Préparation d'échantillons par filtration
La filtration est une technique de séparation utilisée pour concentrer ou purifier des substances en fonction de leurs propriétés physiques ou chimiques. C'est une méthode simple, appliquée en routine par de nombreux laboratoires pour retirer les particules insolubles des solutions et préparer les échantillons en vue de leur analyse. La filtration permet de réduire la complexité des échantillons, d'améliorer la clarté des échantillons visqueux, et d'abaisser le signal du bruit de fond, augmentant ainsi le rapport signal sur bruit des tests analytiques.
En fonction de la méthode de filtration appliquée, les particules ou les molécules sont séparées d'après leurs propriétés, telles que leur taille, leur forme ou leur charge. Le liquide qui traverse le filtre est appelé "filtrat", et la matière recueillie ou retenue est appelée "rétentat" ou "résidu".
- L'osmose inverse (séparation ionique) permet de séparer les ions ou molécules à l'aide d'une membrane ou d'une barrière semi-perméable. La pression appliquée dépasse la pression osmotique et force le solvant à se déplacer de la zone de haute concentration en soluté vers la zone de basse concentration en soluté. L'osmose inverse rejette un grand pourcentage de matières organiques (autre que des particules), et plus de 99 % de sels. Les membranes sont généralement classées en fonction de leur pouvoir de rétention vis-à-vis du chlorure de sodium (< 0,001 µm, < 100 daltons).
- L'ultrafiltration (séparation de macromolécules) sépare les particules et les molécules dissoutes dans les fluides en fonction de leur granulométrie. L'ultrafiltration est utilisée pour la concentration, le fractionnement, le dessalage et l'échange de tampon. La classe d'une membrane est typiquement exprimée sous la forme d'un poids moléculaire nominal limite (PMNL ou NMWL) compris entre 1 et 1000 kDa.
- La filtration microporeuse (microfiltration) sert à la rétention/l'exclusion de particules et à la stérilisation, car elle sépare/élimine les particules et les entités biologiques, comme les bactéries et les cellules, en fonction de leur granulométrie. La taille des pores est généralement située entre 0,025 et 10 µm, et les pores sont considérés comme nominaux (rétention ~ 98 %) ou absolus (rétention de 100 % de la taille correspondant à la taille de pores).
- Les filtres de clarification sont utilisés dans la pré-filtration et l'analyse des particules car ils retiennent/éliminent les grosses particules, les agrégats et les débris en fonction de leur taille. Ils peuvent servir d'étape de filtration primaire avant une microfiltration. Les filtres de clarification ont typiquement des tailles de pores > 5 µm.
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Applications courantes de la filtration
- Élimination des particules en général
- Préparation d'échantillons en vue de techniques analytiques du type HPLC, UHPLC, chromatographie par échange d'ions, chromatographie en phase gazeuse et tests de dissolution
- Stérilisation des additifs pour culture cellulaire
- Concentration des protéines, acides nucléiques et polymères
- Séparation des biomolécules contenues dans un échantillon
- Préparation de tampons
- Purification de l'eau
La filtration est une étape de préparation d'échantillons essentielle avant les analyses chromatographiques sensibles telles que la HPLC et la LC-MS. Les particules présentes dans les échantillons peuvent interférer avec les analyses par chromatographie en phase gazeuse, liquide ou par échange d'ions en colmatant les colonnes ou les têtes de colonne, ou en générant des pics de contaminants ("pics fantômes") sur les chromatogrammes. Filtrer correctement les échantillons, les solvants et les tampons permet d'obtenir des résultats analytiques plus reproductibles et de meilleure qualité. Cela permet également d'augmenter la durée de fonctionnement des instruments et de prolonger la durée de vie des colonnes.
Types de procédés et de procédures de filtration
Il existe un grand nombre de filtres différents présentant diverses compositions du média filtrant, chacun étant destiné à des applications particulières. Le choix du filtre dépend de plusieurs facteurs, notamment :
- Taille des particules ou molécules à exclure ou inclure
- Composition chimique de l'échantillon
- Compatibilité du média filtrant avec l'échantillon ou la solution
- Viscosité de l'échantillon
Les filtres peuvent être constitués de différents types de matériaux : papier, tissu, ouate, amiante, laine de laitier ou laine de verre, faïence non émaillée, sable ou autre matériau poreux. Les filtres membranes sont généralement composés de polymères synthétiques (par exemple PES, nylon, PVDF, PTFE hydrophilisé).
Différentes forces peuvent être appliquées pour provoquer le processus de filtration. Il peut s'agir simplement de la gravité lorsqu'on utilise un filtre et un entonnoir, d'une poussée manuelle comme avec un filtre pour seringue, ou d'une force centrifuge. Dans le cas cas de la filtration sous vide, une pompe à vide permet d'aspirer rapidement le fluide à travers le filtre.
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