熱場場流儀是場流分離技術(shù)體系下的重要分支，專門針對納米至微米尺度的顆粒、高分子、生物大分子等樣品開發(fā)的高效分離分析設(shè)備。相較于傳統(tǒng)色譜分離技術(shù)，無需填充固定相，依靠外場驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)樣品組分分離，有效避免了固定相對樣品的吸附損失、不可逆結(jié)合等問題。在生物醫(yī)藥、材料科學(xué)、環(huán)境檢測、食品分析等領(lǐng)域有著不可替代的應(yīng)用價(jià)值。
 

　　其工作原理與分離機(jī)制核心圍繞熱場驅(qū)動(dòng)的熱泳效應(yīng)與通道內(nèi)拋物線流場的耦合作用展開。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到分離邏輯，都圍繞提升納米尺度樣品的分離分辨率與回收率展開。熱場場流儀的核心分離結(jié)構(gòu)為兩塊高度平整的平行導(dǎo)熱平板，兩板之間的間距通?？刂圃谖⒚准墑e，可根據(jù)待分離樣品的尺度靈活調(diào)整。通道長度多為幾十厘米，兩端分別設(shè)置獨(dú)立的進(jìn)樣口、載液入口和洗脫出口。上下兩塊導(dǎo)熱平板分別連接高精度恒溫控制單元，可穩(wěn)定維持兩塊平板之間的恒定溫度梯度，通常為上板加熱、下板冷卻，形成的溫度梯度范圍可根據(jù)分離需求調(diào)節(jié)。
 

　　載液從載液入口進(jìn)入分離通道后，受通道上下壁面無滑移邊界條件的限制，會(huì)形成典型的泊肅葉拋物線流型，即通道中心位置的載液流速最快，越靠近上下平板壁面流速越低，靠近壁面的流體層幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)待分離樣品隨載液進(jìn)入通道后，通道內(nèi)的溫度梯度會(huì)驅(qū)動(dòng)樣品組分產(chǎn)生熱泳效應(yīng)，即顆粒、大分子等樣品組分在溫度梯度場中會(huì)受到指向低溫區(qū)的凈驅(qū)動(dòng)力，這就是熱泳力。熱泳力的大小與樣品的熱擴(kuò)散系數(shù)、溫度梯度強(qiáng)度直接相關(guān)，而熱擴(kuò)散系數(shù)是樣品熱物理性質(zhì)與表面性質(zhì)的綜合體現(xiàn)，不僅由樣品的粒徑、密度決定，還受分子量、表面電荷、疏水性、分子構(gòu)象等因素影響。
 

　　樣品組分在熱泳力的驅(qū)動(dòng)下會(huì)向冷壁方向遷移，同時(shí)會(huì)受到載液流動(dòng)產(chǎn)生的剪切力以及自身的布朗擴(kuò)散力的共同影響。當(dāng)這三種力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，不同熱擴(kuò)散系數(shù)的樣品組分會(huì)停留在距離冷壁不同的平衡位置。熱擴(kuò)散系數(shù)越大的組分，熱泳力越強(qiáng)，平衡位置越靠近冷壁，對應(yīng)的流速越低，隨載液流出通道的時(shí)間越晚；熱擴(kuò)散系數(shù)越小的組分，平衡位置越靠近通道中心，對應(yīng)的流速越高，出峰時(shí)間越早，從而實(shí)現(xiàn)不同樣品組分的時(shí)序分離。
 

　　熱場場流儀通常采用先聚焦后洗脫的操作模式。進(jìn)樣后首先暫停載液流動(dòng)，讓樣品組分在溫度梯度場中有足夠的時(shí)間遷移到各自的平衡位置，完成聚焦。聚焦完成后重新開啟載液流動(dòng)，不同組分按照平衡位置對應(yīng)的流速先后流出通道，進(jìn)入檢測器完成定量分析。如果載液流速過快，或者聚焦時(shí)間不足，樣品組分來不及達(dá)到平衡位置，會(huì)導(dǎo)致峰展寬、分離度下降。因此，操作過程中需要根據(jù)樣品性質(zhì)優(yōu)化溫度梯度、載液流速、聚焦時(shí)間等參數(shù)。
 

　　溫度梯度是影響熱場場流分離效果的核心參數(shù)。在保證不產(chǎn)生熱對流的范圍內(nèi)，溫度梯度越高，熱泳力越強(qiáng)，不同組分的平衡位置差異越大，分離分辨率越高。但溫度梯度過高會(huì)導(dǎo)致載液產(chǎn)生熱對流，破壞穩(wěn)定的拋物線流場，反而降低分離效果。通道厚度也是關(guān)鍵參數(shù)，通道越薄，溫度梯度越均勻，組分的平衡位置分布越窄，分離分辨率越高，但過薄的通道容易發(fā)生堵塞。此外，載液的黏度、離子強(qiáng)度等性質(zhì)也會(huì)影響熱擴(kuò)散系數(shù)與受力平衡，需要根據(jù)樣品特性選擇合適的載液體系。
 

　　目前，熱場場流儀已廣泛應(yīng)用于納米顆粒的粒徑分布分析、高分子的分子量分布測定、生物蛋白聚集體與病毒的分離檢測、環(huán)境水體中納米污染物的富集分離等場景。具備樣品回收率高、適用范圍寬、無需固定相等優(yōu)勢，尤其適合傳統(tǒng)色譜技術(shù)難以分離的大尺寸顆粒、易吸附的生物大分子等樣品，為復(fù)雜樣品的分離分析提供了有效的技術(shù)手段。