Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Мембранная фильтрация и диализ
В химии и биохимии одной из наиболее часто встречающихся операций является отделение одного вещества от другого. До введения в практику центрифугирования, электрофореза, хроматографии и других современных методов это при возможности достигалось с помощью фильтрования. Первоначально фильтром служила тонкая ткань (например, для отделения творога от сыворотки применяли марлю), и до сих пор марлю иногда используют для предварительного осветления экстрактов тканей. Позднее ткань была заменена пористой бумагой, затем были разработаны методы получения бумаги с различными размерами пор, что позволяет контролировать размер задерживаемых частиц. Чтобы задерживать частицы, которые по размеру меньше размера пор самых тонких сортов бумаги, используются фильтры на основе ацетата целлюлозы, нитроцеллюлозы и стекловолокна. Еще более тонкой мембраной служит пленка для диализа, которая пропускает небольшие молекулы и ионы, но задерживает макромолекулы и макромолекулярпые ассоциаты. Вариантом диализа является так называемый молекулярный фильтр, который отделяет малые макромолекулы от больших.
Установлено, что нитроцеллюлозные мембраны обладают полезными адсорбционными свойствами (независимо от их способности к фильтрованию), благодаря которым они могут связывать определенные макромолекулы (например, одпоцепочечные полинуклеотиды и некоторые белки) размером меньшие, чем размер пор фильтра; это свойство имеет большое значение для современных аналитических методов и будет подробно рассматриваться в данной главе.
Фильтры из нитроцеллюлозы и мембранная фильтрация
Фильтры из нитроцеллюлозы представляют собой тесное переплетение нитроцеллюлозных волокон*. Метод их изготовления позволяет контролировать максимальный размер частиц, прохо-
* Хотя фильтры обычно называют ннтроцеллюлозпьгми, они представляют собой смесь нитрата и ацетата целлюлозы (например, изготовляемые фирмой Millipore Corporation).
дящих через фильтр. Поры фильтра не круглые, а неправильной формы и занимают но меньшей мерс 80% площади поверхности (рис. 7-1, А—В). Фильтры имеют достаточную толщину, чтобы удерживаемые частицы не проходили сквозь фильтр и в то же время легко смывались с поверхности. Наиболее известными фирмами, выпускающими такие фильтры, являются М i 11 i роге, Schleicher and Schuell и Gelnian. Диапазон максимальных размеров частиц простирается от 0,01 до 8,0 мкм. Чаще всего исполняют фильтры с диаметром пор приблизительно 0,45 мкм.
Вследствие малого размера пор и поверхностного натяжения жидкости проходят через эти фильтры с большим трудом, поэтому приходится обычно в качестве дополнительной движущей силы использовать давление или разрежение. Типичный прибор для фильтрования с разрежением изображен па рис. 7-2. При вакууме, создаваемом водоструйным насосом, скорость потока черсм фильтр с размером пор 0,45 мкм составляет приблишгельно 65 мл ¦ мин-1 ¦ см-2. Вторым следегвпем малого размера пор является возможность использовать фильтры только при работе с малыми количествами материала, поскольку они ле: ко засоряются; количество материала, которое можно отделить до существенного уменьшения скорости потока, составляет приблизительно 250 мкг/см2 поверхности. Чтобы уменьшить трудности, связанные с засорением, фильтры иногда используют в комплекте с «предварительным фильтром» из толстой бумаги или стекловолокна, служащим для удаления частиц большого размера, которые особенно легко засоряют фильтр. Однако эти фильтры прекрасно служат для отделения микроосадков.
Следует отметить два малоизвестных, по важных факта о свойствах нитроцеллюлозных фильтров. Первый — нитроцеллюлоза достаточно гпдрофобпа, поэтому для того, чтобы фильтры смачивались, во многие из них введен детергент или поверхност-но-активнос вещество, состав которого фирмой не сообщается. Второй — фильтры очень быстро становятся хрупкими при высушивании, поэтому многие из них содержат глицерин для повышения эластичности. Таким образом, если фильтры предварительно не отмыть, эти вещества могут загрязнять фильтрат, что является существенным недостатком, если при разделении нужен именно фильтрат.
Нитроцеллюлозные фильтры изготовляются в виде белых, черных или зеленых кружков или листов, на которые может быть нанесена сетка, позволяющая подсчитывать число частиц. Цвет фильтра используется для определения некоторых микроорганизмов под микроскопом. Поскольку нитроцеллюлоза растворима в ряде растворителей и способна взаимодействовать с некоторыми химическими соединениями, фирмы изготовляют также сходные
to Относительное число nop
156 ГЛАВА 7
РИС. 7-1.
Л — фотография мембранных фильтров фирмы Millipore различных размеров. На некоторых из них видна нанесенная сетка. Б— сканирующая электронная микрофотография фильтра фирмы Millipore, тип НА, средний размер пор которого составляет 0,45 мкм. В — распределение пор по размерам для фильтра, показанного на рис. Б. Г — сканирующая электронная микрофотография фильтра фирмы Millipore Microfiber Glass (размер изображения 20 мкм). Обратите внимание на значительно большее различие в размерах пор, чем в фильтре на рис. Б. (Фотографии любезно предоставлены Millipore Corporation,)
