Filtracja membranowa: jak wybrać odpowiedni materiał filtracyjny dla każdej próbki

Kompatybilność materiałów filtracyjnych jest często pomijana w rutynowej filtracji próbek. Analitycy często wybierają papier filtracyjny lub urządzenia kierując się wygodą, a problem rozważają dopiero wtedy, gdy wystąpi usterka lub gdy wyniki okażą się niezgodne z oczekiwaniami.

Na rynku występuje bardzo bogaty wybór materiałów z których wykonane są membrany filtracyjne, w tym szkło lub naturalne i syntetyczne polimery, z których każdy ma unikalne właściwości. Dzięki temu można dobrać materiał filtracyjny kompatybilny z niemal każdą próbką.

Zrozumienie tych właściwości i przyjęcie zapobiegawczego - bardziej niż reaktywnego podejścia do filtracji i kompatybilności membrana-próbka - może zminimalizować czas poświęcony na rozwiązywanie problemów i zmaksymalizować wydajność filtracji.

Różnice między membranami hydrofilowymi a hydrofobowymi

Membrana hydrofobowa, taka jak politetrafluoroetylenowa (PTFE) będzie stawiała opór każdej wodnej próbce, tworząc ciśnienie wsteczne. Chociaż czasami możliwe jest pokonanie tego ciśnienia poprzez przyłożenie dodatkowej siły, istnieje ryzyko pęknięcia membrany oraz filtracji niekompletnej.

Jeśli nie ma innego wyjścia, wstępne zwilżenie membrany alkoholem może zredukować efekt ciśnienia wstecznego.

PTFE i inne materiały hydrofobowe są dobrze przystosowane do stosowania z próbkami organicznymi i rozpuszczalnikami, nie wytwarzając oporu ani ciśnienia wstecznego. Jednakże, niektóre rozpuszczalniki organiczne mogą wchłaniać się w materiał membrany, zwłaszcza przy dłuższym kontakcie.

Absorpcja ta sprawia, że materiał pęcznieje, zmniejszając wielkość porów i wpływając na wydajność filtra. Niektóre rozpuszczalniki mogą również atakować chemicznie materiał membrany, uwalniając substancje ekstrahowalne do filtratu. W rzadkich przypadkach, rozpuszczalnik może częściowo lub całkowicie rozpuścić membranę, powodując przebicie i potencjalne zanieczyszczenie próbki.

Próbki wodne raczej nie uszkodzą większości materiałów membranowych, szczególnie hydrofilowych. Jednakże, pH roztworu jest znaczącym czynnikiem w określaniu kompatybilności membran.

Silnie kwaśne lub alkaliczne rozpuszczalniki mogą nie uszkadzać membran natychmiast, ale ich działanie może pojawiać się z czasem. W związku z tym, tylko wysoce obojętne membrany takie jak PTFE są odpowiednie dla próbek o wysokim i niskim pH.

Filtracja wgłębna

Pod względem retencji cząstek, filtry dzielą się na dwie kategorie: filtry powierzchniowe i filtry wgłębne (głęboko usieciowane). Filtry powierzchniowe, ogólnie określane jako membrany, zatrzymują cząstki wyłącznie na górnej powierzchni. Filtry te są odpowiednie dla próbek o niskiej zawartości cząstek stałych. Jednakże, wysoka zawartość cząstek stałych ma tendencję do szybkiego zatykania powierzchni filtra.

Przepychanie próbki o dużej zawartości cząstek stałych przez filtr powierzchniowy, taki jak track-etched poliester, może spowodować powstawanie ciśnienia wstecznego i ryzyko przebicia membrany. Z drugiej strony, filtry wgłębne są odpowiednie dla próbek o dużej zawartości cząstek stałych, ponieważ zatrzymują cząstki w matrycy włókien.

Asymetryczne filtry wgłębne, wykonane z materiałów takich jak polieterosulfon (PES), mają otwartą strukturę matrycy w górnej części i drobniejszą strukturę matrycy w dolnej części. Ten gradient porowatości początkowo zatrzymuje duże cząstki i działa jak filtr wstępny dla gęstszego materiału znajdującego się pod spodem, utrzymując przepływ.

W przypadku próbek trudnych do sączenia o dużej zawartości cząstek stałych, takich jak próbki gleby, dokładną filtrację przy dużych obciążeniach zapewniają filtry z usieciowanej włókniny. Na przykład włóknina polipropylenowa (NWPP) zapewnia odpowiednią wytrzymałość i wysoką pojemność ładunkową dla cząstek stałych.

Filtry włókninowe są zazwyczaj grubymi wkładami o warstwowej strukturze minimalizującej ryzyko zapchania. Alternatywą dla filtrów z włókninowych są filtry z włókna szklanego i celulozowe.

Wiązanie białek i ekstrahowalność

Oprócz odporności i zapychania, na skład filtratu ma wpływ kompatybilność układu membrana-próbka. Niekompatybilność, w tym przypadku, może prowadzić do nieoczekiwanego zatrzymania składników próbki na filtrze (wiązanie białek) lub do uwolnienia niepożądanych składników do próbki (ekstrahowalności) z materiału filtracyjnego lub obudowy.

Niektóre materiały hydrofilowe, takie jak nylon (NYL) i azotan celulozy (CN), zapewniają wysoką zdolność wiązania białek. Ta właściwość sprawia, że nie nadają się one do odzyskiwania i analizy białek, gdzie ich użycie może skutkować niewiarygodnymi lub nieoczekiwanymi wynikami.

Natomiast regenerowana celuloza (RC) i octan celulozy (CA) praktycznie nie wiążą białek, dzięki czemu dobrze nadają się do filtrowania roztworów zawierających białka. Regenerowana celuloza ma również szeroką kompatybilność z rozpuszczalnikami. Wraz z PTFE, RC jest idealną opcją membrany ogólnego zastosowania, którą warto mieć pod ręką.

Pojawianie się substancji ekstrahowalnych w przesączu jest częstym objawem niekompatybilności układu membrana-próbka i ma duży wpływ na czułe techniki analityczne, takie jak ultra-wysokosprawna chromatografia cieczowa (UHPLC) i wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC). PTFE, polifluorek winylidenu (PVDF) i RC są kompatybilne z szeroką gamą rozpuszczalników powszechnie stosowanych w HPLC, przy jednoczesnej niskiej zawartości substancji ekstrahowalnych.

Na naszej stronie znajdziecie tabele kompatybilności, w których wyszczególniliśmy odporność materiałów na popularne rozpuszczalniki. Wybór materiału filtracyjnego na podstawie kompatybilności minimalizuje prawdopodobieństwo wystąpienia problemów takich jak powolna lub nieefektywna filtracja lub zanieczyszczenie próbki substancjami ekstrahowalnymi i maksymalizuje wydajność filtracji.

Pamiętaj także, że w doborze odpowiedniego materiału filtracyjnego pomogą Ci nasi specjaliści.
Produkty laboratoryjne z tworzyw sztucznych Sarstedt
Produkty laboratoryjne z tworzyw sztucznych SARSTEDT