ロナルド; ビゲロー、ジェームズ C.; ジュエ、チャン; ギディングス、J. カルビン (1988)。「フローフィールドフローフラクショネーションを使用した腐植物質の分析」。水生腐植物質: 汚染物質の運命と処理への影響。化学の進歩。第 219 巻。pp. 65–80。doi : 10.1021/ba-1988-0219.ch005。ISBN 9780841214286。
^ Vernhet, A.; Dubascoux, SP; Cabane, B.; Fulcrand, HLN; Dubreucq, E.; Poncet-Legrand, CL (2011). 「酸化タンニンの特性評価: 脱重合法、非対称フローフィールドフローフラクショネーション、小角X線散乱の比較」.分析および生体分析化学. 401 (5): 1559–1569. doi :10.1007/s00216-011-5076-2. PMID 21573842. S2CID 4645218.
^ Podzimek, S.; Vlcek, T.; Johann, C. (2001). 「マルチアングル光散乱検出器を備えたサイズ排除クロマトグラフィーによる分岐ポリマーの特性評価。I. 分岐ポリマーのサイズ排除クロマトグラフィー溶出挙動」J Appl Polym Sci . 81 (7): 1588–1594. doi :10.1002/app.1589.
^ Otte, T.; Pasch, H.; Macko, T.; Brüll, R.; Stadler, FJ; Kaschta, J.; Becker, F.; Buback, M. (2011 年 7 月)。「非対称フローフィールドフロー分画法とサイズ排除クロマトグラフィーによる分岐超高モル質量ポリマーの特性評価」。Journal of Chromatography A。1218 (27): 4257–4267。doi : 10.1016 /j.chroma.2010.12.072。PMID 21238968 。

外部リンク

FFFの概要
AF4分離システム
非対称フローFFF

[1] Wahlund, Karl-Gustav (1987). 「1つの透過壁を持つ非対称フローフィールドフローフラクショネーションチャネルの特性」Anal Chem . 59 (9): 1332–1339. doi :10.1021/ac00136a016. PMID 3605623.

[2] ベケット、ロナルド; ビゲロー、ジェームズ C.; ジュエ、チャン; ギディングス、J. カルビン (1988)。「フローフィールドフローフラクショネーションを使用した腐植物質の分析」。水生腐植物質: 汚染物質の運命と処理への影響。化学の進歩。第 219 巻。pp. 65–80。doi : 10.1021/ba-1988-0219.ch005。ISBN 9780841214286。

[3] Vernhet, A.; Dubascoux, SP; Cabane, B.; Fulcrand, HLN; Dubreucq, E.; Poncet-Legrand, CL (2011). 「酸化タンニンの特性評価: 脱重合法、非対称フローフィールドフローフラクショネーション、小角X線散乱の比較」.分析および生体分析化学. 401 (5): 1559–1569. doi :10.1007/s00216-011-5076-2. PMID 21573842. S2CID 4645218.

[4] Podzimek, S.; Vlcek, T.; Johann, C. (2001). 「マルチアングル光散乱検出器を備えたサイズ排除クロマトグラフィーによる分岐ポリマーの特性評価。I. 分岐ポリマーのサイズ排除クロマトグラフィー溶出挙動」J Appl Polym Sci . 81 (7): 1588–1594. doi :10.1002/app.1589.

[5] Otte, T.; Pasch, H.; Macko, T.; Brüll, R.; Stadler, FJ; Kaschta, J.; Becker, F.; Buback, M. (2011 年 7 月)。「非対称フローフィールドフロー分画法とサイズ排除クロマトグラフィーによる分岐超高モル質量ポリマーの特性評価」。Journal of Chromatography A。1218 (27): 4257–4267。doi : 10.1016 /j.chroma.2010.12.072。PMID 21238968 。