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5/25/2018 Bioseparaciones

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Bioseparaciones

Una membrana es una barrera selectiva que permite el traspaso de algunos componentesde una mezcla y retiene otros. El fluido que traspasa la membrana es llamado permeado y

el fluido cuyo traspaso por la membrana es impedido se denomina retenido o

concentrado.

El trmino filtracin por membranas generalmente est referido a los procesos queemplean un gradiente de presin, tales como la osmosis inversa (OI), nanofiltracin (NF),

ultrafiltracin (UF) y microfiltracin (MF)

La capacidad separadora de una membrana depende de las propiedades de transporte delos diferentes componentes. La fuerza motriz y su permeabilidad determinan la velocidad

de trasporte de los componentes a travs de ella.

Las fuerzas impulsoras ms importantes en los procesos de membranas son los gradientesde presin, potencial qumico y elctrico, dando origen a conveccin de masa, difusin de

molculas y transporte de iones, respectivamente.

Los solutos retenidos por una membrana de micro filtracin son por lo general partculas

pequeas, clulas microbianas y coloides cuyo tamao oscila entre los 10 y 0.1 m.

Ser eficaces en la separacin: tener un umbral de separacin bien definido y relacionadocon el tamao de los poros y la estructura qumica de la membrana,

Flujo: Una permeabilidad intrnseca alta relacionada con la estructura porosa o densa ascomo con el espesor de la capa activa,

Resistencia mecnica, qumica y trmica: que depende de la naturaleza qumica delmaterial utilizado y que se debe adaptar al proceso de filtracin escogido.


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Tipos de membranas

Membrana en Espiral:

a causa de su diseo compacto y su magnitud de rea de membrana por elemento, losespirales se utilizan tpicamente para aplicaciones de alto flujo con cantidades mnimas de

slidos es suspensin. Su ventaja reside en su bajo material y costo operativo.

Membrana Cermica:

Ideal para productos de valor agregado o productos sanitarios, al igual que paraaplicaciones que requieran separaciones selectivas de fluidos conteniendo componentes

agresivos como pueden ser los solventes

Membrana de Acero Inoxidable

Diseo rugoso, especialmente efectivo para aplicaciones que demanden condiciones de

procesamiento extremas o productos con elevadas partculas slidas y/o alta viscosidad


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Membrana Tubular:

Altamente resistentes a taponarse al procesar corrientes con grandes cantidades deslidos en suspensin o componentes fibrosos.

Membrana de Fibra Hueca:

Con densidad extremadamente alta de empaquetamiento y diseo de canales abiertos;ofrece la posibilidad de limpieza a contracorriente desde el permeado. Particularmente

adecuada para flujos lquidos con bajos slidos.

Propiedades y Mtodos de Caracterizacin de Membranas.

Caractersticas principales de las distintas configuraciones de membranas.


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Materiales de membrana

PTFE PVDF Polipropileno Polietileno PES PEEK Policarbonato Cermica

Polipropileno

Ventajas y desventajas del polipropileno:es barato, utilizable en la industria alimentara (es inodoro y no txico), muy resistente a la

fatiga y flexin, muy denso, qumicamente inerte, esterilizable y reciclable. Es un excelente

aislante elctrico.

Desventajas:

Es frgil a baja temperatura, sensible a los rayos UV, menos resistente a la oxidacin que el

polietileno y difcil de pegar

PVDF

Termoplstico altamente inerte qumicamente. Se suele emplear en condiciones que requieren

mucha pureza, fortaleza y elevada resistencia a cidos, bases y disolventes, a altas

temperaturas, al envejecimiento y a los rayos ultravioleta. Adems, es fcil de moldear en

comparacin con otros fluoropolmeros debido a su punto de fusin relativamente bajo, 177 C.

PTFE:

La propiedad principal de este material es que es prcticamente inerte, no reacciona con otras

sustancias qumicas excepto en situaciones muy especiales., manteniendo adems sus

cualidades en ambientes hmedos.

PES

Las politer sulfonas se comportan de forma muy parecida a los policarbonatos. Estos polmeros

son conocidos por su resistencia y estabilidad a altas temperaturas. Contienen la subunidad aril -SO2-arilo, el rasgo definitorio de lo que es el grupo sulfona. Debido al alto costo de las materias

primas y el procesamiento, las se utilizan en aplicaciones especiales y con frecuencia son un

reemplazo superior para policarbonatos.

Presenta una qumica similar a la inercia que los plsticos flourados


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PEEK

Alta resistencia al oxido de etileno para esterilizacin

Alta resistencia a la esterilizacin mediante autoclave

Alta resistencia a la esterilizacin por radiacin gamma

Alta resistencia a los hidrocarburos halogenados, disolventes, refrigerantes, aceites minerales,

grasas y fluidos de transmisin.

Alta resistencia a la abrasin y corte con bajo coeficiente de friccin.

Baja absorcin de humedad, resistentes a los fluidos, al agua y al agua salada, con baja

permeabilidad.

Enteramente reciclable suministrando beneficios

Policarbonatos

Bisfenol A

El plstico policarbonato es un material de altas prestaciones ya que tiene una combinacin nica

de propiedades, pues ofrece claridad, durabilidad, seguridad, versatilidad y resistencia al calor y a

la fragmentacin.

Resistencias

Cermica Resistencia a la temperatura alta Resistencia a los productos cidos y bsicos Resistencia a los solventes Larga duracin de vida Respecta el medio ambiente Resistencia a la presin alta

Nanofiltracin

Similar a osmosis inversa y difusin controlada. Operacin de Ultra-Baja Presin para partcula 1nm (10). Eficiencia del 99% en sales, material orgnico. Ventajas:

-Alta Eficiencia.

-Fcil Operacin

-Menor rechazo que osmosis.


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-Grandes volmenes de agua.

-Bajo Costo.

Desventajas:-Requiere pre-tratamiento.

-15-30% de rechazo

-Fuga o Contaminacin.

Aplicaciones.-Ablandamiento del agua.

-Eliminacin de nitratos.

-Reduccin / eliminacin de color / materia orgnica.

-Concentracin y separacin de azucares.

-Recuperacin de subproductos (salmueras).

Osmosis Inversa

Constituye el nivel mas fino de filtracin. Proceso de difusin controlada. Acetato de celulosa o poliamidas. Ventajas:

-Alta Eficiencia.

-Genera aguas de alta calidad.

-Puede tratar grandes volmenes.

-Bajo costo relativo.

Desventajas:-Requiere pre-tratamiento.

-Genera 30-60% de rechazo.

-Mas cara a pequeas escalas.

-Requiere mayor control.

Aplicaciones:-Generacin de aguas ultrapuras.

-Desalinizacin de agua.

-Tratamiento terciario de efluentes.

Electrodilisis

Remueve especies cargadas. Membranas inicas de permeabilidad selectiva. Accin de un campo elctrico.


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Membranas cargadas Diferencial de potencial elctrico como fuerza impulsora. Ventajas:

-Operacin simple.

-Ajustable a sistemas pequeos.-Eficiencia del 90%

Desventajas:-Requiere gran cantidad energa.

-Necesita purificacin previa.

-No utilizable en aguas con dureza 1ppm

Aplicaciones:-Desalinizacin de agua.

-Recuperacin de cidos.

-Ultra purificacin de agua.

Tcnicas Electroforticas

Electroforesis

La electroforesis es una tcnica para la separacin de molculas segn la movilidad deestas en un campo elctrico a travs de una matriz porosa.

Separa por tamaos moleculares y carga elctrica, dependiendo de la tcnica que se use. Las molculas migrarn hacia el polo positivo (nodo) o negativo(ctodo) dependiendo de

su carga elctrica.

El equipo bsico consta de una fuente de poder y de una unidad electrofortica. Las unidades electroforticas pueden ser horizontales o verticales, y las separaciones

pueden hacerse en medios lquidos o slidos (geles).

Sistemas de aplicacin limitadaElectroforesis Capilar

La tcnica clsica utiliza una tira recubierta de una sustancia porosa impregnada de unelectrolito.

Sus extremos se sumergen en dos depsitos independientes que contienen ambos alelectrolito y estn unidos a los electrodos del generador de corriente.

Las placas son reveladas con sales de plata, azul de Coomassie, o reactivos enparticularmente.


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Electroforesis capilar en zona o en disolucin libre (CZE)

Es el procedimiento de electroforesis ms habitual, en el cual el capilar es recorrido por elelectrolito a travs de un medio buffer que puede ser cido (fosfato o citrato), bsico

(borato), o anftero (carcter cido y bsico).

Electroforesis capilar electrocintica micelar (MEKC)

En esta variante del procedimiento anterior se aade a la fase mvil un compuestocatinico o aninico para formar micelas cargadas.

Estas pequesimas gotas inmiscibles con la disolucin retienen a los compuestos neutrosde un modo ms eficaz, por afinidad hidrfila-hidrfoba.

Se puede utilizar este tipo de electroforesis para molculas que tienen tendencia a migrarsin separacin, como es el caso de algunos enantiomeros.

Electroforesis capilar en gel (CGE)

Esta es la transposicin de la electroforesis en gel de poliacrilamida o de agarosa. El capilarest relleno con un electrolito que contiene al gel.

Se produce un efecto de filtracin que ralentiza a las grandes molculas y que minimiza losfenmenos de conveccin o de difusin.

Los oligonucletidos, poco frgiles, se pueden separar de este modo.Isoelectroenfoque capilar (CIEF)

Esta tcnica, tambin conocida como electroforesis en soporte, consiste en crear ungradiente de pH lineal en un capilar con pared tratada que contiene un anftero.

Cada compuesto migra y se enfoca al pH que tenga igual valor que su punto isoelctrico (alpI su carga neta es nula).

Seguidamente, bajo el efecto de una presin hidrosttica y manteniendo el campoelctrico, se desplazan las especies separadas hacia el detector.

Las altas eficiencias obtenidas con este procedimiento permiten separar pptidos con pIque apenas difieren entre s 0.02 unidades de pH.

Electroforesis

Se utiliza principalmente para separar los diferentes polipeptidos resultantes de lasvariaciones del experimento del ADN recombinante.

Se utiliza un gel en estos casos habitualmente de agarosa o poliacrilamida. El ADN posee cargar elctricas negativas.


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Las proteinas se cargan al unirse con sustancias como el SDS ( Detergente ) que incorporacargar negativas a la proteina.

Diferencia de potencial: La velocidad de avance es directamente proporcional a ella.

Resistencia: La movilidad de las moleculas es inversamente proporcional a ella.

Intensidad: Cuantifica el flujo de carga electrica, se relaciona directmente con la distancia

recorrida por las moleculas.

Cromatografa preparativa

Se usa para purificar suficiente cantidad de sustancia para un uso posterior, ms que para

anlisis.

Cromatografa de placa fina. Cromatografa en columna Cromatografa en Papel

Cromatografa preparativa en placa.

La cromatografa en capa fina se basa en la preparacin de una capa, uniforme, de unadsorbente mantenido sobre una placa de vidrio u otro soporte

En la eleccin del Solvente influyen varios factores:

Pureza. No utilizar mezclas de eluyentes (reproducibilidad). No utilizar compuestos muy voltiles. Evitar que contengan trazas de metales (catalizadores).

La cromatografa en capa fina presenta una serie de ventajas. El tiempo que se necesita

para conseguir las separaciones es mucho menor y la separacin es

generalmente mejor. Pueden usarse reveladores corrosivos, que sobre papel destruiran el

cromatograma. El mtodo es simple y los resultados son fcilmente reproducibles


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Cromatografa puede realizarse por gravedad o mediante presin ,la diferencia en ambos

casos est en el tamao de las partculas de gel de slice Debido a que la disminucin del

tamao de las partculas de adsorbente conduce a una separacin ms eficaz

Cromatografa en columna

El adsorbente ms utilizado para cromatografa de columna es gel de slice.

Las variables que ms influyen en la eficacia de la separacin en Columna

a) Dimetro de la columna y cantidad de gel de slice.b) La altura del adsorbentec) El dimetro de la columna con la cantidad de producto a separar.d) Eleccin del disolvente.

Cromatografa en papel

Es la ms sencilla de las tcnicas, pero slo nos dar resultados cualitativos. Est casi en

desuso. El mtodo se basa en un mecanismo de reparto.

Es una tcnica utilizada para anlisis inorgnico cualitativo, permite llevar a cabo la

separacin e identificacin de iones, trabajando con cantidades mnimas de sustancia.

Procedimiento

1.Depositar una pequea cantidad de muestra en el extremo de una tira de papel de filtro

que se deja evaporar.

2.Luego se introduce la tira en una cubeta que contenga el disolvente, de manera queste fluya por la tira por capilaridad.

3.Si la muestra no tiene color propio se pasa a revelar con calor o Luz U.V.

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