Probenvorbereitung durch Filtration
Die Filtration ist ein Trennverfahren, das dazu dient, Stoffe auf Basis ihrer physikalischen oder chemischen Eigenschaften zu konzentrieren oder zu reinigen. Es ist ein einfaches Routineverfahren, das in vielen Laboren verwendet wird, um unlösliche Partikel aus Lösungen zu entfernen und Proben für die Analyse vorzubereiten. Die Filtration wird eingesetzt, um die Komplexität von Proben zu reduzieren, die Klarheit von viskosen Proben zu verbessern und Hintergrundsignale zu reduzieren, die zu erhöhten Signal-Rausch-Verhältnissen in analytischen Tests führen.
Je nach angewandter Filtrationsmethode werden Partikel oder Moleküle aufgrund von Eigenschaften wie Größe, Form oder Ladung getrennt. Die Flüssigkeit, die durch den Filter geflossen ist, wird als "Filtrat" bezeichnet und das gesammelte oder zurückgehaltene Material ist das "Retentat" oder der "Rückstand".
- Bei der Umkehrosmose (Ionentrennung) werden Ionen oder Moleküle mit Hilfe einer semipermeablen Membran oder Barriere getrennt. Durch den angelegten Druck wird der osmotische Druck überwunden und das Lösungsmittel gezwungen, sich von einer hohen Konzentration des gelösten Stoffes zu einer niedrigen Konzentration zu bewegen. In der Umkehrosmose wird ein hoher Prozentsatz der organischen Stoffe, die keine Partikel sind, und > 99% der Salze ausgeschieden. Die typische Membranklassifizierung basiert auf der Natriumchlorid-Rückhaltung (< 0,001 µm, < 100 Dalton).
- In der Ultrafiltration (Makromolekültrennung) werden Partikel und gelöste Moleküle aus Flüssigkeiten anhand der Partikelgröße getrennt. Die Ultrafiltration wird zur Konzentration, Fraktionierung, Entsalzung und zum Pufferaustausch eingesetzt. Die typische Klassifizierung liegt bei einer nominalen Molekulargewichtsgrenze (NMWL) zwischen 1-1000 kDa.
- Die mikroporöse Filtration (Mikrofiltration) wird zur Rückhaltung/zum Ausschluss von Partikeln und zur Sterilisation eingesetzt, da sie Partikel und biologische Einheiten wie Bakterien und Zellen anhand der Partikelgröße trennt/entfernt. Die Porengrößen liegen in der Regel zwischen 0,025-10 µm und werden als nominal (~98 % Rückhaltung) oder absolut (100 % Rückhaltung der Größe, die der Porengrößenklassifizierung entspricht) angegeben.
- Klärfilter werden zur Vorfiltration und Partikelanalyse verwendet, da sie große Partikel, Aggregate und Ablagerungen abhängig von der Größe zurückhalten/entfernen. Sie können als primärer Filtrationsschritt vor der Mikrofiltration verwendet werden. Klärfilter haben üblicherweise eine Porengrößenklassifizierung von > 5 µm.
Zugehörige technische Artikel
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Häufig verwendete Filtrationsanwendungen
- Allgemeine Partikelentfernung
- Probenvorbereitung für analytische Techniken wie HPLC, UHPLC, Ionenchromatographie, Gaschromatographie und Freisetzungsprüfung
- Sterilisation von Zellkulturadditiven
- Konzentration von Proteinen, Nukleinsäuren und Polymeren
- Separation von Biomolekülen innerhalb einer Probe
- Vorbereitung von Puffern
- Wasseraufbereitung
Die Filtration ist ein wesentlicher Schritt der Probenvorbereitung vor empfindlichen chromatographischen Analysen, wie HPLC und LC-MS. Partikel in Proben können Flüssig-, Gas- und Ionenchromatographie-Analysen stören, indem sie Säulen oder Säulenköpfe verstopfen oder Verunreinigungspeaks ("Geisterpeaks") auf Chromatogrammen erzeugen. Die ordnungsgemäße Filtration von Proben, Lösungsmitteln und Puffern führt zu qualitativ hochwertigeren und konsistenteren Analyseergebnissen. Außerdem erhöht sie die Betriebszeit von Geräten und verlängert die Lebensdauer der Säule.
Arten von Filtrationsprozessen und -verfahren
Es gibt viele Filter mit unterschiedlicher Zusammensetzung der Filtrationsmedien, die jeweils für bestimmte Anwendungen konzipiert sind. Die Auswahl des Filters hängt von mehreren Faktoren ab, darunter:
- Größe der auszuschließenden oder zu integrierenden Partikel oder Moleküle
- Chemische Zusammensetzung der Probe
- Kompatibilität des Filtrationsmediums mit der Probe oder Lösung
- Viskosität der Probe
Filter können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, wie z. B. Papier, Tuch, Baumwolle, Asbest, Schlacken- oder Glaswolle, unglasiertem Steingut, Sand oder anderen porösen Materialien. Membranfilter werden in der Regel aus synthetischen Polymeren hergestellt (z. B. hydrophiliertes PTFE, PVDF, Nylon, PES).
Für den Anstoß des Filtrationsprozesses können unterschiedliche Kräfte eingesetzt werden. Die Filtration kann durch einfache Schwerkraft mit Hilfe eines Filters und eines Trichters, manuell wie bei der Spritzenfiltration oder durch Zentrifugalkraft erfolgen. Bei der vakuumgesteuerten Filtration wird eine Vakuumpumpe verwendet, um die Flüssigkeit schnell durch einen Filter zu ziehen.
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