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澱物的目的。
真空過濾裝置
真空過濾所需裝置通常包括：真空幫浦 (vacuum pump)、緩衝瓶 (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於一般水流抽氣幫浦 (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
－ 不汙染水質，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洛科Rocker系列無油式真空泵
B. 緩衝瓶 (safety trap)
緩衝瓶在真空過濾系統中通常安裝於幫浦與接收瓶之間，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，濾液會優先流至緩衝瓶中，使水不致於立刻流入真空幫浦造成損壞。緩衝瓶的選擇包含：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)，並確保溶液通過濾膜以完成過濾。漏斗可利用矽膠塞、旋卡等方式固定於接收瓶上方。
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。接收瓶與緩衝瓶之間可使用耐壓矽膠管連接，連接時應依接頭選擇合適管徑的矽膠管，若仍難以連接可沾取水塗抺於接頭處，以利套入矽膠管。
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、緩衝液之澄清過濾
- 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汙染、不需保養，可大致分類如下
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媒介 |
抽氣幫浦 (氣) |
抽水幫浦 (液) |
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幫浦系列 |
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分類 |
無油式 |
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作動原理 |
活塞式 |
隔膜式 |
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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) |
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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
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應用 |
一般過濾 |
溶劑純化 |
微生物過濾 |
懸浮固形物 |
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過濾系統
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附錄3: 洛科真空過濾漏斗 (filter holder)
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MF Pro |
MF |
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結合方式 |
磁吸 |
旋卡扣緊 |
旋卡扣緊 |
夾具 |
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適用濾膜直徑 |
47 mm |
47 mm |
47 mm |
25 / 47 / 90 mm |
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材質 |
PPSU |
PES |
PES |
SS316 不鏽鋼 |
硼矽玻璃 |
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Autoclave |
V |
V |
V |
V |
V |
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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 |
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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 |
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參考資料
1. 台大化學系教學網-基礎化學實驗技能 https://teaching.ch.ntu.edu.tw/
