Filtrationsprinzip

Die folgende Tabelle fasst die relativen Größen kleiner Partikel zusammen

Filtration ist eine Wissenschaft, die ständig mit Informationen, einzigartiger Terminologie und proprietärem Wissen bereichert wird.Diese Grundkonzepte werden innerhalb der Branche definiert und ermöglichen es uns, mit Ihnen, unseren Kunden, über ein gemeinsames Verständnis der Filtrationsgrundlagen zu kommunizieren.Wir werden einige grundlegende Elemente im Zusammenhang mit der Filtertechnologie und deren Zusammenhänge vorstellen.Bei der Filtration werden Flüssigkeits-, Luft- und Gasproben durch ein durchlässiges Medium geleitet, um Partikel zu entfernen.Es gibt viele verschiedene Eigenschaften von Membranmaterialien, die ihre Leistung in verschiedenen Anwendungen beeinflussen. Die folgenden sind wichtige Eigenschaften, die bei der Auswahl der besten Membran für Sie berücksichtigt werden sollten.

1.Biosicherheit

Diese Tests werden in Übereinstimmung mit ISO-10993 und USP-Klasse Vl durchgeführt. Die durchgeführten Tests sind: Zytotoxizität, Sensibilisierung, Reizung oder intrakutane Reaktivität, systemische Toxizität (akut), Hämokompatibilität (Hämolyse).

2.Filtrationseffizienz und Membranporengröße

Das Filtern durch einen dünnen Film bedeutet, dass das Filtermaterial Partikel abhält, die größer als die Nennöffnung sind.Dadurch lässt sich die absolute Porengröße der Membran eindeutig klassifizieren.Die Bakterienretention kann anhand der Porengröße der Membran bestimmt werden.Aperturen werden normalerweise in Mikrometern oder Mikrometern (μm) gemessen und sollten explizit als nominale oder absolute Werte angegeben werden. Die nominale Apertur bezieht sich auf die Rückhalteeffizienz, bei der der Großteil (60 %–98 %) der Partikel einer bestimmten Größe zurückgehalten wird es hängt auch von den Prozessbedingungen wie Konzentration, Betriebsdruck usw. ab. Die Bewertungsparameter können von Hersteller zu Hersteller variieren.Wenn es sich bei der Apertur- oder Retentionsrate um einen „Nominalwert“ handelt, sollte sie in Partikelgröße und Prozentsatz ausgedrückt werden, und wenn es sich bei der Rate um einen „Nominalwert“ handelt, sollte sie in Partikelgröße und Prozentsatz ausgedrückt werden, d. h Die Rückhalterate von 0,3-um-Partikeln beträgt 99,97 %.Filtrationsbedingungen wie Arbeitsdruck und Schadstoffkonzentration haben offensichtliche Auswirkungen auf die Rückhalteeffizienz des Nennfilters. Die absolute Apertur ist die Fähigkeit, 100 % eines Partikels einer bestimmten Größe unter bestimmten Testbedingungen (Partikelgröße, Belastungsdruck, Konzentration, Detektion) zurückzuhalten Methode).Porengröße und Challenge-Organismus Porengröße des Challenge-Organismus0,1 Mikrometer Chlamydia leydii, Kurzwellenmonas defekt 0,2 Mikrometer Serratia marcescens 0,45 Mikrometer 0,8 Mikrometer Lactobacillus-Art 1,2 Mikrometer Candida albicans Die obige Tabelle zeigt die geeignete Porengröße der hydrophilen Membran, die zum Zurückhalten verwendet wird die entsprechenden Bakterien. Die hydrophobe Membran hält Bakterien in der Luft zehnmal wirksamer zurück als in einer Flüssigkeit mit der gleichen Porengröße. Der DOP-Test dient zur Charakterisierung der Effizienz des Filters bei der Entfernung von Partikeln aus der Luft und basiert auf die Rückhaltung von Aerosoltröpfchen, die aus öligen Aerosolpartikeln (DOP) mit einer Größe von 0,3 µm bestehen, normalerweise ausgedrückt als Prozentsatz.Der hocheffiziente Luftfilter (HEPA) hat eine Rückhalteeffizienz von mindestens 99,97 % für 0,3 µm große DOP-Tröpfchen (ASTM:D2986-95A). Die Partikelgröße von 0,3 µm wurde zur Charakterisierung gewählt, da es für die meisten Luftfilter schwierig ist, Partikel dieser Größe einzufangen .Filtrationseffizienz wird verwendet, um die Effizienz der Filtermembran bei der Entfernung von Partikeln aus der Flüssigkeit zu charakterisieren.Beim Filtrieren einer Flüssigkeit basiert die Filtrationseffizienz auf den gefilterten Partikeln, die größer oder gleich einem bestimmten Durchmesser sind.Bei der Filterung von Gasen basiert die Filtereffizienz auf allen entfernten Partikeln, einschließlich der am leichtesten durchlässigen Partikelgröße (siehe DOP-Experiment oben).Einige Filterhersteller verwenden den Gewichtsprozentsatz der gefilterten Partikel, um die Filtrationseffizienz anzugeben, dieser kann jedoch nicht wirklich die Anzahl der Partikel wiedergeben, die durch die Filtermembran gefiltert werden können, was der nominellen Genauigkeit des Filters entspricht.Hepa-Filter werden oft mit B bewertet und die Filtereffizienz kann anhand der unten aufgeführten Beta-Werte berechnet werden:

% Effizienz (η)= (β-1) /βx100

Filter mit einer Genauigkeit von 1 μm oder weniger werden oft nach Titerabfall oder Log-Wert bewertet

3. Effektiver Filterbereich (EFA)

Dies ist der tatsächlich gefilterte Bereich des gefilterten Geräts.Beispielsweise sollten bei Rohrfiltern Rahmen aus Kunststoff von der Berechnung des Geräte-EFA ausgeschlossen werden.Bei einem Netzfilter sollten Sie nur versiegelte Bereiche beseitigen.

4. Blasenpunkt

Typischerweise wird der Test an einer hydrophilen Membran durchgeführt und dient dazu, die Integrität der Membran durch den Schwimmer zu überprüfen.Der Test wird normalerweise mit Wasser durchgeführt, er kann jedoch auch an einem hydrophilen Film durchgeführt werden, indem zum Benetzen des Films eine andere Flüssigkeit als Wasser verwendet wird.Der Blutdruck ist ein Indikator für die Porengröße der Membran und hängt mit der tatsächlichen Bakterienretention zusammen.Hydrophile Membran – Die hydrophile Membran hat die Durchlässigkeit einer wässrigen Lösung, sobald sie durchnässt ist, kann sie das Gas stoppen.Dies bedeutet, dass die wässrige Lösung durch die hydrophile Membran strömt, das Gas jedoch gestoppt wird, wenn die Membran nass ist, bis der angelegte Druck den „Blasenpunkt“ überschreitet. An diesem Punkt wird die Luft aus dem Loch abfließen, die Flüssigkeit ist ausgestoßen, und das Gas wird durchströmen.Die trockene hydrophile Membran lässt Gas durch.Unsere Polyethersulfonmembran ist eine hydrophile Membran.Der Blasenpunkt wird auch häufig verwendet, um zu testen, ob die Membran eine Porengröße von 0,2 oder 1,2 Mikrometern hat. Der Blasenpunkt ist der Luftdruck, der erforderlich ist, damit die Flüssigkeit durch die maximale Öffnung der Benetzungsfiltermembran strömt, wodurch die Öffnung indirekt gemessen werden kann und bewerten Sie die Fähigkeit der Filtermembran, Partikel herauszufiltern.Der Blasenpunkt hängt von der Flüssigkeit der benetzenden Filtermembran ab.Bei einer bestimmten Porengröße des Filters weisen Flüssigkeiten mit höherer Oberflächenspannung (z. B. Wasser) höhere Blasenpunkte auf als Flüssigkeiten mit niedrigerer Oberflächenspannung (z. B. Isopropylalkohol).Mithilfe der Blasenpunktbewertung wird die maximale Porengröße bestimmt, bei der Blasen entstehen.Je größer die Öffnung, desto geringer ist der zur Blasenbildung erforderliche Druck, und die Einheit des Membranblasenpunkts wird in psi oder bar ausgedrückt [ASTMF316-03 Standardtestmethode für Öffnungseigenschaften]

5.Wasserdurchflussrate (WFR)

Typischerweise wird der Test an einer hydrophilen Membran durchgeführt. Der Zweck der WFR besteht darin, den Flüssigkeitsfluss durch eine benetzte hydrophile Membran bei einem festgelegten Testdruck und einer festgelegten Zeit zu messen.Der Test wird üblicherweise mit Wasser durchgeführt;Sofern der Filtrationsprozess jedoch mit der Flüssigkeit kompatibel ist, kann er auch mit anderen Flüssigkeiten durchgeführt werden

6.Wasserdurchbruch (WBT)

Hydrophobe Membranen sind für Gase durchlässig, blockieren jedoch wässrige Lösungen.Mit anderen Worten: Im Vergleich zu hydrophilen Membranen bewirken sie das Gegenteil.Dies bedeutet, dass das Gas diese Membranen durchdringt, die wässrige Lösung jedoch daran gehindert wird. Dieser Test wird an einer hydrophoben Membran durchgeführt und hängt auch von der Porengröße der Membran ab.Der WBT-Druck (manchmal auch Wassereindringdruck genannt) ist der Druck, der erforderlich ist, um eine wässrige Lösung durch eine hydrophobe Membran zu drücken.

Der Wasserdurchbruchsdruck ist der Druck, der erforderlich ist, damit Wasser durch die maximale Porengröße der trockenen hydrophoben Filtermembran strömt, was die Fähigkeit des Filters angibt, als Flüssigkeitsbarriere zu fungieren.Je größer die Öffnung, desto weniger Druck ist erforderlich, um Wasser durch das Mikroloch zu drücken.Die Filterindustrie verwendet Pfund pro Quadratfuß (psi) oder bar, um den Wasserdurchbruchsdruck eines Geräts anzugeben.

7.Luftstrom (AF)

Dies ist die Durchflussrate, die normalerweise mit hydrophoben Membranen verbunden ist.Dabei handelt es sich um die Luftmenge, die durch eine Membran strömt, um eine Oberfläche unter einem bestimmten Druck zu halten.

8.Tiefenfiltration vs. Membranfiltration

Ein Tiefenmedium ist ein Filter, der entweder aus mehreren Schichten oder einer einzelnen Schicht eines Mediums mit Tiefe besteht und Verunreinigungen innerhalb seiner Struktur und nicht an der Oberfläche einfängt.Vorteile Geringere Kosten Hohe Durchsätze Hohe Schmutzaufnahmekapazität Endfilter Entfernt verschiedene Partikelgrößen Mögliche Nachteile Medienmigration (Ablösung) Nennporengröße Partikelentladung bei erhöhtem Differenzdruck Ein Membranfilter fängt normalerweise Verunreinigungen ein, die größer als die Porengröße auf der Oberfläche sind Membran.Verunreinigungen, die kleiner als die Nennporengröße sind, können die Membran passieren oder durch andere Mechanismen in der Membran eingefangen werden.Membranfilter werden typischerweise für kritische Anwendungen wie Sterilisation und Endfiltration eingesetzt.Vorteile Es sind absolute Porengrößenbewertungen im Submikrometerbereich möglich. Kann Bakterien und Partikel zurückhalten (abhängig von der Porengröße). Im Allgemeinen geringere extrahierbare Bestandteile. Im Allgemeinen auf Integrität prüfbar. Mögliche Nachteile. Geringere Durchflussraten als Tiefenmedien. Teurer als Tiefenmedien

9.Druckdifferenz (AP)

Die Druckdifferenz ist die Differenz zwischen dem Druck im System, bevor die Flüssigkeit in den Filter gelangt (Vordruck) und dem Druck im System, nachdem die Flüssigkeit durch den Filter strömt (Nachdruck).Bei Konstantstromanwendungen nimmt die Druckdifferenz allmählich zu, wenn die Filtermembran zu verstopfen beginnt.

10.Thermische Stabilität

Unter thermischer Stabilität versteht man die Fähigkeit des Filters, seine Funktionalität und Integrität unter steigenden Temperaturbedingungen aufrechtzuerhalten.Die thermische Stabilität ist wichtig, wenn Produkte sterilisiert werden müssen, beispielsweise in einem Hochtemperaturautoklav, und einige Filter aufgrund thermischer Instabilität nicht autoklavierbar sind.Es ist zu beachten, dass ein Zusammenhang zwischen chemischer Kompatibilität und thermischer Stabilität besteht.Viele Filter sind bei Raumtemperatur mit Chemikalien kompatibel, bei hohen Temperaturen jedoch nicht.Die thermische Stabilität des Filters kann durch die Bestimmung der maximalen Betriebstemperatur unter bestimmten Bedingungen charakterisiert werden

11.Porosität

Porosität (auch „offener Raum“ oder „Hohlraumvolumen“ genannt) ist ein Maß für den gesamten offenen Raum (Mikroporen) innerhalb des Filters.Typischerweise weist die Filtermembran einen offenen Raum von 50–90 % auf.Die Durchflussrate ist proportional zur Porosität der Filtermembran (bei einer bestimmten Porengröße und Dicke der Filtermembran bedeuten mehr Poren = schnellere Durchflussrate).

12.Strömungsgeschwindigkeit

Die Porengröße des Filters gibt nicht nur Aufschluss über seine Partikelrückhalteleistung, sondern beeinflusst auch seine Leistung, einschließlich Durchflussrate und Fluss.Beispielsweise weist eine Filtermembran mit einer großen Öffnung eine schnellere Durchflussrate und einen höheren Fluss auf.Es ist zu beachten, dass die Durchflussrate und der Fluss von Filtern mit derselben Porengröße, aber aus unterschiedlichen Polymeren und Gussprozessen ebenfalls unterschiedlich sind.

Ebenso werden die Durchflussrate und die Flussleistung der Filtermembran durch die Porosität beeinflusst.Mit der Porosität wird die Anzahl der Öffnungen oder Mikroporen in der Filtermembran charakterisiert.Strömungsgeschwindigkeit und Fluss korrelierten positiv mit der Porosität der Filtermembran.

13. Effizienz der Partikelrückhaltung in der Luft

Zhenfu-Luftfilter verwenden weltweit anerkannte Methoden zur Bestimmung der Partikelrückhalteeffizienz

Die folgende Tabelle ist der internationale Standard für die HEPA- und ULPA-Klassifizierung und -Bewertung

Filtern Sie Kategorien und Bewertungen

Rangklasse Testen Sie die Partikelgröße. Filtrationseffizienz %

EPA – Efficiency Particulate Air

HEPA-hocheffiziente Partikelluft

ULPA – Ultra Low Particulate Air

14.Bakterien- und Virustests

Dies wird normalerweise in einer unabhängigen Testeinrichtung durchgeführt, die spezifische Protokolle entwickelt, um die Arten von Herausforderungen zu simulieren, denen ein Filter im klinischen Umfeld ausgesetzt sein kann.Ein Herausforderungspartikel wird ausgewählt, um die Größe der häufig vorkommenden Bakterien und Viren zu simulieren.Im Allgemeinen werden diese Tests aus Kosten- und Sicherheitsgründen nicht mit einem „Live“-Virus durchgeführt.ZHENFU hat Nelson Laboratories, Utah, USA, zu seiner unabhängigen Testeinrichtung ernannt.Ihr Bakterientestprotokoll verwendet Staphylococcus Aureus als Herausforderungsorganismus mit einer Größe von ungefähr 0,6 μm und der Virentest verwendet einen X174-Bakteriophagen mit einer Größe von 0,027 μm.Es ist erwähnenswert, dass das HIV-Virus 0,08 μm und das Hepatitis-C-Virus 0,03 μm groß ist, sodass das Testprotokoll eine klinisch relevante Darstellung ihrer Leistung bietet. Mit anderen Worten: Die Filtrationseffizienz für das Hepatitis-C-Virus und das HIV-Virus ist höher als für das Virus Filtrationseffizienz, angegeben von Nelson Laboratories