Ultrafiltración

Ultrafiltración y electroforesis.
Ambos están dentro de los procesos llamados de purificación. Mediante estos tratamientos conseguimos a partir de una mezcla poco concentrada, altas del producto requerido.
La mayoría de ultrafiltraciones y electroforesis se llevan a cabo en discontinuo. El objetivo es adaptar un proceso discontinuo existente, a la purificación de muchos productos de pequeñovolumen. Se ha intentado llevar a cabo este tipo de métodos de forma continua pero resulta inviable.
La purificación descrita en este capítulo está basada en fenómenos de transporte más que en el equilibrio termodinámico.
IDEAS BASICAS
La ultrafiltración y electroforesis son efectivas para proteínas. Las proteínas tienen dos características importantes para este tipo de separaciones: sonmoléculas grandes y poseen carga que varía con el pH.
Presión osmótica
Vamos a considerar una disolución macromolecular y un disolvente separador por una membrana semipermeable como vemos en la siguiente figura:

El disolvente fluye para diluir la disolución:

Hasta que la presión osmótica de la disolución detiene el flujo:

En este apartado asumiremos que las macromoléculas no están cargadas.Debido a que las macromoléculas son grandes, no pueden pasar a través de la membrana; como las moléculas de disolvente son pequeñas, estas sí pueden. El disolvente fluye de derecha a izquierda, diluyendo la disolución de macromoléculas. El volumen de la disolución aumenta y sube el nivel en el capilar. Esto hace que la disolución se encuentre bajo presión, lo cual frena la disolución hasta pararla.Esta presión se llama ``presión osmótica´´.
La presión osmótica es una medida de la concentración de una disolución. Esto se demuestra con ecuaciones:
En equilibrio el potencial químico µ2 del disolvente puro debe ser igual al del disolvente en disolución:
µ2 (disolvente puro)= µ2(disolvente en disolución)
o
µ20+p0V2= µ20+pV2+RT ln x2
Donde µ20 es el potencial químico en condiciones estándar,V2 el el volumen molar parcial del disolvente, y x2 es su fracción molar. La presión osmótica es (p-p0)=ΔΠ
ΔΠ= p-p0=-
Si la disolución macromolecular es diluida:

La concentración de soluto es igual a /, los moles de soluto por moles totales dividido por el volumen por mol de agua. Esta ecuación es la ley de van´t Hoff, relaciona la presión osmótica con la concentración macromolecular. Estaley es una aproximación y se cumple en soluciones diluidas e ideales.
Cadenas laterales de proteínas
En el apartado anterior supusimos que las macromoléculas de proteína no estaban cargadas. Pero esto no es así.
Hay dos tipos de cadenas especialmente importantes en nuestro propósito. Primero, las cadenas laterales de acido carboxílico (-COOH) que en disoluciones básicas se ionizan dando (-COO-).En segundo lugar, las aminas (-NH2) en disoluciones acidas dan (NH3+). Por tanto, como vemos en la siguiente figura, la cantidad relativa de estas cargas generadas será función del pH.


La suma de estas cargas en una misma molécula nos da la carga neta. Al pH en el cual no hay carga neta se le llama punto isoeléctrico. En la siguiente tabla tenemos valores del punto isoeléctrico paradistintas proteínas.

Este punto isoeléctrico determina como una molécula se moverá bajo la acción de un campo eléctrico. Hay que hacer énfasis en que en el punto isoeléctrico, las proteínas tienen cargas. Lo que no tienen es carga neta, es decir, tienen el mismo número de cargas positivas que negativas.

Ecuaciones de transporte ultrafiltración
En ultrafiltración, la especie transportada es eldisolvente y la fuerza que actúa es la presión. En electroforesis, la especie transportada es el soluto y la fuerza que actúa es un campo eléctrico.

Primero consideraremos ultrafiltración. El flujo de disolvente jo es proporcional a la fuerza aplicada.

Donde jo es el volumen de disolvente por área y por tiempo y Lp es la permeabilidad. Esta ecuación anterior es una forma de la ley de Darcy....