在常規樣品過濾中,濾材的兼容性往往被忽視。研究人員可能經常基于便利性選擇濾紙或濾器,只有在出現故障或需要排查意外結果時才會重新考慮。
可供選擇的濾膜材料種類繁多,包括玻璃、天然聚合物和合成聚合物,每種材料都具有獨特的性能,使其幾乎適用于任何樣品。
了解這些特性,并采取預防而非反應的方式來解決過濾和膜樣品兼容性問題,可以*大限度地減少故障排除時間,并*大限度地提高過濾效率。
親水膜和疏水膜的區別
疏水性膜,例如聚四氟乙烯(PTFE),會阻礙任何水性樣品的通過,從而產生背壓。雖然有時可以通過施加額外的力來克服這種背壓,但存在膜破裂和過濾不完全的風險。
如果別無他法,用酒精預先潤濕膜可以減少這種背壓效應。
聚四氟乙烯(PTFE)和其他疏水性材料非常適合有機樣品和溶劑,不會產生阻力或背壓。然而,某些有機溶劑會被膜材料吸收,尤其是在長時間接觸的情況下。
這種吸收作用會導致材料膨脹,減小孔徑,從而影響過濾器的性能。某些溶劑還可能對材料產生化學侵蝕,將可萃取物釋放到濾液中。在極少數情況下,溶劑可能會部分或完全溶解濾膜,導致濾膜穿透,并可能污染樣品。
水溶液樣品不太可能損壞大多數膜材料,尤其是親水性膜材料。然而,pH值是決定膜相容性的重要因素。
強酸性或強堿性溶劑可能不會立即損壞膜,但隨著時間的推移會產生影響。因此,只有像聚四氟乙烯(PTFE)這樣高度惰性的膜才適用于高pH值和低pH值的樣品。
深度過濾
就顆粒截留而言,過濾器可分為兩類:表面過濾器和深度過濾器。表面過濾器,通常稱為膜過濾器,僅將顆粒截留在其表面。這類過濾器非常適合顆粒含量低的樣品。然而,高顆粒含量的樣品往往會迅速堵塞過濾器表面。
將高顆粒物樣品通過表面過濾器(例如蝕刻聚酯過濾器)時,如果施加的力足夠大,很可能會產生背壓,甚至導致過濾器穿透。而深度過濾器則非常適合高顆粒物應用,能夠將顆粒物截留在其纖維基質內。
由聚醚砜(PES)等材料制成的非對稱深度過濾器,其頂部具有開放的基質結構,底部則具有更精細的基質結構。這種孔隙率梯度*初會截留較大的顆粒,并作為下方較致密材料的預過濾器,從而維持流體流動。
對于土壤樣品等難以過濾且顆粒物含量高的樣品,無紡布基質過濾器可提供高強度精細過濾。例如,無紡聚丙烯(NWPP)具有耐用性和高顆粒物負載能力。
這些無紡布基體通常是具有多層結構的厚墊,以*大限度地減少堵塞。無紡布基體過濾器的其他材料選擇包括玻璃纖維和纖維素。
蛋白質結合和樣品提取物
除了阻力和堵塞外,膜與樣品的相容性也會影響濾液的組成。相容性差會導致樣品中的溶質意外地被濾膜截留(蛋白質結合),或者不需要的溶質從濾膜材料或外殼釋放到樣品中(可萃取物)。
某些親水性材料,例如尼龍(NYL)和硝酸纖維素(CN),具有很高的蛋白質結合能力。這種特性使得它們不適用于蛋白質的回收和分析,因為使用它們可能會導致結果不一致或出乎意料。
然而,再生纖維素 (RC)和醋酸纖維素(CA)幾乎不結合蛋白質,因此非常適合用于過濾含蛋白質的溶液。RC還具有廣泛的溶劑兼容性。RC與聚四氟乙烯(PTFE)結合使用,是一種實用的通用型過濾材料。
萃取物是膜與樣品不相容的常見表現,會影響下游靈敏的分析技術,例如超高效液相色譜 (UHPLC)和高效液相色譜 (HPLC)。聚四氟乙烯 (PTFE)、聚偏二氟乙烯 (PVDF)和RC與 HPLC 中常用的多種溶劑相容,且萃取物含量低。