مبدأ الترشيح

يلخص الجدول التالي الأحجام النسبية للجزيئات الصغيرة

الترشيح هو علم يتم إثراؤه باستمرار بالمعلومات والمصطلحات الفريدة والمعرفة الخاصة.يتم تعريف هذه المفاهيم الأساسية داخل الصناعة، مما يسمح لنا بالتواصل معكم، ومع عملائنا، على أساس فهم مشترك لأساسيات الترشيح.وسوف نقدم بعض العناصر الأساسية المتعلقة بتقنية التصفية وعلاقاتها المتبادلة.الترشيح هو عملية تمرير عينات السائل والهواء والغاز من خلال وسيلة نفاذية لإزالة الجسيمات.هناك العديد من الخصائص المختلفة للمواد الغشائية التي تؤثر على أدائها في التطبيقات المختلفة، وفيما يلي خصائص مهمة يجب مراعاتها عند اختيار الغشاء الأفضل لك.

1. السلامة الحيوية

يتم إجراء هذه الاختبارات وفقًا لمعايير ISO-10993 وUSP Class Vl. الاختبارات التي يتم إجراؤها هي: السمية الخلوية، والتحسس، والتهيج أو التفاعل عبر الجلد، والسمية الجهازية (الحادة)، والتوافق الدموي (انحلال الدم).

2. كفاءة الترشيح وحجم مسام الغشاء

الترشيح من خلال طبقة رقيقة يعني أن مادة الترشيح ستمنع الجسيمات الأكبر من الفتحة المقدرة.وهذا يسمح بتصنيف حجم المسام المطلق للغشاء بشكل واضح.يمكن تحديد احتباس البكتيريا وفقًا لحجم مسام الغشاء.تقاس الفتحات عادةً بالميكرونات أو الميكرونات (μm) ويجب تحديدها بشكل صريح كقيم اسمية أو مطلقة. تشير الفتحة الاسمية إلى كفاءة الاحتفاظ بالأغلبية (60%-98%) من الجسيمات ذات حجم معين، و ويعتمد أيضًا على ظروف العملية مثل التركيز وضغط التشغيل وما إلى ذلك. قد تختلف معلمات التصنيف من مصنع لآخر.عندما يكون معدل الفتحة أو الاحتفاظ 'قيمة اسمية'، يجب التعبير عنه بحجم الجسيم والنسبة المئوية، وعندما يكون المعدل 'القيمة الاسمية'، يجب التعبير عنه بحجم الجسيم والنسبة المئوية، أي معدل الاحتفاظ بجزيئات 0.3um هو 99.97%.ظروف الترشيح مثل ضغط العمل وتركيز الملوثات لها تأثيرات واضحة على كفاءة الاحتفاظ بالمرشح الاسمي المقدر. الفتحة المطلقة هي القدرة على الاحتفاظ بنسبة 100% من جسيمات ذات حجم معين في ظل ظروف اختبار محددة (حجم الجسيمات، ضغط التحدي، التركيز، الكشف الطريقة).حجم المسام وتحدي الكائن الحي حجم مسام الكائن الحي 0.1 ميكرون Chlamydia leydii، الموناس القصيرة معيبة 0.2 ميكرون السراتيا الذابلة 0.45 ميكرون 0.8 ميكرون أنواع العصيات اللبنية 1.2 ميكرون المبيضات البيضاء يوضح الجدول أعلاه حجم المسام المناسب للغشاء المحب للماء المستخدم للاحتفاظ البكتيريا المقابلة. يعد الغشاء الكاره للماء أكثر فعالية بعشر مرات في الاحتفاظ بالبكتيريا في الهواء مقارنة بالسائل الذي له نفس حجم المسام. يُستخدم اختبار DOP لتوصيف كفاءة المرشح في إزالة الجسيمات من الهواء ويعتمد على الاحتفاظ بقطرات الهباء الجوي التي تتكون من 0.3 ميكرومتر من جزيئات الهباء الجوي الزيتي (DOP)، وعادة ما يتم التعبير عنها كنسبة مئوية.يتميز مرشح الهواء عالي الكفاءة (HEPA) بكفاءة الاحتفاظ بنسبة 99.97% على الأقل لقطرات DOP بحجم 0.3 ميكرومتر (ASTM:D2986-95A) تم اختيار حجم الجسيمات بحجم 0.3 ميكرومتر للتوصيف نظرًا لصعوبة احتجاز معظم مرشحات الهواء للجسيمات بهذا الحجم. تستخدم كفاءة الترشيح لوصف كفاءة غشاء المرشح في إزالة الجزيئات من السائل.عند ترشيح سائل، تعتمد كفاءة الترشيح على الجزيئات التي تم ترشيحها أكبر من أو تساوي قطرًا معينًا.عند تصفية الغازات، تعتمد كفاءة المرشح على جميع الجسيمات التي تمت إزالتها، بما في ذلك حجم الجسيمات الأكثر سهولة في النفاذ (انظر تجربة DOP أعلاه).تستخدم بعض الشركات المصنعة للمرشح نسبة وزن الجزيئات المفلترة للإشارة إلى كفاءة الترشيح، لكن هذا لا يمكن أن يمثل حقًا عدد الجزيئات التي يمكن ترشيحها من خلال غشاء المرشح، وهي الدقة الاسمية للمرشح.غالبًا ما يتم تصنيف مرشحات Hepa بتصنيف B، ويمكن حساب كفاءة الترشيح باستخدام قيم بيتا الموضحة أدناه:

الكفاءة المئوية (η)= (β-1) /βx100

غالبًا ما يتم تصنيف المرشحات التي تبلغ دقتها 1 ميكرومتر أو أقل من خلال انخفاض العيار أو قيمة السجل

3. منطقة الترشيح الفعالة (EFA)

هذه هي المنطقة الفعلية التي تمت تصفيتها للجهاز الذي يتم تصفيته.على سبيل المثال، في المرشحات الأنبوبية، يجب استبعاد الإطارات المصنوعة من البلاستيك من حساب جهاز EFA.في مرشح شبكي، يجب عليك إزالة المناطق المغلقة فقط.

4. نقطة الفقاعة

عادة، يتم إجراء الاختبار على غشاء محب للماء، والغرض منه هو التحقق من سلامة الغشاء من خلال السباح.يتم إجراء الاختبار عادة بالماء، ومع ذلك، يمكن إجراؤه على طبقة محبة للماء، باستخدام سائل آخر غير الماء لتبليل الطبقة.يعد ضغط الدم مؤشرًا لحجم مسام الغشاء ويرتبط بالاحتفاظ البكتيري الفعلي.الغشاء المحب للماء - الغشاء المحب للماء يتمتع بنفاذية المحلول المائي، وبمجرد نقعه، يمكنه إيقاف الغاز.وهذا يعني أن المحلول المائي يمر عبر الغشاء المحب للماء، ولكن يتوقف الغاز عندما يكون الغشاء رطبًا حتى يتجاوز الضغط المطبق 'نقطة الفقاعة'، وعند هذه النقطة سوف يتم تصريف الهواء من الحفرة، ويتبخر السائل. طرد، وسوف يمر الغاز من خلال.يسمح الغشاء الجاف المحب للماء بمرور الغاز.غشاء البولي إيثر سلفون الخاص بنا هو غشاء محب للماء.غالبًا ما تُستخدم نقطة الفقاعة أيضًا لاختبار ما إذا كان الغشاء يحتوي على حجم مسام يبلغ 0.2 أو 1.2 ميكرون. نقطة الفقاعة هي ضغط الهواء المطلوب لمرور السائل عبر الفتحة القصوى لغشاء مرشح الترطيب، والذي يمكنه قياس الفتحة بشكل غير مباشر وتقييم قدرة غشاء المرشح على تصفية الجزيئات.تعتمد نقطة الفقاعة على سائل غشاء مرشح الترطيب.بالنسبة لحجم مسام معين للمرشح، تحتوي السوائل ذات التوتر السطحي العالي (مثل الماء) على نقاط فقاعات أعلى من السوائل ذات التوتر السطحي المنخفض (مثل كحول الأيزوبروبيل).يتم استخدام تصنيف نقطة الفقاعة لتحديد الحد الأقصى لحجم المسام عند إنشاء الفقاعات.كلما كانت الفتحة أكبر، انخفض الضغط المطلوب لإنتاج الفقاعات، ويتم التعبير عن وحدة نقطة فقاعة الغشاء بـ psi أو bar [طريقة الاختبار القياسية ASTMF316-03 لخصائص الفتحة]

5. معدل تدفق المياه (WFR)

عادةً، يتم إجراء الاختبار على غشاء محب للماء. الغرض من WFR هو قياس تدفق السائل عبر غشاء مبلل محب للماء عند ضغط ووقت اختبار ثابتين.يتم إجراء الاختبار عادة بالماء.ومع ذلك، طالما أن عملية الترشيح متوافقة مع السائل، فيمكن إجراؤها أيضًا مع سوائل أخرى

6. اختراق المياه (WBT)

الأغشية الكارهة للماء هي نفاذية للغازات ولكنها تحجب المحاليل المائية.وبعبارة أخرى، فإنها تفعل العكس عند مقارنتها بالأغشية المحبة للماء.وهذا يعني أن الغاز سوف يمر عبر هذه الأغشية، ولكن سيتم منع المحلول المائي. يتم إجراء هذا الاختبار على غشاء كاره للماء ويرتبط أيضًا بحجم مسام الغشاء.ضغط WBT (يسمى أحيانًا ضغط تسرب الماء) هو الضغط المطلوب لإجبار محلول مائي عبر غشاء كاره للماء.

ضغط اختراق الماء هو الضغط المطلوب حتى يمر الماء عبر الحد الأقصى لحجم المسام لغشاء المرشح الجاف الكاره للماء، والذي يحدد قدرة المرشح على العمل كحاجز سائل.كلما كانت الفتحة أكبر، قل الضغط المطلوب لإجبار الماء عبر الثقب الصغير.تستخدم صناعة الترشيح رطل لكل قدم مربع (psi) أو بار للإشارة إلى ضغط اختراق الماء للجهاز.

7. تدفق الهواء (AF)

هذا هو معدل التدفق المرتبط عادة بالأغشية الكارهة للماء.إنها كمية الهواء التي تمر عبر الغشاء لتثبيت السطح عند ضغط معين.

8. العمق مقابل الترشيح الغشائي

وسائط العمق عبارة عن مرشح يتكون إما من طبقات متعددة أو طبقة واحدة من وسط ذو عمق، والذي يلتقط الملوثات داخل هيكله بدلاً من السطح.المزايا تكلفة أقل إنتاجية عالية قدرة عالية على الاحتفاظ بالأوساخ الفلتر النهائي يزيل مجموعة متنوعة من أحجام الجسيمات العيوب المحتملة هجرة الوسائط (التساقط) حجم المسام الاسمي تفريغ الجسيمات عند الضغط التفاضلي المتزايد عادةً ما يحبس مرشح الغشاء الملوثات الأكبر من حجم المسام على السطح السطحي للمرشح غشاء.قد تمر الملوثات الأصغر من حجم المسام المقدر عبر الغشاء أو يمكن التقاطها داخل الغشاء بواسطة آليات أخرى.تُستخدم المرشحات الغشائية عادةً في التطبيقات المهمة مثل التعقيم والترشيح النهائي.المزايا: من الممكن الحصول على تقديرات مطلقة لحجم المسام دون الميكرون، يمكن أن تكون بكتيريا وجسيمات محتفظة (تعتمد على حجم المسام) بشكل عام، مواد قابلة للاستخراج أقل عمومًا قابلة للاختبار من حيث السلامة العيوب المحتملة معدلات تدفق أقل من الوسائط العميقة أكثر تكلفة من الوسائط العميقة

9. فرق الضغط (AP)

فرق الضغط هو الفرق بين الضغط في النظام قبل دخول السائل إلى المرشح (ضغط المنبع) والضغط في النظام بعد تدفق السائل عبر المرشح (ضغط المصب).في تطبيقات التيار المستمر، يزداد فرق الضغط تدريجيًا عندما يبدأ غشاء المرشح في الانسداد.

10. الاستقرار الحراري

يشير الاستقرار الحراري إلى قدرة الفلتر على الحفاظ على الأداء الوظيفي والسلامة في ظل ظروف درجات الحرارة المتزايدة.يعد الاستقرار الحراري أمرًا مهمًا عندما تحتاج المنتجات إلى التعقيم، مثل الأوتوكلاف ذو درجة الحرارة المرتفعة، وبعض المرشحات لا يمكن أن يتم تعقيمها بسبب عدم الاستقرار الحراري.وتجدر الإشارة إلى أن هناك علاقة ارتباطية بين التوافق الكيميائي والثبات الحراري.تتوافق العديد من المرشحات مع المواد الكيميائية في درجة حرارة الغرفة، ولكن ليس في درجات الحرارة المرتفعة.يمكن تحديد الثبات الحراري للمرشح من خلال تحديد درجة حرارة التشغيل القصوى في ظل ظروف محددة

11. المسامية

المسامية (وتسمى أيضًا 'المساحة المفتوحة' أو 'حجم الفراغ') هي مقياس لكل المساحة المفتوحة (المسام الدقيقة) داخل الفلتر.عادة، يحتوي غشاء المرشح على مساحة مفتوحة بنسبة 50-90%.يتناسب معدل التدفق مع مسامية غشاء الفلتر (بالنسبة لحجم مسام معين وسمك غشاء الفلتر، المزيد من المسام = معدل تدفق أسرع).

12. سرعة التدفق

لا يشير حجم المسام للمرشح فقط إلى أداء احتجاز الجسيمات، ولكنه يؤثر أيضًا على أدائه، بما في ذلك معدل التدفق والتدفق.على سبيل المثال، سيكون لغشاء المرشح ذو الفتحة الكبيرة معدل تدفق أسرع وتدفق أعلى.تجدر الإشارة إلى أن معدل التدفق وتدفق المرشحات التي لها نفس حجم المسام ولكنها مصنوعة من بوليمرات مختلفة وعمليات الصب ستكون مختلفة أيضًا.

وبالمثل، فإن معدل التدفق وأداء التدفق لغشاء المرشح يتأثر أيضًا بالمسامية.يتم استخدام المسامية لتحديد عدد الفتحات أو المسام الدقيقة في غشاء المرشح.ارتبطت سرعة التدفق والتدفق بشكل إيجابي مع مسامية غشاء المرشح.

13. كفاءة الاحتفاظ بالجسيمات المحمولة جواً

تستخدم مرشحات Zhenfu Air طرقًا معترف بها عالميًا لتحديد كفاءة احتجاز الجسيمات

الجدول التالي هو المعيار الدولي لتصنيف وتصنيف HEPA وULPA

تصفية الفئات والتقييمات

الرتبة الفئة اختبار حجم الجسيمات كفاءة الترشيح %

وكالة حماية البيئة - كفاءة الهواء الجزيئي

HEPA-هواء جسيمات عالي الكفاءة

ULPA - هواء جسيمات منخفض جدًا

14. الاختبارات البكتيرية والفيروسية

يتم إجراء ذلك عادةً في منشأة اختبار مستقلة تقوم بتطوير بروتوكولات محددة لمحاكاة أنواع التحديات التي قد يراها المرشح في البيئة السريرية.يتم اختيار جسيم التحدي لمحاكاة حجم البكتيريا والفيروسات الشائعة.بشكل عام، لا يتم إجراء هذه الاختبارات باستخدام فيروس 'مباشر' بسبب التكلفة ومشكلات السلامة.قامت شركة ZHENFU بتعيين مختبرات نيلسون بولاية يوتا بالولايات المتحدة الأمريكية كمنشأة اختبار مستقلة لها.يستخدم بروتوكول الاختبار البكتيري الخاص بهم المكورات العنقودية الذهبية ككائن حي يبلغ حجمه التقريبي 0.6 ميكرومتر ويستخدم الاختبار الفيروسي عاثيات البكتيريا X174 التي يبلغ حجمها 0.027 ميكرومتر.تجدر الإشارة إلى أن حجم فيروس نقص المناعة البشرية يبلغ 0.08 ميكرومتر وفيروس التهاب الكبد الوبائي سي يبلغ 0.03 ميكرومتر، لذا فإن بروتوكول الاختبار يقدم انعكاسًا مناسبًا سريريًا لأدائهما. وبعبارة أخرى، فإن كفاءة الترشيح لفيروس التهاب الكبد الوبائي سي وفيروس نقص المناعة البشرية أعلى من الفيروس. كفاءة الترشيح المقدمة من مختبرات نيلسون