在常规样品过滤中,滤材的兼容性往往被忽视。研究人员可能经常基于便利性选择滤纸或滤器,只有在出现故障或需要排查意外结果时才会重新考虑。
可供选择的滤膜材料种类繁多,包括玻璃、天然聚合物和合成聚合物,每种材料都具有独特的性能,使其几乎适用于任何样品。
了解这些特性,并采取预防而非反应的方式来解决过滤和膜样品兼容性问题,可以*大限度地减少故障排除时间,并*大限度地提高过滤效率。
亲水膜和疏水膜的区别
疏水性膜,例如聚四氟乙烯(PTFE),会阻碍任何水性样品的通过,从而产生背压。虽然有时可以通过施加额外的力来克服这种背压,但存在膜破裂和过滤不完全的风险。
如果别无他法,用酒精预先润湿膜可以减少这种背压效应。
聚四氟乙烯(PTFE)和其他疏水性材料非常适合有机样品和溶剂,不会产生阻力或背压。然而,某些有机溶剂会被膜材料吸收,尤其是在长时间接触的情况下。
这种吸收作用会导致材料膨胀,减小孔径,从而影响过滤器的性能。某些溶剂还可能对材料产生化学侵蚀,将可萃取物释放到滤液中。在极少数情况下,溶剂可能会部分或完全溶解滤膜,导致滤膜穿透,并可能污染样品。
水溶液样品不太可能损坏大多数膜材料,尤其是亲水性膜材料。然而,pH值是决定膜相容性的重要因素。
强酸性或强碱性溶剂可能不会立即损坏膜,但随着时间的推移会产生影响。因此,只有像聚四氟乙烯(PTFE)这样高度惰性的膜才适用于高pH值和低pH值的样品。
深度过滤
就颗粒截留而言,过滤器可分为两类:表面过滤器和深度过滤器。表面过滤器,通常称为膜过滤器,仅将颗粒截留在其表面。这类过滤器非常适合颗粒含量低的样品。然而,高颗粒含量的样品往往会迅速堵塞过滤器表面。
将高颗粒物样品通过表面过滤器(例如蚀刻聚酯过滤器)时,如果施加的力足够大,很可能会产生背压,甚至导致过滤器穿透。而深度过滤器则非常适合高颗粒物应用,能够将颗粒物截留在其纤维基质内。
由聚醚砜(PES)等材料制成的非对称深度过滤器,其顶部具有开放的基质结构,底部则具有更精细的基质结构。这种孔隙率梯度*初会截留较大的颗粒,并作为下方较致密材料的预过滤器,从而维持流体流动。
对于土壤样品等难以过滤且颗粒物含量高的样品,无纺布基质过滤器可提供高强度精细过滤。例如,无纺聚丙烯(NWPP)具有耐用性和高颗粒物负载能力。
这些无纺布基体通常是具有多层结构的厚垫,以*大限度地减少堵塞。无纺布基体过滤器的其他材料选择包括玻璃纤维和纤维素。
蛋白质结合和样品提取物
除了阻力和堵塞外,膜与样品的相容性也会影响滤液的组成。相容性差会导致样品中的溶质意外地被滤膜截留(蛋白质结合),或者不需要的溶质从滤膜材料或外壳释放到样品中(可萃取物)。
某些亲水性材料,例如尼龙(NYL)和硝酸纤维素(CN),具有很高的蛋白质结合能力。这种特性使得它们不适用于蛋白质的回收和分析,因为使用它们可能会导致结果不一致或出乎意料。
然而,再生纤维素 (RC)和醋酸纤维素(CA)几乎不结合蛋白质,因此非常适合用于过滤含蛋白质的溶液。RC还具有广泛的溶剂兼容性。RC与聚四氟乙烯(PTFE)结合使用,是一种实用的通用型过滤材料。
萃取物是膜与样品不相容的常见表现,会影响下游灵敏的分析技术,例如超高效液相色谱 (UHPLC)和高效液相色谱 (HPLC)。聚四氟乙烯 (PTFE)、聚偏二氟乙烯 (PVDF)和RC与 HPLC 中常用的多种溶剂相容,且萃取物含量低。