Feldflußfraktionierung

Die Methodenfamilie der Feldflußfraktionierungen eröffnet die Möglichkeit, Partikel einzig und allein aufgrund ihrer Größe bzw. Diffusionskoeffizienten zu trennen. Im Gegensatz zur Analytische Ultrazentrifugation, die auch nach der Teilchengröße fraktioniert, spielt dabei die Dichte keine Rolle. Damit ist der Diffusionskoeffizient allerdings auch die einzige Zielgröße, die mit der FFF bestimmt werden kann.

Die Feldflußfraktionierung ist eine chromatographische Methode. Das Trennprinzip beruht auf der unterschiedlich schnellen Elution von Komponenten nach ihrem Diffusionskoeffizienten. Die Elution erfolgt durch einen Fluß, der den Kanal mit einem laminaren Strömungprofil der Länge nach durchströmt. Partikel werden um so stärker durch den Fluß beschleunigt und damit schneller eluiert, je weiter sie sich in dessen Mitte befinden. Durch ein quergerichtetes Trennfeld werden die Partikel nun zur sogenannten Anreicherungswand getrieben; dieser Bewegung wirkt die Rückdiffusion der Partikel entgegen. Auf diese Weise wird eine Trennung nach Diffusionskoeffizienten erreicht. Die Abbildung stellt dieses Prinzip dar.

Prinzip der Feldflußfraktionierung
Abbildung 1: Das Prinzip der Feldflußfraktionierung.

Ab einer bestimmten Partikelgröße befindet sich das Partikel aufgrund seiner eigenen Ausdehnung so weit im Elutionsfluß, daß es nunmehr schneller als ein kleineres Partikel eluiert wird. Man spricht von einem Inversionspunkt und Übergang in den sterischen Mode der FFF. Dieser Effekt muß bei der Abstimmung der Kanaldimensionen auf das zu untersuchende System berücksichtigt werden.

Weitere Probleme bereitet die FFF bei nichtglobulären Partikeln. Beispielsweise erfahren stäbchenförmige Teilchen in der Nähe der Anreicherungswand eine Einschränkung ihrer Freiheitsgrade, die das Meßergebnis erheblich verfälscht.

Insgesamt ist die theoretische Beschreibung der FFF noch umstritten, so daß meist eine gesonderte Charakterisierung bei der Detektion der Fraktionen erfolgt. Dies bietet wesentlich sicherere Ergebnisse als die Berechnung von Diffusionskoeffizienten anhand der Elutionszeit.

Wirkung des Trennfeldes in der F-FFF
Abbildung 2: Wirkung des Trennfeldes in der F-FFF.

Das Querfeld kann sehr variabel gestaltet werden, demzufolge existiert eine ganze Familie der FFF-Methoden. Gebräuchlich sind thermische, magnetische und Gravitationsfelder; außerdem werden symmetrische und asymmetrische Flüssigkeitsströme als Trennfelder eingesetzt. Wir verwenden die asymmetrische Fluß-Feldflußfraktionierung mit einer kombinierten UV-, Brechungsindex- und Viskositätsdetektion.