Уважаемые заказчики! Обратите внимание, что в отделе карантина растений работа с заказчиками по средам не ведется. Это временная мера. Приносим извинения за доставленные неудобства.

Как выбрать мембранный фильтр

Паша у компьютера.jpgВ настоящий момент одним из передовых аналитических методов в химии является высокоэффективная жидкостная хроматография в тандеме с масс-детектированием (ВЭЖХ-МС/МС). Это очень гибкий и точный метод анализа, позволяющий достоверно определять малые количества широкого спектра веществ, отличающихся своей структурой и свойствами. Однако этот замечательный инструмент нуждается в тонкой настройке и правильном подходе к подготовке проб для анализа с его помощью. Одной из важных стадий такой подготовки является конечная стадия фильтрации образца в хроматографическую виалу – емкость небольшого объема (около 2 мл), из которой в хромато-масс-спектрометрический комплекс вводится проба.

Фильтрация пробы – это простой и экономичный способ продлить срок службы элементов ВЭЖХ-МС, уменьшая их износ, что в конечном итоге сказывается и на качестве анализа, например, на его воспроизводимости. Осуществляется фильтрация проб через специальные фильтр-насадки, представленные на рынке в большом разнообразии, что позволяет подобрать фильтрующий элемент под определенную группу аналитов, которые, как уже было сказано выше, порой сильно отличаются друг от друга по своей природе.

При выборе фильтра-насадки следует учитывать четыре их основных свойства:

1.     химическую совместимость фильтрующего элемента и фильтруемой пробы;

2.     размер пор;

3.     эффективную площадь фильтрации;

4.     удерживаемый объем фильтра.

Разберем их по порядку.

Подходит ли гидрофобный фильтр для фильтрации водных растворов? Если обратить внимание на название фильтра, то ответ будет очевидным – нет. Гидрофобный (с греческого букв. «воды боящийся») фильтр не пропустит через себя полярные молекулы воды, и профильтровать пробу не получится: у вас просто не хватит сил, чтоб протолкнуть пробу, а если сил хватит, то только на то, чтобы порвать фильтрующий элемент.

Какими же бывают фильтр-насадки? Рассмотрим их в зависимости от материала фильтрующего элемента.

1.     Ацетат целлюлозы, Cellulose Acetate (CA)

Ацетат целлюлозы имеет низкое сродство к белкам (т. е. они плохо к нему «прилипают», а значит, почти без потерь будут через него проходить), поэтому идеален для водных и биологических образцов. Имеет даже более низкую способность связываться с белками, чем поливинилиденфторид (PVDF) (см. ниже), но обладает более низкой химической стойкостью, чем регенерированная целлюлоза (RC). Гидрофильный и механически стойкий материал.

Использовать для: водных образцов.

Не использовать для: неполярных органических растворителей.

Применение: биологические образцы, водные образцы для ВЭЖХ, ВЭЖХ-МС/МС.

2.     Стекловолокно, Glass Microfiber (GMF)

Стекловолокно используется для предварительной фильтрации образцов, содержащих крупные частицы. Фильтрующий элемент имеет большой размер пор и совместим почти со всеми видами растворителей.

Использовать для: сильно загрязненных образцов, видимых глазу взвесей, осадков.

Не использовать для: бензилового спирта (фенилкарбинола).

Применение: тесты растворимости, фильтрация крупных частиц, фильтрация воздуха, в процессе извлечения ДНК из биологических образцов.

3.     Нейлон, NYLON (NY, NY66)

Нейлон обладает высокой механической прочностью, химической стабильностью, совместим с большинством органических растворителей, относительно термостабилен (до 50оС), гидрофильный. Чаще всего используется для фильтрации полярных органических растворителей.

Использовать для: оснований, полярной «органики», спиртов, ароматических углеводородов.

Не использовать для: кислот, галогенсодержащих углеводородов, белковых проб.

Применение: почти везде.

4.     Полиэфирсульфон, Polyethersulphone (PES)

Гидрофильный материал, имеющий очень низкое сродство к белкам. Часто используется в ионообменной хроматографии. Полиэфирсульфон термостабильнее большинства фильтрующих агентов (стабилен до 100оС).

Использовать для: сильных оснований, спиртов, белковых проб, пептидных проб.

Не использовать для: кислот, кетонов, эфиров, галогенсодержащих и ароматических углеводородов.

Применение: ионообменная хроматография, фильтрация тканевых культур, фильтрация белков и нуклеиновых кислот, горячих жидкостей.

5.     Полипропилен, Polypropylene (PP)

Гидрофильные полипропиленовые фильтрующие мембраны обладают химической стойкостью и используются для широкого диапазона органических и водных образцов. Обладают низким сродством с белками.

Использовать для: кислот, оснований, различных растворителей для ВЭЖХ.

Ограничено использование с хлористым метиленом и хлороформом.

Применение: фильтрация биологических образцов, агрессивные органические растворители (например, хлороформ).

6.     Политетрафторэтилен, Polytetrafluoroethylene (PTFE)

ПТФЭ фильтры имеют химическую стойкость почти ко всем растворителям, кислотам и основаниям. Гидрофобны, поэтому требуют процедуры предварительной активации, т. е. смачивания фильтра органическим растворителем перед фильтрацией водных проб.

Использовать для: агрессивных органических растворителей, сильных кислот, спиртов, оснований, ароматических соединений.

Не использовать для: водных образцов без активации.

Применение: органические растворители.

7.     Поливинилиденфторид, фторопласт, ПВДФ, Polyvinylidene Difluoride (PVDF)

ПВДФ – гидрофильный материал, подходящий для фильтрации почти всех биологических образцов. Обладает широким спектром химической совместимости и низким сродством к белкам.

Использовать для: спиртов, слабых кислот, белков, пептидов и других биомолекул.

Не использовать для: крепких кислот, оснований, эфиров, кетонов.

Применение: фильтрация биологических образцов.

8.     Регенерированная целлюлоза, Regenerated Cellulose (RC).

Данный тип фильтрующего агента является гидрофильным, имеет низкое сродство с белками, устойчив к различным растворителям (в диапазоне pH 3 – 12).

Использовать для: почти всех видов образцов.

Не использовать для: сильных кислот, хлороформа, тетрагидрофурана.

Применение: широкий спектр (фильтрация биологических образцов, водных и органических растворов).

Про химическую природу фильтр-насадок мы рассказали достаточно подробно, теперь разберем другие их свойства, например, размер пор. Чаще всего в аналитической химии используются фильтры с размером пор 0.45 микрон (одна миллионная часть метра). Это связано с особенностью некоторых деталей ВЭЖХ-МС систем. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что этот размер пор почти оптимален. Однако на рынке представлены и другие фильтрующие агенты:

·        Упомянутое выше стекловолокно – размер пор в таких фильтрах не указывается, так как они используются для грубой очистки (например, воды из лужи);

·        5 микрон – фильтруют крупные частицы

·        1.2, 0.8, 0.65 микрон – фильтруют различные частицы, дрожжевые клетки, тромбоциты

·        0.2, 0.22 микрона – фильтрация проб для СВЭЖХ анализа (сверхвысокоэффективная жидкостная хроматография), фильтрация бактерий (т. е. такие фильтры почти стерилизуют пробу)

·        0.1 микрон – фильтрация мелких бактерий, микоплазм (почти полная стерилизация), коллоидов.

Эффективная площадь фильтрации (ЭПФ) и удерживаемый объем – с этими двумя параметрами все очень просто. Чем больше ЭПФ, тем медленнее будет забиваться фильтр, а значит, тем дольше он прослужит или большее количество пробы сможет через себя пропустить. Обычно никто ЭПФ через площадь как таковую не выражает, а используется понятие диаметра фильтра (хотя S=πr2 никто не отменял и можно посчитать, если хочется). В повседневной практике можно встретить фильтр-насадки диаметром 25 и 15 мм. Реже можно встретить 28 или 4 мм.

Удерживаемый объем – это характеристика, которая отражает, сколько фильтруемой пробы остается на самом фильтре, то есть сколько пробы мы теряем при фильтрации. Это существенно, если в процессе пробоподготовки ее получилось немного. Например, 400 мкл пробы лучше не фильтровать через насадку 25 мм, так как ее удерживаемый объем будет примерно 100-200 мкл (в зависимости от материала). Так можно потерять и половину драгоценной пробы, а значит, придется вновь тратить время и средства для пробоподготовки, если что-то пойдет не так.

Упрощая, удерживаемый объем фильтр-насадок можно представить так:

·        d = 4 мм ~ 5-10 мкл

·        d = 15 мм ~ 30-100 мкл

·        d = 25 мм ~ 100-200 мкл

В заключение хотелось бы заметить, что, казалось бы, такая малая часть большого процесса химического анализа на поверку оказалась не такой уж простой, но мы постарались подробно осветить ее и надеемся, что информация будет вам полезной.

P.S. Попробуйте проверить себя на внимательность – решите задачку юного химика: «Химик-аналитик Капитолина хочет провести процедуру фильтрации. В процессе подготовки пробы в пробирке у нее находится 850 микролитров сильно кислого прозрачного водного раствора. Капитолина собирается использовать ВЭЖХ-МС/МС метод анализа, а в хроматографической виале хочет увидеть не меньше 500 микролитров профильтрованной пробы. Укажите: подходящий фильтрующий агент, размер его пор и диаметр фильтра».