Porównanie Metody Filtracji Membranowej z Metodą Rozcieńczeń w Kontekście Analizy Wody
- Szczegóły
Techniki membranowe pozwalają na separację zanieczyszczeń o wymiarach cząstek i cząsteczek na poziomie molekularnym lub jonowym. Są to procesy nowe, natomiast w ostatnich latach obserwuje się ich szybki rozwój. Techniki membranowe są tematem wielu prac badawczych, których postępy czynią zastosowanie tych technik w ochronie środowiska realnymi technicznie i korzystnymi ekonomicznie. Procesy separacji membranowej i reaktory membranowe są dzisiaj technikami o szerokiej gamie zastosowań.
Techniki Membranowe
Techniki membranowe charakteryzuje proces separacji, który przebiega dzięki obecności membrany. Transport przez membranę zachodzi dzięki zastosowaniu odpowiedniej siły napędowej. Siłą napędową transportu masy przez membranę jest różnica potencjałów chemicznych Δμ po obu stronach membrany. Ta różnica (Δμ) może być wywołana: różnicą ciśnień (ΔP), stężeń (ΔC), temperatury (ΔT), potencjału elektrycznego (ΔE) po obu stronach membrany. W technikach membranowych transport cząsteczek zostaje więc wywołany różnicą potencjałów chemicznych po obu stronach membrany.
Rodzaje Filtracji Membranowej
- Mikrofiltracja: Cząstki o średnicach 10-50 μm są oddzielane od rozpuszczalnika i małocząsteczkowych składników roztworu. Mechanizm rozdziału oparty jest na mechanizmie sitowym i zachodzi wyłącznie wg średnic cząsteczek. W procesie mikrofiltracji stosuje się na ogół syntetyczne membrany mikroporowate o średnicy porów od 10 μm do 50 μm. Proces ten pozwala na oddzielenie wodnych roztworów cukrów, soli, a także niektórych białek jako filtratu, pozostawiając w koncentracie najdrobniejsze cząstki stałe i koloidy. Siłą napędową procesu jest różnica ciśnień wynosząca od 0,01 do 0,1 MPa. Membrany polimerowe wytwarza się zarówno z polimerów hydrofobowych, jak i hydrofilowych. Membrany ceramiczne preparuje się głównie z tlenku glinu oraz dwutlenku cyrkonu.
- Ultrafiltracja: Jest stosunkowo niskociśnieniowym procesem wykorzystującym porowate membrany symetryczne lub asymetryczne o średnicach porów od 1 μm do 10 μm, pozwalające na przepływ przez membranę np.: cukrów, soli, wody, oddzielając białka i większe cząstki. Procesy dyfuzyjne odgrywają niewielką rolę w mechanizmie rozdziału. Stosowane ciśnienia nie przekraczają na ogół 1 MPa. W odróżnieniu od mikrofiltracji, w procesie ultrafiltracji stosuje się membrany asymetryczne. Membrany ultrafiltracyjne stanowią też podstawę, szkielet tzw.
- Nanofiltracja: W nanofiltracji stosuje się membrany pozwalające na przepływ niektórych jonów, szczególnie jednowartościowych np. sodu czy potasu. Nanofiltracja jest procesem stosunkowo nowym, który stał się możliwy do zrealizowania po opracowaniu metod produkcji odpowiednich membran. Ciśnienia stosowane przy nanofiltracji wahają się w granicach od 1 do 3 MPa.
- Odwrócona Osmoza: Odwróconą osmozę stosuje się do separacji związków małocząsteczkowych (nieorganiczne, małocząsteczkowe związki organiczne) od rozpuszczalnika. Konieczne jest stosowanie wyższych ciśnień transmembranowych niż w przypadku ultra i mikrofiltracji, ponieważ związki małocząsteczkowe charakteryzują się wyższymi ciśnieniami osmotycznymi. U podstaw procesu odwróconej osmozy leży zjawisko osmozy naturalnej. W układzie, gdzie membrana rozdziela roztwór od rozpuszczalnika lub dwa roztwory o różnym stężeniu, następuje samorzutne przenikanie rozpuszczalnika przez membranę w kierunku roztworu o większym stężeniu. Jeżeli po stronie roztworu wytworzy się ciśnienie hydrostatyczne przewyższające ciśnienie osmotyczne, rozpuszczalnik będzie przenikał z roztworu bardziej stężonego do rozcieńczonego, a więc w kierunku odwrotnym niż w procesie osmozy naturalnej. Dla procesu tego zaproponowano nazwę odwrócona osmoza. Równolegle stosowana jest czasem nazwa hiperfiltracja. Odwrócona osmoza pozwala oddzielić rozpuszczalnik (wodę) od substancji rozpuszczonych nawet o stosunkowo niskiej masie cząsteczkowej, np. sole i cukry. Mechanizm rozdziału ma charakter dyfuzyjny. Odwrócona osmoza została po raz pierwszy zastosowana w 1953 roku do odsalania wody morskiej. Wprowadzenie jej do przemysłu nastąpiło dopiero w latach sześćdziesiątych po opracowaniu przez Loeb’a i Sourirajana technologii wytwarzania na skalę przemysłową wysokowydajnych, a jednocześnie selektywnych membran asymetrycznych. Jest to proces rozdziału składników o małej masie cząsteczkowej (M<300). Średnice rozdzielanych cząstek i cząsteczek mogą wynosić od kilku do kilkunastu angstremów (Ǻ). W zależności od stężenia roztworu po obu stronach membrany zakres stosowanych ciśnień waha się w granicach 0,3 - 10 MPa.
Techniki membranowe, mimo krótkiej historii ich stosowania, zajmują wysoką pozycję wśród obecnie znanych metod separacji. Przepływ objętościowy roztworu jp [dm3/min*m2] inaczej szybkość filtracji (ang. flux rate) jest miarą intensywności procesu membranowego. Efekt separacji może być określony również współczynnikiem retencji R, czyli stopniem zatrzymania (ang.
Do oceny efektywności procesu permeacyjnego stosowany jest tzw.
W procesie odwróconej osmozy stosuje się membrany asymetryczne zbudowane z jednego polimeru oraz membrany kompozytowe. Grubość warstwy aktywnej wynosi zazwyczaj £ 1mm, przy czym o przepuszczalności decyduje warstwa aktywna. Do produkcji membran RO stosuje się zazwyczaj estry celulozy. Przede wszystkim di- i trioctan celulozy, ponieważ posiadają one właściwości hydrofilowe. Innym materiałem do wytwarzania membran są poliamidy aromatyczne, które są mało odporne na wolny chlor. Nową generacją membran RO są membrany kompozytowe, w których warstwa aktywna i suport są zbudowane z różnych polimerów. - powinien odznaczać się wysoką odpornością hydrolityczną (tzn.
Przeczytaj także: Filtracja membranowa: zasady i zastosowania
Metoda Rozcieńczeń
Metoda rozcieńczeń, w kontekście analizy mikrobiologicznej wody, obejmuje techniki takie jak Quanti-Tray, które pozwalają na ilościowe określenie liczby bakterii w próbce. Przykładowo, w Quanti-Tray/2000 próbka jest dzielona na wiele porcji, a wynik opiera się na modelu statystycznym najbardziej prawdopodobnej liczby (NPL).
Zastosowanie Quanti-Tray
W systemie Quanti-Tray nie ma potrzeby stosowania probówek testowych, probówek Durhama ani żadnych rozcieńczeń. W przypadku Quanti-Tray/Legiolert próbkę 100 ml rozdziela się między 96 dołków. Do określania liczby bakterii w próbce stosowane jest podejście najbardziej prawdopodobnej liczby (NPL) i dostarczone tabele NPL. Automatyzacja minimalizuje czas pracy i maksymalizuje wydajność (do 4 próbek na minutę).
Quanti-Tray Sealer PLUS
Zgrzewarka Quanti-Tray Sealer PLUS w systemie Quanti-Tray jest zgrzewarką nowej generacji. Urządzenie umożliwia oznaczanie ilościowe w systemie Quanti-Tray i Quanti-Tray/2000, a przy tym oszczędza czas i usprawnia pracę laboratorium.
Cytometria Fazy Stałej
Cytometria fazy stałej jest wykorzystywana do szybkiego wykrywania mikroorganizmów w próbkach wody, powietrza czy żywności. Oprócz tego, że jest bardziej czuła niż konwencjonalne metody hodowli bakterii, jest znacznie bardziej efektywną czasowo alternatywą dla tradycyjnych metod, które mogą zająć kilka dni. Cytometria w fazie stałej jest w stanie wykryć mikroorganizmy chorobotwórcze nawet wtedy, gdy są one obecne w bardzo małych ilościach, które normalnie pozostałyby niewykryte. Jest to bardzo skuteczna metoda wykrywania szkodliwych organizmów w wodzie i innych płynach, np. mleku.
IAN® - Innowacyjne Rozwiązanie
Dzięki IAN® możesz przeprojektować swoją kontrolę jakości - nie musisz czekać całymi dniami, aby sprawdzić jakość mikrobiologiczną produkcji. IAN® umożliwia ilościowy pomiar zanieczyszczenia przy użyciu innowacyjnej metody bezpośredniego wykrywania braku wzrostu - kombinacja cytometrii w fazie stałej oraz sztucznej inteligencji pozwala na uzyskanie wyniku jakościowego i ilościowego w zaledwie 15 minut, bez potrzeby wzbogacania czy inkubacji.
Przeczytaj także: Jak działa odwrócona osmoza?
Analiza TVC, tj. całkowitej liczby żywych organizmów - to test, który szacuje całkowitą liczbę mikroorganizmów, takich jak bakterie, drożdże lub gatunki pleśni, obecnych w próbce.
- FILTRACJA, gdzie przebiega zasysanie próbki do środka.
- WYNIK, gdzie uzyskujemy wyliczenie tylko żywych mikroorganizmów.
Dzięki możliwości generowania certyfikatu jakości, możemy mieć pełną kontrolę nad wydawanym wynikiem.
IAN® oferuje szybką metodę wykrywania potencjalnie szkodliwych, wolno rosnących mikroorganizmów, które w innym przypadku mogłyby pozostać niewykryte ze względu na ich małą liczbę.
Przeczytaj także: Zasada Działania Metody Karbidowej
tags: #metoda #filtracja #membranowa #a #metoda #rozcienczen
