De trechter is een van de oudste en meest veelzijdige hulpmiddelen in het laboratorium. Achter de eenvoudige conische vorm gaat een uitgebreide familie van gespecialiseerde uitvoeringen schuil, elk ontworpen voor een specifieke toepassing: van het overdragen van poeders en vloeistoffen tot het scheiden van niet-mengbare fases en het uitvoeren van vacuümfiltratie. Dit artikel behandelt de belangrijkste trechtertypen, hun materialen en de chemische en fysische principes die hun ontwerp bepalen.
De standaard laboratoriumtrechter bestaat uit een conisch gedeelte dat uitloopt in een cilindervormige steel. De hoek van de kegel bedraagt doorgaans 60°, wat zorgt voor een stabiele vloeistofkolom en een goede doorstroomsnelheid met filtreerpapier. De steel heeft een gestandaardiseerde diameter van 5, 7 of 10 mm, afhankelijk van de maat.
Bij gebruik met filtreerpapier is de juiste vouwing van het papier bepalend voor de filtratiesnelheid. Een kwadrantvouw (één slag dubbel, daarna één zijde nogmaals dubbel) geeft een conus die goed aansluit op de glaswand; capillaire adhesie trekt het papier aan het glas vast en creëert een vloeistoffilm die de afvloeiing bevordert. Wie nog sneller wil filtreren, gebruikt geplooide filtreerpapieren (vleugelfilters) waarop de vloeistof langs meerdere kanalen gelijktijdig afloopt.
Gewone trechters zijn leverbaar in borosilicaatglas 3.3, polypropeen (PP) en polyethyleen (PE). Glazen trechters verdragen organische oplosmiddelen en hoge temperaturen; PP-trechters zijn bestand tegen de meeste zuren en basen en zijn geschikt voor éénmalig gebruik of routinewerk waarbij chemische bestendigheid voldoende is. PE is zachter en minder hittebestendig, maar biedt goede bestendigheid tegen verdunde zuren.
De poedertrechter onderscheidt zich van de gewone trechter door een kortere, wijdere steel en een grotere kegeldoorsnede. De brede doorlaat voorkomt verstopping door vaste stoffen, korrels of poeders die anders in een smalle steel blijven plakken. Deze trechters worden ingezet bij het overdragen van vaste reagentia, het vullen van kolommen voor klassieke kolomchromatografie en het inwegen in maatkolf of erlenmeyer.
Poedertrechters zijn overwegend verkrijgbaar in PP en PE. Het gebruik van kunststof beperkt statische oplading, die bij fijne poeders klontering en aanhechting aan de wand veroorzaakt. Voor sterk zure of oxiderende poeders is een glazen uitvoering de voorkeur.
De scheidtrechter (uit het Duits ook wel "Scheidetrichter", en in Vlaanderen en oudere Nederlandse literatuur soms aangeduid als "scheitrechter") is het centrale gereedschap bij vloeistof-vloeistofextractie (LLE). Het toestel bestaat uit een bolvormig, peervormig of cilindrisch reservoir met bovenaan een glazen of PTFE-stop en onderaan een kraan. De vorm bepaalt deels de toepassingsvoorkeur: de peervormige uitvoering biedt een smaler onderstuk waardoor de scheiding van kleine hoeveelheden zware fase eenvoudiger is; de cilindrische variant geeft een groter grensvlak, wat bij moeilijk te scheiden fases de menging bevordert.
Bij LLE worden twee niet-mengbare vloeistoffen (een waterige en een organische fase) krachtig geschud, waarna men de trechter laat rusten zodat de fases scheiden. De zwaardere fase zakt naar onderen en wordt via de kraan afgevoerd; de lichtere fase blijft boven en wordt via de opening aan de bovenzijde afgegoten. Het is van groot belang de kraan bij het schudden regelmatig te ontluchten: door menging van vluchtige oplosmiddelen met water of zuur kan de dampdruk in het gesloten vat sterk oplopen. De stop wordt tijdens het schudden met de duim of een vinger op zijn plaats gehouden; bij overdruk kan de stop anders worden uitgeworpen.
Een klassieke valkuil is het verwisselen van de laagvolgorde. Wanneer de organische fase dichter is dan water — zoals bij dichloormethaan (ρ ≈ 1,33 g/ml) of chloroform (ρ ≈ 1,48 g/ml) — zit de organische fase onderin. De analist dient dit vooraf te kennen of te controleren door een klein druppeltje in water te laten vallen.
Kranen van scheidtrechters worden geleverd in geslepen glas of PTFE. Glazen kranen vereisen invetting met vaseline of speciaal kraanvet, maar zijn bestendig tegen vrijwel alle oplosmiddelen. PTFE-kranen zijn drooglopend (geen vet nodig), bestand tegen geconcentreerde zuren en basen en vrijwel universeel inzetbaar. Voor fluoorwaterstofzuur (HF) of andere fluoride-houdende media is uitsluitend PTFE of kunststof geschikt; glas wordt daardoor langzaam aangetast.
De druppeltrechter, ook wel toevoegings- of doseertrechter genoemd, is ontworpen om vloeistoffen gecontroleerd druppelsgewijs of als straaltje toe te voegen aan een reactiemengsel. De trechter sluit aan op een standaard slijpstuk (NS 14/23 of 29/32) en is voorzien van een onderste kraan waarmee de doorloopsnelheid wordt geregeld.
Bij reacties onder terugvloeikoeling of vacuüm stijgt de druk in de kolf. Een gewone druppeltrechter werkt dan niet meer naar behoren, omdat de kolfdruk de vloeistofkolom tegenhoudt. De isobarische druppeltrechter (ook: drukgecompenseerde of evenwichtstrechter) lost dit op met een dunne buis die van de onderzijde van het trechtervat terug naar de gasfase boven het reactiemengsel loopt. Daarmee wordt de druk boven de vloeistof in de trechter gelijkgesteld aan de druk in de kolf, zodat de doorstroming uitsluitend door de kraanstand wordt bepaald.
Druppeltrechters zijn te combineren met slijpstuk glaswerk en passen in elk gestandaardiseerd opstellingssysteem. Ze zijn standaard in borosilicaatglas leverbaar; voor agressieve media zijn uitvoeringen met PTFE-kraan de aangewezen keuze.
De Hirsch-trechter is een porseleinen trechter met een vlakke, geperforeerde bodem bedoeld voor vacuümfiltratie van kleine hoeveelheden neerslag. De bodem heeft meerdere gaatjes waarover een schijfje filtreerpapier of een membraanfilter wordt gelegd. Door het aanleggen van vacuüm via de zijuitlaat van een Kitasato-kolf wordt de vloeistof krachtig door het filter gezogen, wat de filtratietijd ten opzichte van zwaartekrachtsfiltratie sterk bekort.
De trechter is ontworpen voor volumina tot circa 50 ml neerslag. De combinatie van een kleine filtratieoppervlakte en de platte bodem maakt hem bijzonder geschikt voor het filtreren van kleine kristalpartijen, zoals bij omkristallisatie. Het filtreerpapier wordt voor gebruik bevochtigd met het te filtreren oplosmiddel zodat het door het vacuüm plat tegen de bodem wordt gezogen en er geen vloeistof langs de rand lekt.
Hirsch-trechters worden uitsluitend in porselein geleverd; de chemische en thermische bestendigheid van porselein maakt ze geschikt voor gebruik met geconcentreerde zuren (behalve HF en geconcentreerd zwavelzuur bij verhitting), logen en organische oplosmiddelen.
De Büchner-trechter is de schaalvergroting van de Hirsch-trechter en het meest gebruikte hulpmiddel bij vacuümfiltratie in het laboratorium. De cilindrische bodem is voorzien van een gesinterd of geperforeerd porseleinen filterplateau waarop het filtreerpapier wordt gelegd. Beschikbare diameters lopen van circa 35 mm tot 300 mm; de keuze hangt af van de hoeveelheid neerslag en de vereiste filtratieoppervlakte.
De trechter sluit via een rubberen of siliconen adapter aan op de zijhals van een Kitasato-kolf (vacuümfiltratiefles), die op haar beurt verbonden is met een vacuümpomp of waterstraalpomp. Het aan te leggen vacuüm bedraagt in de praktijk 50 tot 200 mbar absoluut, afhankelijk van het oplosmiddel en de aard van het neerslag. Te sterk vacuüm kan leiden tot droogzuigen van het neerslag met scheurvorming in de filterkoek, wat de filtratieweerstand juist vergroot.
Naast porselein zijn Büchner-trechters ook leverbaar in polypropeen en in borosilicaatglas met een gesinterd glasplateau (filterporositeit G1 tot G4). Glazen gesinterde filterkroezen en -trechters zijn geschikt voor kwantitatieve gravimetrische analyse omdat ze nauwkeurig kunnen worden gewogen en gegloeid; filtreerpapier zou hierbij de weging verstoren. Het asgehalte van gangbaar kwalitatief filtreerpapier ligt rond 0,01%; asvrije kwantitatieve filtreerpapieren bereiken waarden onder 0,007%. Voor de meest nauwkeurige gravimetrische analyse blijft een gesinterd glas- of porseleinfilter de betere keuze.
De Büchner-trechter is vernoemd naar de Duitse industrieel chemicus Ernst Büchner (1850–1925). Deze naamsgelijkenis leidt regelmatig tot verwarring met de Duitse biochemicus Eduard Buchner (1860–1917), die in 1907 de Nobelprijs voor de Scheikunde ontving voor zijn ontdekking van celvrije gisting. Beiden hebben grote verdiensten voor de laboratoriumchemie, maar hun bijdragen liggen op geheel verschillende terreinen. Ernst Büchner introduceerde de vacuümfiltratiemethode in 1885; Eduard Buchner toonde aan dat enzymen buiten de cel actief kunnen zijn — een doorbraak die de moderne biochemie mede fundeerde.
De Nutsche-filter (ook: Nutsche of suction filter) is functioneel verwant aan de Büchner-trechter maar is een industrieel toestel van grotere schaal. De naam is afgeleid van het Duitse "nutschen" (zuigen). De Nutsche bestaat uit een cilindrisch vat met een filterplaat onderin en wordt zowel als vacuüm- als als persfilter uitgevoerd. In laboratoriumverband worden glazen of roestvrijstalen uitvoeringen gebruikt bij opwerkingsstappen voor volumes van 500 ml en meer.
Bij heetfiltratie — het filtreren van een oplossing vlak onder het kookpunt om herkristallisatie tijdens de filtratie te voorkomen — wordt een verwarmde trechter gebruikt. De meest eenvoudige uitvoering is een korte, wijde conische trechter die in een koperen of aluminium verwarmingsmantel wordt geplaatst. Meer geavanceerde uitvoeringen beschikken over een glazen dampmantel: stoom of heet water circuleert in de dubbelwandige mantel en houdt de trechter op temperatuur. Voor eenvoudige toepassingen volstaat ook een gewone glazen trechter die vooraf in een droogstoof of warmwaterbad is voorverwarmd.
Heetfiltratie is een essentiële stap bij omkristallisatie: de vaste stof lost op in een minimale hoeveelheid heet oplosmiddel, waarna de warme oplossing snel door een verwarmde trechter wordt gefiltreerd om onoplosbare onzuiverheden te verwijderen. Vervolgens laat men de oplossing gecontroleerd afkoelen, waarna het zuivere product uitkristalliseert.
Voor kwantitatieve analysewerkzaamheden wordt de trechter met geribbelde (gefacetteerde) binnenwand toegepast. De ribbels voorkomen dat de vloeistoffilm tussen filtreerpapier en glaswand een vacuüm creëert dat de doorstroming remt. Door de luchtkanalen langs de ribben stroomt de vloeistof sneller af. Geribbelde trechters worden gebruikt in combinatie met asvrij kwantitatief filtreerpapier bij precipitatiereacties voor gravimetrische analyse.
De keuze van het trechtermateriaal hangt af van de chemische compatibiliteit, de gewenste temperatuursbestendigheid en de vereiste nauwkeurigheid van de toepassing.
Borosilicaatglas 3.3 is de standaard voor professioneel laboratoriumgebruik. Het materiaal is transparant (zodat de laaggrens bij extractie goed zichtbaar is), chemisch inert tegenover de meeste zuren, basen en organische oplosmiddelen, en bestand tegen thermische schok tot circa 150 °C temperatuurverschil. Het is niet bestand tegen geconcentreerd HF, heet geconcentreerd natriumhydroxide en sterk alkalische oplossingen op lange termijn.
Porselein wordt toegepast in de Büchner- en Hirsch-trechter vanwege de mechanische sterkte, de hittebestendigheid (tot >1000 °C) en de bestendigheid tegen de meeste laboratoriumchemicaliën. Porselein is niet transparant, maar dat is bij filtratie geen bezwaar. Het gesinterde porseleinen filterplateau is onderdeel van het porselein zelf en niet vervangbaar.
Polypropeen (PP) biedt uitstekende bestendigheid tegen verdunde en geconcentreerde zuren, verdunde basen en zouten. PP is niet geschikt voor gechloreerde oplosmiddelen (dichloormethaan, chloroform), geconcentreerde oxiderende zuren (salpeterzuur, zwavelzuur) en temperaturen boven 130 °C. PP-trechters zijn lichtgewicht, goedkoop en geschikt voor veldwerk en routineanalyse.
PTFE (polytetrafluorethyleen) biedt de breedste chemische bestendigheid van alle kunststoffen en is bestand tegen geconcentreerde zuren, basen, oxidantia en vrijwel alle organische oplosmiddelen. PTFE-trechters en -kranen worden ingezet bij de verwerking van HF, koningswater en andere agressieve media. Het materiaal is duurder dan PP maar essentieel in de anorganische trace- en sporenanalytiek.
Voor meer achtergrond over de eigenschappen en toepassingen van laboratoriumglaswerk verwijzen wij naar het artikel Over glaswerk.
Glaswerk met kranen en slijpstukken vereist na gebruik directe reiniging; opgedroogde resten van organische oplosmiddelen of neerslagen zijn aanzienlijk moeilijker te verwijderen. Glazen kranen dienen na reiniging droog en geopend bewaard te worden om vastlopen door ingedroogd kraanvet of gecorrodeerd glas te voorkomen. PTFE-kranen behoeven geen invetting en kunnen worden bewaard in gesloten stand.
Gesinterde glasfilters (porositeit G3 en G4) raken bij onjuiste reiniging verstopt. De aanbevolen procedure is spoelen met een geschikt oplosmiddel gevolgd door een omgekeerde vacuümspoeling of uitkoken in chromaatzwavelzuur (bij anorganisch neerslag) of in een warm basisch reinigingsmiddel. Zie voor algemene reinigingsadviezen het artikel Over laboratorium reinigingsmiddelen.
Bij toepassing van scheidtrechters met vluchtige of giftige oplosmiddelen dient gewerkt te worden onder een zuurkast. De ontluchting bij het schudden moet richting de wand worden gericht, nooit naar personen. Bij gebruik van chloorhoudende oplosmiddelen is extra ventilatie vereist.
Bovenstaande illustratie toont de morfologische verschillen tussen de besproken trechtertypen op schaal naast elkaar.
De fasescheiding in de scheidtrechter: de zwaardere fase zakt onderin en wordt via de kraan afgevoerd; de lichtere fase blijft boven. De laagvolgorde is bepalend voor de correcte werkvolgorde bij vloeistof-vloeistofextractie.
De vacuümfiltratieopstelling met Büchner-trechter, rubberen adapter, Kitasato-kolf en vacuümaansluiting. Dezelfde opzet wordt gebruikt met de kleinere Hirsch-trechter voor kleine hoeveelheden neerslag. Zie ook het artikel Vacuüm in het laboratorium voor meer informatie over vacuümbronnen en -pompkeuze.
Trechters komen voor in tal van laboratoriumtoepassingen. Bij Soxhlet-extractie vormt een soortgelijk principe van vloeistofoverdracht de basis van de opstelling. Bij rotatieverdamping wordt de te verdampen vloeistof soms via een druppeltrechter gedoseerd toegevoerd. De laboratorium filtratie in bredere zin omvat naast trechterfiltratie ook membraanfiltratie, dieptefiltratie en ultrafiltratie. Voor de keuze van het juiste filtreerpapier en filtratiemedium zie het artikel Filterpapier, weegpapier en extractiehulzen in het laboratorium.
Bekijk ons assortiment filtratie-apparatuur en filtreerpapier voor de bijpassende verbruiksmaterialen.
Disclaimer: De informatie in dit artikel is uitsluitend bedoeld voor educatieve en informatieve doeleinden. Labvakhandel aanvaardt geen aansprakelijkheid voor schade die voortvloeit uit het toepassen van de beschreven technieken zonder inachtneming van de geldende veiligheidsvoorschriften en laboratoriumrichtlijnen.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
