Integrierte Filter – Wann die Ultrafiltration der

Technologie-Nachricht 38
Integrierte Filter – Wann die
Ultrafiltration der Mikrofiltration in der
PURELAB® Chorus vorzuziehen ist
Die Filtration ist ein Separations-Prozess. In Wasseraufbereitungssystemen wird er als physische
Barriere eingesetzt, um Verunreinigungen wie etwa Partikel oder Mikroorganismen abzuscheiden,
die mit Proben interagieren und eine schädliche Wirkung auf bestimmte Laboranwendungen
haben können. Der Hauptunterschied zwischen den beiden in der PURELAB Chorus verwendeten
Filtersystemen besteht in der Art und der relativen Größe der entfernbaren Verunreinigungen.
Wie funktioniert die Filtration?
Mikrofiltrations- und Ultrafiltrationssysteme verwenden
gleichermaßen Membranen als physische Barriere, um Partikel
zurückzuhalten. Auch wenn das System mit Niederdruck
betrieben wird, steigt im Fall einer Verblockung der Druck
und das Permeat wird durch die Poren der Membran gedrickt.
In den Anwendungsbereichen der PURELAB Chorus werden
die Mikro- und Ultrafiltrationssysteme gleichermaßen nach
einem vorherigen Umkehrosmoseprozess (RO) eingesetzt,
der die meisten Partikel wirksam entfernt. Aus diesem Grund
dient die Filtration als abschließendes Sieb für alle Partikel,
die bei der Vorbehandlung oder in der RO-Phase nicht
erfasst wurden, oder für den unwahrscheinlichen Fall von
Restbakterien in dem Wasserreservoir.
Mikrofiltration
Mikrofiltrationssysteme (MF) dienen dazu, alle Partikel, die
größer sind als die kontrollierte Porengröße ihrer Oberfläche
– typischerweise zwischen 0,05 und 0,22 μm – zu beseitigen
und zurückzuhalten. Diese Filter werden üblicherweise
möglichst nahe am Entnahmepunkt installiert und binden in
zahlreichen, dem Sieben ähnlichen Prozessen alle Partikel und
Bakterien mit einer Größe von mehr als 0,22 µm.
Bedeutung für analytische Anwendungen
Die Mikrofiltration ist besonders nützlich für analytische Anwendungen wie etwa die Vorbereitung der mobile Phase in der
Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (HPLC), da sie organische Stoffe (z.B. Pestizide, Unkrautvernichtungsmittel sowie
abgestorbene Pflanzen- und Tiergewebe) sowie Bakterien (<0,1 KBE/ml) und Partikel (<0,05 μm) entfernen kann.
Ultrafiltration
Die Ultrafiltration (UF) unterscheidet sich außer im Hinblick auf die Größe der Partikel, die zurückgehalten werden können, nicht
allzu sehr von der Mikrofiltration. Partikel in der Größe von Protein-Makromolekülen werden von der Membran entfernt, die im
Allgemeinen die Form eines hohlen Röhrchens hat, um die Flussrate des Wassers zu erhöhen. Die Porengröße der Membran liegt
üblicherweise zwischen 0,001 und 0,1 µm. Wasser fließt auf eine der beiden folgenden Arten durch die Polymermembran:
1. Das gesamte Wasser fließt direkt durch die Membran (Stauboden).
2. Ein Teil des zugeführten Wassers fließt kreuzweise über die Membranoberfläche (Tangentialfluss). Dies reduziert die Ansammlung von Material, da Schmutzstoffe weggespült werden.
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Bedeutung für biowissenschaftliche Anwendungen
Die Ultrafiltration eignet sich insbesondere für biowissenschaftliche Anwendungen wie die Polymerase-Kettenreaktion
(PKR), da sie Nukleasen (RNase / DNase), bakterielle Endotoxine und Pyrogene, organische Stoffe (z.B. Pestizide,
Unkrautvernichtungsmittel, abgestorbene Pflanzen- und Tiergewebe), Bakterien (<0,1 KBE/ml) und Partikel (<0,001 μm) entfernt.
Wann sollte die Ultrafiltration der Mikrofiltration vorgezogen werden?
Die Wahl zwischen Ultrafiltration und Mikrofiltration hängt in hohem Maße von den aus der Flüssigkeit zu entfernenden
Partikeln ab. Die folgende Tabelle zeigt die Hauptunterschiede zwischen den beiden Verfahren:
Mikrofiltration (MF)
Partikel
Ultrafiltration (UF)
>0,05 µm
>0,003 µm
<0,1 KBE/ml
<0,1 KBE/ml
Organische Stoffe (Pestizide, Unkrautvernichtungsmittel,
abgestorbene Pflanzen- und Tiergewebe)*
–
P
Nukleasen (RNase / DNase)
–
P
Bakterielle Endotoxine und Pyrogene
–
P
Bakterien
* Je nach Molekulargewicht
Interne Filtration im Vergleich zur Filtration am Entnahmepunkt
Die PURELAB Chorus bietet integrierte Ultrafiltrations- oder Mikrofiltrationssysteme. Diese integrierten Systeme ermöglichen
einen effektiveren Gesamtsystemansatz durch die Kombination von Technologien wie RO, Ionenaustausch, chemischer
Desinfektion und Mikro- oder Ultrafiltration für besonders sauberes Wasser, anstatt sich nur auf eine einzige Technologie
am Entnahmepunkt zu verlassen. Der Hauptvorteil gegenüber typischen Bio- und Endfiltern am Entnahmepunkt (POU-Filter)
besteht darin, dass der Gehalt an Bakterien oder Endotoxinen im Prozesswasser vor der Nutzung weitestgehend gefiltert
oder aufbereitet werden kann. Um zusätzliche Sicherheit zu bieten, können darüber hinaus Bio- oder Endfilter an den
Entnahmestellen hinzugefügt werden.
ST-Mikroskop
Rasterelektronenmikroskop
Ionenbereich
Mikrometer
(Logarithmischer Maßstab)
1000
104
105
106
1,000
50
80
10,000 20,000
100,000
2
00
200
30
00
100
20
00
8
80
100
50
100
10
20
10
00
30
1.0
0
80
Geschätztes Molekulargewicht
(Saccharide Type-No Scale)
5
3
5
Wässrige Salze
Zucker
Relative Größe häufiger
Materialien
Tabakrauch
Hinweis 1 Mikron (1 x 10 Meter) = 4 x 10 Zoll (0,00004 Zoll)
1 Angstrom-Einheit = 10-10 Meter = 10-4 Mikrometer
-5
3
5
8
2
Nadelspitze
Aktivkohlegranulat
Mehl
Ionenaustauscherharzkügelchen
Latex/Emulsion
Kolloid-Kieselerde
Indigoblau-Farbstoff
Asbest
Rote Blutkörperchen
Pollen
Menschliches Haar
Kohlenstaub
Ultrafiltration
Nanofiltration
-4
107
2
Meeressand
Cryptosporidium
(Hyperfiltration)
8
A.C.-Feinteststaub
Gelatine
Umkehrosmose
5
Bakterien
Unkrautvernichtungsmittel
Abscheidungsprozess
3
Hefezellen
Virus
Synthetischer
Farbstoff
Pestizid
2
Farbpigment
Ruß
Endotoxin/Pyrogen
Atomradius
8
1,000
500,000
Albumin-Protein
Metall-Ion
Makropartikelbereich
0.1
0
50
3
Mikropartikelbereich
0.01
0
30
2
Makromolekularer Bereich
Sichtbar mit bloßem Auge
0.001
0
20
Angstrom-Einheiten
(Logarithmischer Maßstab)
Molekularer Bereich
Optisches Mikroskop
GiardiaZyste
Feiner Nebel
Partikelfiltration
Mikrofiltration
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