Przygotowanie próbki poprzez filtrację

W zależności od zastosowanej metody filtracji cząstki lub cząsteczki są oddzielane na podstawie takich właściwości, jak rozmiar, kształt lub ładunek. Ciecz, która przechodzi przez filtr, nazywana jest „filtratem”, a zebrany lub zatrzymany materiał to „retentat” lub „osad”.

• W procesie odwróconej osmozy (separacji jonowej) jony lub cząsteczki są oddzielane za pomocą membrany półprzepuszczalnej lub bariery. Zastosowane ciśnienie pokonuje ciśnienie osmotyczne i wymusza przemieszczanie się rozpuszczalnika z obszaru o wysokim stężeniu substancji rozpuszczonej do obszaru o niskim stężeniu. Odwrócona osmoza usuwa wysoki procent substancji organicznych, innych niż cząstki stałe, oraz >99% soli. Typowa specyfikacja membrany opiera się na zatrzymywaniu chlorku sodu (<0,001 µm, <100 daltonów)
• Ultrafiltracja (separacja makrocząsteczek) oddziela cząstki i cząsteczki rozpuszczone z płynów na podstawie wielkości cząstek. Ultrafiltracja jest stosowana do zagęszczania, frakcjonowania, odsalania i wymiany buforowej. Typowa specyfikacja to nominalna granica masy cząsteczkowej (NMWL) w zakresie 1–1000 kDa.
• Filtracja mikroporowata (mikrofiltracja) jest stosowana do zatrzymywania/wykluczania cząstek i sterylizacji, ponieważ oddziela/usuwa cząstki i jednostki biologiczne, takie jak bakterie i komórki, na podstawie wielkości cząstek. Wielkość porów wynosi zazwyczaj od 0,025 do 10 µm i jest określana jako nominalna (~98% retencji) lub absolutna (100% retencji cząstek o wielkości równej wielkości porów).
• Filtry klarujące są stosowane do wstępnej filtracji i analizy cząstek, ponieważ zatrzymują/usuwają duże cząstki, agregaty i zanieczyszczenia na podstawie ich wielkości. Mogą być stosowane jako pierwszy etap filtracji przed mikrofiltracją. Filtry klarujące mają zazwyczaj wielkość porów >5 µm. zatrzymywane.

Typowe zastosowania
filtracji

• Ogólne usuwanie cząstek stałych
• Przygotowanie próbek do technik analitycznych, takich jak HPLC, UHPLC, chromatografia jonowa, chromatografia gazowa i badania rozpuszczalności
• Sterylizacja dodatków do hodowli komórkowych
• Zagęszczanie białek, kwasów nukleinowych i polimerów
• Rozdzielanie biomolekuł w próbce
• Przygotowanie buforów
• Oczyszczanie wody

Filtracja jest niezbędnym etapem przygotowania próbki przed wrażliwą analizą chromatograficzną, taką jak HPLC i LC-MS. Cząstki stałe w próbkach mogą zakłócać analizy chromatografii cieczowej, gazowej i jonowej poprzez zatykanie kolumn lub głowic kolumn lub generowanie pików zanieczyszczeń („pików-widm”) na chromatogramach. Właściwa filtracja próbek, rozpuszczalników i buforów zapewnia wyższą jakość i większą spójność wyników analitycznych. Zwiększa również czas pracy urządzenia i przedłuża żywotność kolumny.

Rodzaje procesów i procedur filtracji

Istnieje wiele filtrów o różnym składzie mediów filtracyjnych, z których każdy jest przeznaczony do konkretnych zastosowań. Wybór filtra zależy od kilku czynników, w tym:

• Wielkości cząstek lub cząsteczek, które mają zostać wykluczone lub uwzględnione
• Skład chemiczny próbki
• Kompatybilność medium filtracyjnego z próbką lub roztworem
• Lepkość próbki

Filtry mogą być wykonane z różnych rodzajów materiałów, takich jak papier, tkanina, wata bawełniana, azbest, wata żużlowa lub szklana, nieszkliwiona ceramika, piasek lub inne materiały porowate. Filtry membranowe są zazwyczaj wykonane z polimerów syntetycznych (np. hydrofilizowanego PTFE, PVDF, nylonu, PES).

Do napędzania procesu filtracji można wykorzystać różne siły. Filtracja może być napędzana prostą grawitacją przy użyciu filtra i lejka, ręcznie, jak w przypadku filtracji strzykawkowej, lub siłą odśrodkową. W filtracji próżniowej stosuje się pompę próżniową do szybkiego przeciskania płynu przez filtr.