Наиболее эффективным решением разделения смеси является мембранная фильтрация. Зарождение процесса можно отнести к появлению самой технологии хроматографического анализа. Единая исходная смесь компонентов протекает через специальную мембранную систему, при этом на выходе образуется фильтрат и непосредственно концентрат. Для проведения такого рода фильтрования используется мембрана, которой свойственна специфическая особенность – пропускать только определенные компоненты. Такая система является физическим барьером. Диаметр пор мембранного материала достигает 10-10 м. Чтобы через такой фильтр смогла проникать жидкость, необходимо сильное давление, подающееся параллельно мембране. Существуют поры, размеры которых невозможно определить даже под электронным микроскопом.

Основные характеристики фильтров

Мембранные фильтры для проведения фильтрования ускоряют процессы многих исследований в химии, микробиологии, биохимии, медицине, пищевой промышленности и других отраслях науки и производства. В зависимости от диаметра пор мембранных материалов фильтрация классифицируется на 4 вида:

  • обратноосмотическая;
  • нанофильтрационная;
  • ультрафильтрационная;
  • микрофильтрационная.

Данные категории мембран расположены в порядке увеличения размеров отверстий, через которые впоследствии будут отделяться компоненты смеси. Наиболее плотная мембрана используется при обратном осмосе. Через такой фильтр свободно проходят только молекулы воды. Более крупные органические соединения, такие как пептиды, белки, углеводы, а также некоторые минералы удержатся на его поверхности. Обратноосмотическая фильтрация является наиболее тонким процессом разделения веществ.
Благодаря нанофильтрации возможно отделение более мелких ионов различных минералов и удерживание крупных органических молекул.
В процессе ультрафильтрации используются мембраны, поры которых имеют намного больший диаметр. Белки, жиры и полисахариды отделяются благодаря такой пропускной системы довольно легко.
Диаметр поры микромембраны достигает 1 мкм. С ее помощью отделяются бактерии, различные взвешенные частицы, а также глобулы жира.

Виды фильтров

Существует целый ряд разновидностей мембран для фильтрации. Модели изготавливаются из ткани или на основе пористого материала.

Наиболее используемые фильтры:

  • дисковые мембраны – для обратного осмоса;
  • трубчастые (пластиковые, керамические или металлокерамические);
  • рулонные;
  • половолоконные.

Размеры пор колеблются от 0,0001 мм до нескольких сантиметров. Для изготовления мембран применяются различные органические вещества, вследствие чего различают такие разновидности фильтров:

  • капроновые;
  • полиамидные;
  • полиэфирсульфоновые;
  • фторопластовые;
  • полиэтилентерефталатовые;
  • ацетатцеллюлозные.

Используемые материалы обладают стойкостью к различным веществам агрессивной природы. Применительно к назначению фильтра стоит выбирать тип мембраны, совместимый с анализируемыми веществами.

Подготовка пробы для анализа включает в себе несколько простых правил. Во-первых, в качестве растворителя для анализируемого образца необходимо использовать подвижную фазу. Во-вторых, при возникновении сложности с растворимостью лучше всего использовать ацетон. В случае необходимости растворения сложных липидов следует использовать смесь ацетона с тетрагидрофураном. Достигнуть наивысшей эффективности хроматографической системы можно благодаря использованию растворителя пробы в том же состоянии, что и подвижная фаза. Таким образом можно избежать появления ложных пиков.

Известно много производителей мембранных фильтров – Miilipore (Миллипор), Sartorius (Сарториус), Dominic Hunter (Доминик Хантер) и другие. Компания Миллипор производит широкий ассортимент высококачественных фильтров, используемых для контроля микробной чистоты. Эти фильтры характеризуются высокой пропускной способностью, что позволяет быстро и качественно разделить образец.

Оборудование при мембранной фильтрации

Применение мембранных фильтров обуславливает использование сопутствующих приспособлений, а именно фильтродержателей. Они могут быть выполнены из разных исходных материалов. Первыми фильтродержателями были стеклянные и металлические. Стеклянные приспособления обладают такими плюсами, как возможность наглядного контроля процесса при эксплуатации. Из-за значительных недостатков, как хрупкость и нестойкость, популярность этих держателей падает.
Фильтродержатели из нержавеющей стали характеризуются прочностью и продолжительным сроком службы. Но они отличаются слабой устойчивостью к некоторым веществам и усложненным процессом очистки. Поэтому они, теряют свои позиции на рынке.
В настоящее время набирают популярность приспособления, сделанные из полимеров. Они обладают такими свойствами – ударопрочность, не требуют уплотнителя, долгий срок использования, легкость при отмывке. Обладая всего одним минусом, а именно невозможность контроля процесса фильтрации из-за непрозрачности. Выбор таких фильтродержателей является оптимальным для вакуумной фильтрации.

Процесс фильтрации

Фильтрация с помощью мембран заключается в физическом разделении, которое основывается на разнице давления между стенками мембраны. Используя мембранный фильтр и фильтродержатель, анализируемый состав поступает через фильтр. Применение мембранных фильтров обосновано для многих лабораторных анализов: жидкостная хроматография, препаративная хроматография, экстракция, атомноабсорбционный анализ, капиллярный электрофорез.