真空過濾詳細介紹
常見的實驗室過濾方式
過濾(filtration)是將水溶液中的懸浮顆粒以不同孔徑的濾膜(membrane filters)或多孔性材料阻檔，藉此分隔非均相混合物中的固態、液態物質，達到分離、澄清的效果。過濾的方式又分為三種：重力過濾(gravity filtration)、真空過濾(vacuum filtration)及壓力過濾(pressure filtration)，可依過濾樣品特性、懸浮顆粒去除效率、過濾所耗費時間等，選擇合適的過濾方式及濾膜規格。
真空過濾原理
真空過濾(vacuum filtration)，常以真空幫浦搭配過濾瓶組及濾膜操作使用，又稱負壓過濾、減壓過濾或抽氣過濾(suction filtration)。其利用抽氣減壓裝置將濾紙下方的空氣部分抽除，造成壓力差，使液體在重力與壓力差的雙重作用下加速過濾，以達到快速分離液體與固體沉淀物的目的。
真空過濾裝置
真空過濾所需裝置通常包括：真空幫浦(vacuum pump)、緩沖瓶(safety trap)、過濾漏斗(filter holder)以及接收瓶(receiver flask)四個部份，過濾漏斗+接收瓶又常稱為過濾瓶組。
A.真空幫浦(vacuum pump)
真空幫浦是將一特定空間的氣體分子抽除，達到一定壓力差進而加速過濾。一般而言，真空度685 mmHg的真空幫浦即可滿足大部份過濾實驗，因685 mmHg代表已具90%壓力差，選擇更高真空的幫浦對整體流程影響不大。(*1大氣壓為760 mmHg)
如何選擇真空幫浦(vacuum pump)
選擇幫浦種類：確認樣品類型為一般水溶液、有機溶劑、或腐蝕性樣品
選擇幫浦真空度：確認樣品狀態，如懸浮顆粒多寡、液體黏稠度等。一般而言，較黏稠或多雜質樣品需選擇較高真空度機種。
選擇幫浦流量:抽氣過濾瓶容積會影響過濾速度。一般建議幫浦流量與容積呈正比。
洛科無油式真空幫浦相較于一般水流抽氣幫浦(water pump)優勢為
－真空度及減壓效率不受溫度影響
－不需額外用水或水循環，節省能源
－不污染水質，保護環境
洛科Rocker 300真空幫浦，真空度達685mmHg，可滿足大部分實驗室真空過濾需求
B.緩沖瓶(safety trap)
緩沖瓶在真空過濾系統中通常安裝于幫浦與接收瓶之間，可避免因操作不當，如：沒洩壓就關閉電源，而導致濾液倒流入壓力較小的幫浦內。若不慎倒流時，濾液會優先流至緩沖瓶中，使水不致于立刻流入真空幫浦造成損壞。緩沖瓶的選擇包含：GL45玻璃血清瓶、真空瓶或廢液瓶。
C.過濾瓶組
過濾瓶組可分為過濾漏斗及接收瓶兩部份組成。
C-1.過濾漏斗(filtration holder)
用以承載濾紙(filter paper)或濾膜(filter membrane)，并確保溶液通過濾膜以完成過濾。漏斗可利用硅膠塞、旋卡等方式固定于接收瓶上方。
C-2.接收瓶(receiver flask)
又稱抽氣過濾瓶(suction flask)或廢液瓶，用以接收及收集過濾溶液。接收瓶與緩沖瓶之間可使用耐壓硅膠管連接，連接時應依接頭選擇合適管徑的硅膠管，若仍難以連接可沾取水涂抺于接頭處，以利套入硅膠管。
如何選擇過濾瓶組
●過濾漏斗尺寸：漏斗尺寸應依樣品體積選擇，漏斗分為可適用25 mm、47 mm或90 mm直徑的濾膜尺寸，漏斗尺寸的挑選與過濾體積呈正比。
●過濾瓶組材質：依樣品溶液與應用挑選合適的漏斗及接收瓶材質，相關資訊請參考耐化學性質表(chemical compatibility chart)。
真空過濾應用與用途
●一般水樣過濾，如懸浮固形物、微生物等
●細胞培養基、緩沖液之澄清過濾
●化學合成產物之分離
●工業溶液粗濾、細濾
附錄1:洛科無油式真空過濾幫浦
洛科適合「過濾應用」的真空幫浦皆無油霧污染、不需保養，可大致分類如下
媒介 | 抽氣幫浦 (氣) | 抽水幫浦 (液) | ||
幫浦系列 | Rocker 真空幫浦 | Rocker C 耐腐蝕幫浦 | Chemker 耐腐蝕幫浦 | Alligator 抽水幫浦 |
分類 | 無油式 | |||
作動原理 | 活塞式 | 隔膜式 | ||
適用樣品 | 一般樣品 (非化學品) | 有機溶劑 | 有機溶劑及腐蝕性樣品 | 一般樣品 (非化學品) |
特色 | • Prote™ 保護幫浦不進水 | • PTFE 鍍膜，耐化佳 | • 全PTFE腔體，極耐腐蝕 | • 直接排水，省40%空間 |
附錄2:洛科真空過濾系統與應用領域
應用 | 一般過濾 | 溶劑純化 | 微生物過濾 | 懸浮固形物 |
過濾系統
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Lafil 300 – LF 30 | Lafil 300C – VF 12 | Lafil 300 – SF 10 | Lafil 300 – LF 30 | |
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Rocker 300 – MF 31 | Rocker 300C – VF 12 | MultiV-ac 301 – MB – A | MultiV-ac 310 – MS – A |
附錄3:洛科真空過濾漏斗(filter holder)
MF 系列 | LF 系列 | SF 系列 | VF 系列 | ||
MF Pro | MF | ||||
結合方式 | 磁吸 | 旋卡扣緊 | 旋卡扣緊 | 夾具 | |
適用濾膜直徑 | 47 mm | 47 mm | 47 mm | 25 / 47 / 90 mm | |
材質 | PPSU | PES | PES | SS316 不鏽鋼 | 硼矽玻璃 |
Autoclave | V | V | V | V | V |
特色 | • 可單手操作 • 搭配各種接收瓶 | • 可搭配血清瓶 | • 快速火焰滅菌 | • 濾膜墊片採磨砂玻璃材質或不鏽鋼濾網 | |
應用 | • 一般過濾 • 水中懸浮固形物 • 連續過濾 | • 一般過濾 • 水中懸浮固形物 | • 微生物檢測 • 水中懸浮固形物 | • HPLC移動相前處理 • 有機溶劑過濾 | |
參考資料
1.臺大化學系教學網-基礎化學實驗技能
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