Preparazione dei campioni mediante filtrazione

A seconda del metodo di filtrazione utilizzato, le particelle o le molecole vengono separate in base a proprietà quali dimensioni, forma o carica. Il liquido che attraversa il filtro è denominato «filtrato», mentre il materiale raccolto o trattenuto è chiamato «retentato» o «residuo».

• L'osmosi inversa (separazione ionica) separa ioni o molecole utilizzando una membrana o barriera semipermeabile. La pressione applicata supera la pressione osmotica e costringe il solvente a spostarsi da una concentrazione elevata di soluto a una concentrazione bassa di soluto. L'osmosi inversa respinge un'alta percentuale di materia organica, diversa dal particolato, e oltre il 99% dei sali. La classificazione tipica della membrana si basa sulla ritenzione del cloruro di sodio (<0,001 µm, <100 Dalton)
• L'ultrafiltrazione (separazione delle macromolecole) separa le particelle e le molecole disciolte dai fluidi in base alle dimensioni delle particelle. L'ultrafiltrazione viene utilizzata per la concentrazione, il frazionamento, la desalificazione e lo scambio di tamponi. Il valore tipico è un limite di peso molecolare nominale (NMWL) compreso tra 1 e 1000 kDa.
• La filtrazione microporosa (microfiltrazione) viene utilizzata per la ritenzione/esclusione delle particelle e la sterilizzazione poiché separa/rimuove particelle ed entità biologiche, come batteri e cellule, in base alle dimensioni delle particelle. Le dimensioni dei pori sono tipicamente comprese tra 0,025 e 10 µm e sono classificate come nominali (~98% di ritenzione) o assolute (100% di ritenzione delle particelle di dimensioni pari a quelle dei pori).
• I filtri di chiarificazione sono utilizzati per la prefiltrazione e l'analisi delle particelle poiché trattengono/rimuovono particelle di grandi dimensioni, aggregati e detriti in base alle dimensioni. Possono essere utilizzati come fase di filtrazione primaria prima della microfiltrazione. I filtri di chiarificazione hanno tipicamente dimensioni dei pori >5 µm. trattenute.

Applicazioni comuni
della filtrazione

• Rimozione generale di particelle
• Preparazione dei campioni per tecniche analitiche quali HPLC, UHPLC, cromatografia ionica, gascromatografia e test di dissoluzione
• Sterilizzazione di additivi per colture cellulari
• Concentrazione di proteine, acidi nucleici e polimeri
• Separazione di biomolecole all'interno di un campione
• Preparazione di tamponi
• Depurazione dell’acqua

La filtrazione è una fase essenziale della preparazione dei campioni prima di analisi cromatografiche sensibili, come l'HPLC e l'LC-MS. Le particelle presenti nei campioni possono interferire con le analisi di cromatografia liquida, gassosa e ionica ostruendo le colonne o le testate delle colonne, oppure generando picchi contaminanti (“picchi fantasma”) sui cromatogrammi. Una corretta filtrazione di campioni, solventi e tamponi garantisce risultati analitici di qualità superiore e più uniformi. Inoltre, aumenta il tempo di funzionamento dello strumento e prolunga la durata della colonna.

Tipi di processi e procedure di filtrazione

Esistono molti filtri con diverse composizioni dei mezzi filtranti, ciascuno progettato per applicazioni particolari. La scelta del filtro dipende da diversi fattori, tra cui:

• Dimensione delle particelle o delle molecole da escludere o includere
• Composizione chimica del campione
• Compatibilità del mezzo filtrante con il campione o la soluzione
• Viscosità del campione

I filtri possono essere realizzati con diversi tipi di materiali, quali carta, tessuto, ovatta, amianto, lana di scoria o di vetro, terracotta non smaltata, sabbia o altri materiali porosi. I filtri a membrana sono solitamente realizzati con polimeri sintetici (ad es. PTFE idrofilo, PVDF, nylon, PES).

Per azionare il processo di filtrazione si possono applicare diverse forze. La filtrazione può essere azionata dalla semplice forza di gravità utilizzando un filtro e un imbuto, manualmente come nella filtrazione a siringa, oppure dalla forza centrifuga. Nella filtrazione azionata dal vuoto, si utilizza una pompa a vuoto per aspirare rapidamente il fluido attraverso un filtro.