Фильтрование через мембранные фильтры при анализе воды
Фильтрование через мембранные фильтры отделяет от воды всё, что крупнее пор мембраны. Тонкая пористая плёнка задерживает на своей поверхности частицы и бактерии, а вода проходит насквозь, если под мембраной создать разрежение. Так проверяют питьевую воду на бактерии и готовят пробы для определения цветности.
Как появились мембранные фильтры
В 1907 году немецкий химик Генрих Бехгольд научился делать нитроцеллюлозные мембраны с порами разного размера, а размер пор проверял по пузырькам воздуха. Его способ улучшили Рихард Зигмонди и Вильгельм Бахман в Гёттингене. Год их изобретения источники называют по-разному. В учебнике Р. Бейкера «Membrane Technology and Applications» приведена их статья 1918 года «Über neue Filter», в химической энциклопедии chemie.de указан 1916 год, а австрийский патент AT89295B имеет приоритет от 1916 года и опубликован в 1922 году. Нобелевскую премию по химии за 1925 год Зигмонди получил за объяснение неоднородной природы коллоидных растворов.
Фильтрование через мембранные фильтры впервые широко применили для проверки питьевой воды в конце Второй мировой войны. Водоснабжение крупных городов Германии и других стран Европы было разрушено, и фильтры для проверки безопасности воды понадобились срочно, об этом пишет тот же учебник Бейкера.
Устройство для фильтрования проб с использованием мембранных фильтров
Фильтрование через мембранные фильтры при санитарно-микробиологическом анализе питьевой воды ведут по МУК 4.2.1018-01. Для этого нужен прибор для мембранной фильтрации под вакуумом с диаметром фильтрующей поверхности 35 или 47 мм и устройство, которое создаёт разрежение от 0,5 до 1,0 атм. Мембранные фильтры берут с порами не более 0,45 мкм и диском того же диаметра.
Перед работой воронку и столик прибора обрабатывают спиртом и фламбируют, фильтр кладут на столик пинцетом и прижимают воронкой. Питьевую воду обычно анализируют в трёх объёмах по 100 мл, а при стабильно отрицательных результатах допускается пропустить 300 мл через один фильтр. Затем фильтры переносят на среду Эндо и выдерживают в термостате при 37 °C около суток.
Бактерии остаются на поверхности мембраны, поэтому после фильтрования через мембранные фильтры колонии растут прямо на фильтре, и их можно сосчитать. Под эти требования подходят приборы вакуумного фильтрования ПВФ под фильтр 35 или 47 мм, например с одной воронкой в колбе Бунзена, как ПВФ-47/1 НБ, или с коллектором на несколько проб. Воронки из нержавеющей стали полированы снаружи и внутри, на них нанесены риски по 100 мл.
Прибор для фильтрования через мембранные фильтры для цветности
Цветность воды создают растворённые вещества, но муть тоже меняет её цвет. Поэтому различают кажущуюся цветность пробы, какая она есть, и истинную, которую измеряют после того, как взвесь убрана. По международному стандарту ISO 7887 цветность, которую дают только растворённые вещества, определяют после фильтрования пробы через мембранный фильтр с порами 0,45 мкм.
В России цветность питьевой и природной воды определяют по ГОСТ 31868-2012, в том числе фотометрическим методом по платино-кобальтовой или хром-кобальтовой шкале. Для определения цветности и мутности воды выпускают приборы вакуумного фильтрования с воронками из прозрачного полипропилена, например ПВФ-47/1 НБ (ПП). Воронка на 250 мл прозрачная, с градуировкой по 50 мл, а фильтрат собирается в колбу и идёт на измерение.
Фильтрование через мембранные фильтры и выбор мембраны
Размер пор задаёт методика. Для бактерий МУК 4.2.1018-01 требует мембраны с порами не более 0,45 мкм, а для цветности в ГОСТ 31868-2012 указаны мембранные фильтры с порами 0,45 мкм.
Диаметр фильтра должен совпадать с ячейкой прибора. Ячейку делают под фильтр 35 мм или 47 мм, и под фильтром лежит пористая титановая фритта своего диаметра, 28 или 38 мм. Если в лаборатории есть приборы под фильтры 35 и 47 мм, запасные фритты и воронки берут под каждый.
Фильтрование через мембранные фильтры можно вести с колбой Бунзена или без неё, это зависит от того, нужен ли фильтрат. Если вода после фильтрования не нужна, её можно сразу отвести в канализацию через вакуумную станцию или водоструйный насос. Если фильтрат идёт на дальнейший анализ, его собирают в колбу Бунзена.
Как устроен сам прибор, рассказано в статье о принципе работы прибора, а как по фильтру находят взвешенные вещества, в статье об определении взвешенных веществ. Как собрать простую установку из воронки Бюхнера и колбы Бунзена, рассказано в статье о воронке Бюхнера, а все приборы собраны в разделе приборы вакуумного фильтрования.
Источники: МУК 4.2.1018-01 «Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды» с изменениями, ISO 7887:2011 «Качество воды. Исследование и определение цветности», ГОСТ 31868-2012 «Вода. Методы определения цветности», R. W. Baker. Membrane Technology and Applications, 2012.