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濾膜的種類濾膜的用途濾膜的原理
濾膜的種類濾膜的用途濾膜的原理
濾膜的種類濾膜的用途濾膜的原理：
膜分離過程是利用薄膜分離混合物的一種方法。薄膜作為兩相之間的選擇通過性相，可使兩相的某一種或多種組分透過膜，截留其他組分，從而實現不同組分之間的分離，達到分離、濃縮和純化的目的，它主要利用流體壓力差為推動力的篩分分離過程。微孔過濾、反滲透、納濾、超濾均屬于壓力驅動型膜分離技術。
類型 | 滲透物 | 截留物 |
微孔過濾 | 水、溶劑溶解物、氣體 | 懸浮物、顆粒、纖維和細菌（0.01~10μm） |
超濾 | 水、溶劑、離子和小分子（相對分子質量＜1000） | 生化制品、膠體和大分子（相對分子質量1000~300000） |
納濾 | 水、溶劑、價鹽（相對分子質量＜200） | 溶質、二價鹽、糖和染料（相對分子質量200~1000） |
反滲透 | 水、溶劑 | 部懸浮物、溶質和鹽 |
微孔分離過程是在流體壓力差的作用下，利用膜對被分離組分的尺寸選擇性，將膜孔能截留的微粒及大分子溶質截留，而使模孔不能截留的粒子或小分子溶質透過膜。
微孔濾膜操作有死端過濾（垂直流過濾）和錯流過濾（切線流過濾）。死端過濾主要用于固體含量較小的流體和一般處理規模，膜大多數被制成一次性的。分析常用的過濾流動相和一次性注射式的過濾膜就是死端過濾。見下圖。
微孔濾過濾原理
微孔濾膜的過濾機理主要為截留作用。截留作用可以分為以下幾種：機械截留、吸附截留、架橋截留、在膜內部的網絡中截留。如下圖：
1、機械截留：即篩分作用。指膜具有截留比其孔徑大或其孔徑相當的微粒等雜質的作用。
2、物理作用或吸附截留作用：除了考慮篩分作用，還要考慮其他因素的影響，其中包括吸附和電性能的影響。
3、架橋作用：在孔的入口處，微粒因為架橋作用也同樣可被截留。
4、網絡型膜的網絡截留作用。這種截留是將微粒截留在膜的內部，而不是膜的表面。
從上可見，篩分作用很重要，微粒等雜質與孔壁之間的相互作用有時較孔徑大小顯得更為重要。
微孔過濾主要應用于分離大分子、膠體粒子、蛋白質以及其他微粒，他們的分離機理是根據分子或微粒的物理化學性能、所使用的膜的物理化學性能和他們之間的相互作用（如大小、形狀、電性能）不同而實現分離。
微孔過濾的過程一般有三個階段：
1、初始階段：比膜孔徑大的粒子被截留在膜的表面，比膜小的粒子進入模孔，其中一些粒子由于各種力的作用被吸附在膜孔內，減少了膜孔的有效直徑；
2、過濾中期：微粒在膜表面開始形成濾餅層，膜孔內部吸附逐漸趨向于飽和；
3、后期階段：隨著更多微粒在膜表面被截留，膜孔內部吸附也趨于飽和，微粒開始堵塞膜孔，最終使膜通量趨于穩定繼而不斷的下降。
通過上述的3個過程，就能理解在溶出過程中濾膜吸附能達到飽和，隨著過濾次數的增加越來越難過濾。
微孔濾膜的種類和用途
1、尺寸
常用的針式過濾器有4mm、13mm、25mm、33mm規格，針頭式濾器規格的選擇通常是與樣品的體積有關：通常樣品量小于1mL時，選用4mm直徑的針頭式濾器；樣品量在1-10mL時，選用13mm直徑的針頭式濾器；樣品量在10-100mL時，選用25mm直徑的針頭式濾器；樣品量在10-200mL時，選用33mm直徑的針頭式濾器。
尺寸 | 4mm | 13mm | 25mm | 33mm |
過濾體積(cm2) | 0.1 | 0.65 | 3.9 | 4.6 |
殘留體積(ml) | ≤1 | 1-10 | 10-100 | 10-200 |
最高操作壓力(psi) | ＜10 | ＜25 | ＜100 | ＜125 |
2、孔徑
常用的孔徑有0.22μm，0.45μm，0.8μm，1.0μm
孔徑 | 范圍 |
0.22 | 能去除樣品、流動相中極細顆粒的要求;可以達到GMP或者藥典規定的除菌99.99%的要求。適用于要求高較高的溶劑、樣品的處理，如色譜用離子對試劑、超純。水、質譜分析溶劑的樣品等過濾。用于小于3μm、 3μm或更大填料色色譜系統。 |
0.45 | 能濾除大多數細菌微生物，適用于常規樣品、流動相過濾，能夠滿足一般色譜要求 |
0.8-1.0 | 去除大多數不溶性微粒，適用于紫外等對樣品喲求相對較低的分析檢測，效率較0.45μm濾膜高，尤其適用于難溶性輔料多、混懸劑和粘合劑用量多、且使用紫外檢測的口服固體制劑溶出檢測。 |
1-5μm | 過濾較大顆粒的雜質或者用于難以處理的渾濁溶液的預處理可先以1-5μm濾膜過濾再用相應濾膜進行過濾。 |
3、種類微孔過濾器濾膜主要有：醋酸纖維素膜、混合纖維素酯微孔濾膜，尼龍濾膜，聚四氟乙烯濾膜，聚偏氟乙烯膜（PVDF），聚醚砜濾膜，聚丙烯過濾膜（PP濾膜）。
溶劑屬性 | 膜材質 | 適用范圍 |
水系 | 醋酸纖維素(CA) | 對蛋白吸附比較低、親水性好，較強的化學兼容性；pH3-7；適用于抗菌素、球蛋白、疫苗血清及組織培養基等過濾；液體除菌、微粒過濾等水基樣品。 |
聚醚砜(PES) | 親水性膜，通量大，既有良好的吞吐量；對蛋白吸附力低，提高蛋白回收率應用；耐老化、抗蠕變性好，耐化學試劑性能好，可用于高溫液體過濾，適用于醫藥行業生物和血清的過濾、大輸液抗菌素等終端過濾、食品行業飲料、酒等終端過濾、超純水終端過濾等。 | |
聚偏二氟乙烯(PVDF) | 親水系抗老化、耐溶劑性能優異，可在-40℃~150℃下長期使用，低蛋白吸附。可在室溫下耐各種強酸堿即溶劑的腐蝕。可用于一般生物樣品過兩次，以及高蛋白回收率的樣品過濾。可溶于DMAC、NMP等強極性溶劑。 | |
混合纖維素膜(MAC) | 孔隙率高，截留效果好；親水性好，水通量大；不耐有機溶液和強酸、強堿溶液。具有良好的機械強度、熱穩定強、吸附低等特點。適用于實驗室、小生產工藝中除菌、除微粒的過濾；培養基、培養液的除菌過濾等 | |
有機系(過濾水系需要預先浸潤(乙醇)) | 疏水聚四氟乙烯PTFE | 可過濾幾乎所有的有機溶劑、機械強度高、能耐高溫液體、過濾空氣和顆粒雜質。除非預先浸潤，否則過濾水溶液由于張力阻礙將難以推進過濾樣品。 |
水系有機通用(耐有機、過濾水系不需要預先浸潤) | 尼龍 | 用于堿性溶液和有機溶劑過濾；尼龍膜具有非常好的機械強度，吸附性強，能耐受大多數有機溶劑和多數堿性溶液，特別適合于堿性溶液的過濾。用于有機溶劑過濾，如HPLC流動相除顆粒過濾時，尼龍膜比PTFE膜更經濟實用。由于尼龍膜的吸附性能相對較高，一般不推薦用于培養基過濾、或蛋白液等生物樣品的過濾，以免因吸附而損失樣品。在這種情況下，通常采用低吸附的醋酸纖維素膜(CA)更為適用。實驗經濟的選擇，不僅可以過濾水系樣品，還兼容大多數有機溶劑，但不能用于酸溶液和鹵烴、芳烴等溶液的過濾。 |
親水PTFE | 萬能膜，機械強度高，能承受高溫液體，能耐高溫液體、過濾空氣和顆粒雜質。兼容一切酸堿溶液，嚴苛實驗室*。 |
4、兼容性
不同的濾膜對不同的濾膜兼容性見下表。
注意事項
1、膜不分反正，但最好光滑面向上，粗糟一面向下過濾效果會好。
2、在藥品分析溶出實驗中，濾膜吸附是使用微孔濾膜最多的弊端，影響濾膜吸附的因素有很多，包括濾膜的直徑、孔徑、材料、過濾介質的種類、離子強度、pH值、藥物本身的性質等。不同材質的濾膜與不同被過濾化合物之間的氫鍵、范德華力、電荷吸附等相互作用力不同，吸附的程度也不同。也有文獻報道不同pH的緩沖鹽、不同的稀釋劑（如甲醇）可以減少或消除吸附。
3、在藥品分析有關物質實驗中，需要關注濾膜過濾后是否產生新的雜質。
總結
微孔濾膜在現在的實驗中起著很重要的作用。微孔濾膜的種類和材質也各有不同，根據自身樣品選擇合適的微孔濾膜，在使用時進行考察，證明濾膜對結果無影響。
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