Filtratie is een scheidingstechniek waarbij een mengsel door een poreus medium wordt geleid. Het filtermedium houdt vaste deeltjes tegen — het residu of het retentaat — terwijl de vloeistof of het gas doorheen gaat als het filtraat. De drijvende kracht achter filtratie kan zwaartekracht, vacuüm, overdruk of centrifugaalkracht zijn. Het principe van filtreren berust dus altijd op het verschil in deeltjesgrootte: wat groter is dan de poriën van het filtermedium wordt tegengehouden; wat kleiner is, passeert.
Met filtratie kunt u mengsels scheiden waarbij een vaste stof aanwezig is in een vloeistof of in een gas. Typische voorbeelden zijn het verwijderen van een precipitaat uit een reactiemengsel, het steriliseren van een vloeistof door bacteriën eruit te filtreren, of het verwijderen van stofdeeltjes uit een gasstroom. Colloïden en macromoleculen vereisen membraanfiltratie met nanometerporiën om te worden gescheiden.
Filtratie is een van de oudste en meest fundamentele bewerkingen in het laboratorium. De methode wordt toegepast in vrijwel elk vakgebied: van organische synthese en wateranalyse tot microbiologie, farmacie en moleculaire biologie. In de biologie speelt filtratie een centrale rol bij het scheiden van cellen, micro-organismen en biomoleculen op basis van hun afmeting — zonder de biologische activiteit te verstoren zoals verhitting dat zou doen.
Kernbegrippen:
Als laboratoriumtechniek omvat filtratie vijf hoofdvormen: zwaartekrachtfiltratie, vacuümfiltratie, membraanfiltratie, drukfiltratie en centrifugaalfiltratie. Elke vorm heeft een eigen drijvende kracht, toepassingsgebied en bijbehorend filtermedium. Hieronder volgen concrete voorbeelden van filtratie per techniek.
De eenvoudigste vorm van filtratie. Een oplossing wordt in een trechter met filtreerpapier gegoten en stroomt onder invloed van de zwaartekracht door het filter. Het filtraat wordt opgevangen in een kolf of beker eronder. Een klassiek voorbeeld van filtratie via zwaartekracht is het scheiden van een kristallijn neerslag van de moederloog na een synthese.
Wanneer toepassen: bij kwalitatief onderzoek, wanneer snelheid minder belangrijk is, of bij grove scheidingen waarbij het residu het gewenste product is (bijv. kristallisatie).
Aandachtspunten:
Een Kitasato-filtreerfles wordt via een zijarm aan een vacuümpomp of waterstraalpomp gekoppeld. De Büchner-trechter met vlak filtreerpapier wordt bovenop de fles geplaatst. Het onderdrukverschil trekt de vloeistof snel door het filter. Een praktijkvoorbeeld van vacuümfiltratie is het isoleren van een gekristalliseerd product na een organisch-chemische synthese.
Wanneer toepassen: bij grotere volumes, fijnere precipitaten of wanneer snelheid vereist is. Standaardmethode bij synthese en kristallisatie in het organisch-chemisch laboratorium.
Voor meer achtergrond over vacuümopbouw, pompkeuze en kolfvallen, zie ons kennisbankartikel vacuüm in het laboratorium.
Membraanfiltratie gebruikt synthetische membranen met nauwkeurig gedefinieerde poriëngroottes. De vier membraanfiltertypen onderscheiden zich op basis van poriëngrootte en scheidingsprincipe:
Sterilisatiefiltratie verdient speciale vermelding: membranen van 0,22 µm worden gebruikt om oplossingen te steriliseren die niet autoclaveerbaar zijn (bijv. hittegevoelige media of antibiotica). Dit is een kritische stap in microbiologisch en farmaceutisch werk. De grens van 0,22 µm is de internationale standaard voor steriliserende filters omdat deze poriëngrootte bacteriën — waaronder de kleinste bekende filtreerbare bacteriën zoals Brevundimonas diminuta — volledig tegenhoudt, terwijl de doorstroomsnelheid aanvaardbaar blijft.
Een bijzondere uitvoering binnen membraanfiltratie is tangentiële stroomfiltratie (TFF, ook wel cross-flow filtratie genoemd). Hierbij stroomt de vloeistof niet loodrecht door het membraan, maar evenwijdig eraan. Een deel van de vloeistof passeert het membraan als permeaat; de rest circuleert terug. Dit principe voorkomt dat het membraanoppervlak snel verstopt raakt, waardoor grote volumes efficiënt kunnen worden verwerkt. TFF wordt ingezet bij eiwitconcentrering op grotere schaal, virale vectorproductie en de zuivering van exosomen.
Bij drukfiltratie wordt de vloeistof met overdruk door het filtermedium gedrukt. Dit wordt toegepast bij grote doorstroomsnelheden of wanneer het filterkoek compact moet worden. In de industrie worden filterpersen of filterapparaten met meerdere filterplaten gebruikt. In het laboratorium komt drukfiltratie voor in HPLC-voorbehandeling en in compacte filtratiemodules.
Centrifugaalfiltratie combineert centrifugatie met een filterpatroon. De centrifugaalkracht drijft de vloeistof door de filtermembraan terwijl grotere moleculen of deeltjes achterblijven. Veelgebruikte apparaten zijn Amicon Ultra en Vivaspin filtratiebuizen.
Wanneer toepassen: bij kleine volumes (< 15 ml), concentreren van eiwitten, uitwisselen van buffers (desalting), en verwijderen van kleine moleculen bij eiwitonderzoek of moleculaire biologie.
De keuze van het juiste filtermateriaal is minstens zo belangrijk als de filtratietechniek. De belangrijkste typen zijn:
De keuze tussen PTFE en nylon is in de praktijk vaak bepalend voor HPLC-monstervoorbereiding. PTFE is hydrofob en vereist bevochtiging met methanol of isopropanol vóór gebruik met waterige oplossingen; het is de aangewezen keuze bij agressieve oplosmiddelen. Nylon (PA) is van nature hydrofiel, gemakkelijker in gebruik met waterige monsters, maar gevoelig voor sterke zuren en niet geschikt voor DMSO-houdende monsters. Voor uitsluitend waterige HPLC-monsters is een PES- of cellulose-acetaat membraan vaak de meest praktische keuze door de hoge doorstroomsnelheid en het lage eiwitbindend vermogen.
Ongeacht de gekozen methode volgt een correcte filtratiehandeling vrijwel altijd onderstaande stappen. De precieze uitvoering verschilt per techniek, maar de logica is gelijk.
Filtratie kent uiteenlopende toepassingen, afhankelijk van het laboratoriumtype. Onderstaande voorbeelden illustreren hoe de techniek per discipline wordt ingezet.
Monstervoorbereiding voor HPLC, GC en spectroscopische methoden vereist filtratie om vaste deeltjes te verwijderen die kolommen en instrumenten beschadigen. Typisch worden hiervoor spuitfilters gebruikt: kleine wegwerp-filtratiemodules die op een spuit worden geplaatst en waarmee kleine volumes snel worden gefilterd, doorgaans met nylon, PTFE of PES membranen van 0,2 of 0,45 µm. Glasvezelfilters worden ingezet voor TSS-bepaling in watermonsters. Bij vloeistofanalyse met XRF (röntgenfluorescentiespectrometrie) worden vloeistoffen gefilterd via een dunne polyester- of mylarfilm om deeltjes te weren die het meetvenster kunnen beschadigen of het signaal verstoren.
Sterilisatiefiltratie door 0,22 µm membranen is de standaardmethode om vloeistoffen te steriliseren die niet in een autoclaaf verhit kunnen worden — denk aan antibiotica, groeifactoren, serumvrij medium en enzymen. Door te filtreren in plaats van te verhitten blijven hittegevoelige moleculen intact en behoudt de oplossing haar biologische activiteit. Membraanfiltratie op een voedingsbodem (membraanfiltermethode) maakt bovendien kwantitatieve microbiële tellingen in water mogelijk.
Eiwitconcentrering en bufferuitwisseling via centrifugaalfiltratie (Amicon, Vivaspin) is een dagelijkse routine. Ultrafiltratie wordt ook ingezet voor de zuivering van viraal vectormateriaal en exosomen. Voor een uitgebreide behandeling van ultrafiltratie, diafiltratie en nanofiltratie, zie het artikel over membraanscheidingstechnieken.
Vacuümfiltratie via Büchner-trechter is de standaard voor het isoleren van kristallijn product. Na filtratie wordt het residu gewassen met gekoeld oplosmiddel om onzuiverheden te verwijderen.
Sterilisatiefiltratie via geverifieerde 0,22 µm steriliserende filters (FDA-terminologie: “sterilizing-grade filter”) is verplicht voor injecteerbare geneesmiddelen die niet in eindverpakking gesteriliseerd kunnen worden. Filtratie-integriteitstesten zijn vereist conform GMP-richtlijnen. Op eindproduct wordt de aseptische bereiding vervolgens geverifieerd met de steriliteitstest volgens Ph. Eur. 2.6.1.
Filtratie-apparatuur verdient regelmatig onderhoud om betrouwbare resultaten te garanderen:
In een GLP-omgeving (Good Laboratory Practice) gelden aanvullende eisen voor filtratiehandelingen. Filter lot numbers en fabrikantgegevens worden gedocumenteerd in het labdagboek of LIMS. Calibratie van vacuümpompen en drukregelaars is vereist wanneer de druk een kritische parameter is. Filtervalidatie (filterbaarheidstest, integriteitstest) is verplicht voor steriliserende toepassingen.
Zie ook het kennisbankartikel Good Laboratory Practice (GLP) voor de algemene GLP-kaders die van toepassing zijn op filtratieprotocollen.
Labvakhandel levert een breed assortiment filtratieproducten voor het laboratorium, waaronder filtreerpapier, membraanfilters, spuitfilters, Büchner-trechters, Kitasato-filtreerkolfjes en complete vacuümfiltratie-opstellingen. Voor extractietoepassingen waarbij filterhulzen worden gebruikt, zie ook het artikel over Soxhlet-extractie.
Onderdeel van: Milieulab
Disclaimer: De informatie in dit artikel is bedoeld als algemene technische toelichting. Canidae Seal B.V. / Labvakhandel.nl aanvaardt geen aansprakelijkheid voor de toepassing van deze informatie in specifieke analytische, klinische of industriële situaties. Raadpleeg voor uw eigen toepassing altijd de geldende normen, vakliteratuur en de documentatie van fabrikant en apparatuur.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
