La filtración con placa filtrante y papel de laboratorio permite separar sólidos suspendidos de líquidos mediante un medio poroso que retiene las partículas y deja pasar la fase líquida. La placa filtrante puede sustituir al embudo de Büchner y al papel de filtro cuando se necesita una superficie rígida, una distribución homogénea del flujo o una filtración conectada a vacío.
El papel filtro es una herramienta esencial en los laboratorios y se utiliza principalmente para la separación de sólidos de líquidos a través del proceso de filtración. Su uso abarca una amplia gama de aplicaciones en distintas disciplinas científicas.
Fundamento de la filtración
Filtrar es una de las técnicas más habituales en un laboratorio, consiste en separar un líquido de un sólido en suspensión. Dada la gran variedad de situaciones que pueden presentarse, no siempre es fácil decidir el filtro adecuado para la separación que pretendemos.
La filtración más común y elemental en un laboratorio es la filtración por gravedad donde la fuerza de filtración es la gravedad y solo se necesita un papel de filtro, un embudo y un vaso de precipitados. Se basa en la gravedad para permitir que el líquido pase a través de un filtro mientras las partículas sólidas quedan atrapadas.
En la filtración al vacío, la fuerza impulsora para que el líquido atraviese el filtro es la que ejerce la presión atmosférica cuando aplicamos el vacío al sistema. Es el método más rápido y a veces permite la filtración de aquellas suspensiones en las que la fuerza de gravedad no es suficiente para el proceso.
Una variante del método anterior es la filtración que aplica vacío durante el proceso para hacer pasar el líquido más rápidamente o separar partículas de tamaño más pequeño. En esta técnica el líquido es aspirado a través del filtro hacia un matraz conectado a una bomba de vacío.
Qué es una placa filtrante
Una placa filtrante es un elemento rígido y poroso que actúa como soporte o medio de filtración. El embudo de Büchner y el papel de filtro pueden sustituirse por una placa de filtración.
La base de vidrio con placa filtrante para filtración con membrana de 47 mm está fabricada en vidrio borosilicato con placa de vidrio sinterizado para una distribución homogénea del flujo. Es adecuada para análisis químicos, microbiológicos, control de calidad y preparación de muestras.
La base de vidrio con placa filtrante está disponible en versiones con junta de vidrio estándar esmerilada 40/38 o 50/42 con salida de oliva Ø 10 mm para vacío, y versiones sin esmerilado para rampas de filtración.
También existen bases filtrantes de vidrio para equipos de filtración de 47 mm, equipadas con placa de acero inoxidable de 2 µm de porosidad. Están disponibles como conjunto completo o en componentes individuales, como rejilla, disco PTFE o base sin placa.
Cuándo utilizar placa filtrante y cuándo papel
La placa filtrante resulta apropiada cuando se necesita un soporte rígido, una distribución homogénea del flujo o una conexión estable a un sistema de vacío. El papel de filtro resulta especialmente útil cuando se desea retener y recuperar el sólido, modificar rápidamente el grado de retención o realizar filtraciones sencillas por gravedad.
La utilidad principal de la filtración al vacío es separar un sólido de un líquido, cuando lo que se quiere recuperar es el sólido. Ofrece una menor superficie de filtración para recoger mejor el sólido.
El papel filtro puede usarse en un embudo de filtración, en un embudo de Büchner o como parte de un montaje de filtración al vacío. La elección depende principalmente del objetivo del ensayo, del tamaño de las partículas que se desean retener y de las condiciones de trabajo.
Filtración con papel de laboratorio
El papel filtro se coloca en un embudo de filtración y la mezcla se vierte sobre él. El líquido pasa a través del papel mientras las partículas sólidas quedan atrapadas.
Después de una reacción química, los precipitados, que son sólidos insolubles formados, pueden ser separados del líquido utilizando papel filtro. También se emplea para eliminar partículas finas y turbidez de los líquidos, obteniendo un líquido más claro y transparente.
El papel filtro puede usarse para analizar la cantidad de sólidos en una muestra líquida. Después de filtrar la muestra, el papel con los sólidos retenidos se seca y pesa para determinar la concentración de los sólidos.
En análisis de laboratorio, el papel filtro se usa para preparar muestras antes de realizar pruebas o mediciones, eliminando impurezas o partículas no deseadas. También se puede utilizar en la separación y análisis de componentes en mezclas, como en cromatografía en papel.
Procedimiento de filtración al vacío con papel
El material necesario incluye soporte, pinza metálica, embudo de Büchner, papel de filtro circular de un tamaño que cubra la base del embudo sin sobrepasarla, matraz de Kitasato, adaptador de goma o de caucho, varilla de vidrio y conexión a un sistema de vacío, como una bomba de succión o una trompa de agua.
En este caso se necesita un papel de filtro, un embudo Buchner, un matraz Kitasato, un tapón de goma perforado y una bomba de vacío. El embudo, junto con el filtro, se ajusta al matraz de Kitasato con un adaptador de goma o de caucho.
El montaje, sujetado con una pinza unida a un soporte con una nuez, se conecta al sistema de vacío. Se dispondrá de un círculo de papel de filtro de diámetro suficiente para que cubra la superficie del embudo de Büchner sin sobrepasarla.
El filtro puede mojarse con el mismo disolvente que contiene la suspensión. Seguidamente, se vierte lentamente la suspensión sobre el filtro con la ayuda de una varilla de vidrio, de forma que no se produzca el derramamiento de líquido.
El sólido retenido en el filtro puede lavarse con pequeñas porciones de disolvente, el mismo que contiene el líquido filtrado, y se dejará un tiempo conectado al vacío hasta que quede lo más seco posible.
Es necesario tener cuidado de que el sistema de vacío no succione parte del líquido filtrado o facilite la evaporación del disolvente durante el proceso.
Ventajas de los papeles plegados
Los pliegues del filtro actúan como acelerador de la filtración por gravedad y al utilizar toda la superficie útil del papel de filtro el volumen filtrado es mucho mayor que con los filtros planos doblados en 1/4.
Como ya hemos comentado en una entrada anterior los filtros de pliegues aumentan la velocidad de filtración con respecto a los lisos de las mismas características. Resultan útiles cuando se quiere facilitar el paso del líquido y mejorar la superficie efectiva de filtración.
Son prácticos para filtraciones repetidas o cuando se busca una preparación más rápida del montaje. Desde filtraciones de uso corriente hasta filtración de líquidos viscosos como jarabes, aceites y esencias, los papeles filtrantes se han producido con fibras de celulosa y algodón de alta calidad.
Tipos de papel filtro
Papel de filtro estándar
Fabricado en celulosa, el papel de filtro estándar no tiene características especiales y por esta razón puede ser suficiente para gran variedad de necesidades de filtración. Es muy habitual usarlo cuando nos interesa sobre todo el líquido del proceso de filtrado.
La transparencia del filtrado es la observación más importante en estos casos; cuando la retención del sólido no sea la que queremos tendremos que recurrir a un papel de poro más fino. La porosidad suele estar entre 5-11 µm.
Papel filtro cualitativo
Los papeles filtro cualitativos se utilizan en filtraciones para análisis de rutina generales en todo tipo de laboratorios, donde no se requiere una medición precisa de la cantidad de material retenido, con el máximo ahorro de tiempo.
Son, por tanto, de filtración rápida o extra-rápida. De uso habitual en industria alimentaria o farmacéutica, entre otros sectores.
El filtro de papel cualitativo tiene alguna cualidad o característica específica que lo hace adecuado para la separación que pretendemos. Esta característica específica o selectiva puede ser muy variada: grosor, tamaño de poro, resistencia en húmedo, velocidad de filtración y retención.
En muchas ocasiones usamos este papel porque nos interesa el producto sólido retenido de manera selectiva para realizar ensayos cualitativos. Además de para este uso general, hay un tipo de papel filtro cualitativo de grado analítico, para ensayos que requieren elevado nivel de precisión.
Papel filtro cuantitativo
Por otro lado, los papeles filtro cuantitativos tienen un grado de pureza superior, lo que los hace perfectos para separaciones precisas donde se necesite medir con exactitud la cantidad de sustancia retenida, como, por ejemplo, en análisis gravimétricos en química ambiental.
Usamos el filtro de papel cuantitativo en las operaciones previas de separación para un análisis cuantitativo. Por esta razón su característica más importante es no contener el elemento o sustancias que pretendemos determinar.
Un caso habitual son las gravimetrías donde el precipitado se recoge sobre un papel de filtro que luego se calcina y se pesa, la aportación de cenizas del papel debe ser nula o muy baja y conocida para un resultado correcto.
En otras ocasiones deberá estar exento de nitrógeno o grasas para analizar estas sustancias. La calidad del papel filtro se garantiza mediante un estricto control de calidad durante todo el proceso de fabricación, asegurando uniformidad y pureza consistentes de filtro a filtro.
Papel filtro de algodón y celulosa
El papel filtro de algodón está hecho de fibras de algodón y es utilizado en aplicaciones de filtración más gruesa. Los papeles de celulosa están especialmente diseñados para filtrar sustancias orgánicas y se utilizan en análisis de alimentos, aguas residuales y otras aplicaciones similares.
Los papeles filtrantes se producen con fibras de celulosa y algodón de alta calidad para ofrecer un resultado satisfactorio en diferentes procesos de filtración.
Filtros de fibra de vidrio y cuarzo
Cuando las condiciones de filtración son extremas usaremos filtros de fibra de vidrio o de cuarzo, capaces de resistir altas temperaturas y permanecer inertes biológica y químicamente. Se utilizan habitualmente en el control de emisiones y separaciones de polvo y gas a altas temperaturas.
Los filtros de fibra de vidrio se destacan por su alta resistencia térmica y química. Son ideales para la filtración de partículas finas y usados habitualmente para análisis de polvo en aire.
Estos filtros pueden suministrarse sin ligantes o con ligantes de tipo orgánico. Los filtros de cuarzo, por su parte, son muy utilizados en aplicaciones de alta precisión, especialmente en la ultrafiltración de líquidos con pequeñas partículas o en procesos que requieren gran estabilidad térmica.
También se emplean en aplicaciones de alta temperatura y químicamente agresivas, como en la filtración de productos petroquímicos o en análisis de residuos ambientales, donde se deben remover impurezas de la muestra sin alterar su composición.
Filtros de membrana
Los filtros de membrana son muy finos y permiten la separación de partículas de tamaño micrométrico o incluso más pequeños, lo que los hace fundamentales en aplicaciones científicas de alta precisión.
La característica diferencial de los filtros de membrana es que todo el sólido se queda retenido en la superficie del filtro. Su composición es muy variada e incluye formas modificadas de la celulosa, como acetatos y nitratos.
En este método se recurre al uso de membranas semipermeables con poros microscópicos para filtrar partículas de tamaños muy pequeños. Hay cuatro tipos: microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración u ósmosis inversa.
Pueden fabricarse en diferentes materiales en función de la aplicación: acetato de celulosa, poliamida, nylon, polietersulfona, PES, PTFE, polipropileno, PP, PVDF, policarbonato, celulosa regenerada o poliéster, entre otros materiales.
Comparación de filtros de laboratorio
| Tipo de filtro | Material | Tipo de retención | Aplicaciones habituales |
|---|---|---|---|
| Papel de filtro estándar | Celulosa | Retención mecánica de partículas en la estructura fibrosa, porosidad media, aprox. 5-11 µm. | Filtraciones rutinarias, separación de sólidos en suspensión y obtención de filtrados transparentes. |
| Papel de filtro cualitativo | Celulosa de diferentes grados | Variable según el grado de retención, velocidad de filtración y resistencia en húmedo. | Ensayos cualitativos, identificación de sustancias y separación selectiva de precipitados. |
| Papel de filtro cuantitativo | Celulosa de muy bajo contenido en cenizas | Retención de precipitados con mínima contaminación del residuo. | Análisis gravimétricos, determinaciones cuantitativas y procedimientos analíticos. |
| Filtro de membrana | PTFE, PES, nailon, acetato o nitrato de celulosa, PVDF, celulosa regenerada. | Retención superficial mediante un tamaño de poro perfectamente definido, 0,1-10 µm según aplicación. | Filtración estéril, microbiología, control microbiológico, clarificación de muestras y análisis instrumental. |
| Filtro de jeringa | Carcasa de polipropileno con membrana de PTFE, PES, nailon, PVDF, MCE u otros materiales. | Retención superficial mediante membranas intercambiables de poro calibrado, habitualmente 0,22 o 0,45 µm. | Preparación rápida de muestras para HPLC y cromatografía, esterilización de soluciones, microbiología y filtración de pequeños volúmenes sin contaminación cruzada. |
| Filtro de fibra de vidrio o cuarzo | Microfibra de vidrio o fibras de cuarzo | Retención en profundidad con elevada capacidad de carga y excelente resistencia térmica. | Filtración de partículas finas, análisis ambientales, control de emisiones, aerosoles y procesos a altas temperaturas. |
Formatos de papel filtro
Para responder a las diferentes necesidades de filtración podemos encontrar filtros de variados formatos, lisos, de pliegues, cartuchos, discos o cuadrados, cuadriculados.
Discos de papel filtro
Son la opción más habitual para filtraciones con embudos de laboratorio en prácticas de química, biología o ciencias naturales. Elige el diámetro según el tamaño del embudo: 90, 110, 125, 150 o 180 mm.
El diámetro debe elegirse según el tamaño del embudo y el volumen que se vaya a filtrar. Los discos pequeños encajan en montajes sencillos y los diámetros mayores son útiles para filtraciones de más volumen.
Discos plegados
Resultan útiles cuando se quiere facilitar el paso del líquido y mejorar la superficie efectiva de filtración. Son prácticos para filtraciones repetidas o montajes más rápidos.
Hojas, pliegos y resmas
Encajan bien cuando se necesita cortar el papel a medida o disponer de mayor cantidad para uso frecuente en el laboratorio. Conviene revisar las dimensiones, el número de hojas y el gramaje indicado.
Las resmas de papel filtro son paquetes grandes de filtros, que pueden cortarse según las necesidades del laboratorio. También pueden utilizarse para la absorción de líquidos y salpicaduras y como protector de mesas de trabajo o instrumentos.
Otros filtros de laboratorio
Cartuchos de extracción
Los cartuchos de extracción son filtros con estructura en forma de cartucho que contienen materiales adsorbentes para la extracción de compuestos específicos de líquidos.
Pueden ser de extracción de celulosa, de uso habitual en extractores tipo Soxhlet o similares, de microfibra de vidrio o de microfibra de cuarzo. Los cartuchos de extracción se utilizan sobre todo con el método de extracción Soxhlet.
Es un método en continuo que permite la extracción de compuestos solubles haciendo recircular el disolvente a través de la sustancia o material de la cual se quieren obtener los extractos.
Se necesita un matraz de bola, un cuerpo extractor Soxhlet, un condensador y un cartucho de extracción de tamaño adecuado al cuerpo extractor.
Filtros de acero inoxidable, nylon y tejido no tejido
Los filtros de acero inoxidable son ideales para filtración en condiciones rigurosas donde se requieren materiales duraderos y resistentes a la corrosión. Tienen alta resistencia química y son muy usados en filtración de líquidos de alta viscosidad o en procesos industriales.
Los filtros de malla de poliamida, nylon, ofrecen alta resistencia química y durabilidad. Se utilizan para aplicaciones como análisis de suelos, purificación de aguas de consumo, aplicaciones industriales y limpieza de soluciones.
Los filtros de tejido no tejido, de alta porosidad, permiten una filtración rápida y eficiente. Son idóneos para eliminar partículas grandes y residuos de muestras.
Filtros jeringa
Los filtros de jeringa son dispositivos de un solo uso diseñados para la purificación rápida de pequeños volúmenes de líquido, caracterizándose por albergar una membrana integrada de forma hermética dentro de una carcasa plástica.
Se puede filtrar un líquido aplicando presión mediante una jeringa y un filtro de jeringa. Esta técnica se utiliza cuando se quiere filtrar volúmenes muy pequeños o requisitos de purificación muy elevados, comúnmente en la técnica instrumental de cromatografía líquida.
Son herramientas indispensables en entornos analíticos avanzados, siendo su uso estándar en la preparación y clarificación de muestras previas a análisis por HPLC y cromatografía, garantizando la eliminación de micropartículas que podrían obstruir las columnas.
Filtros de venteo
Los filtros de venteo permiten que el aire entre o salga de un recipiente sin que entren contaminantes externos. Son usados para evitar la contaminación del ambiente de trabajo en contenedores de medios de cultivo, botellas de muestras de microbiología y protección de bombas de vacío en sistemas de filtración.
Aplicaciones específicas de la filtración
Clarificación de líquidos
La clarificación de líquidos consiste en eliminar partículas finas y turbidez para obtener un líquido más claro y transparente. La elección del papel filtro adecuado puede marcar una gran diferencia en la calidad y confiabilidad de los resultados obtenidos en el laboratorio.
Análisis gravimétrico
El papel filtro cuantitativo se utiliza cuando interesa medir con exactitud la cantidad de sustancia retenida. Su bajo contenido en cenizas reduce la contaminación del residuo durante la calcinación y la pesada.
Filtración de la fase móvil
La filtración de la fase móvil permite eliminar posibles partículas presentes en ella y desgasificarla, estabilizando la línea base y garantizando unos resultados precisos.
Este proceso de filtración se puede hacer de manera tradicional con membranas de esteres de celulosa o nylon, o bien con filtros de acero inoxidable que extraen el disolvente desde el fondo del bote de disolvente.
Microbiología
Si se necesita conocer la presencia de microorganismos bacterianos en un líquido, se utilizará una membrana de filtración como medio filtrante. Para esta técnica se necesita un embudo adecuado, una rampa de filtración y una bomba de vacío.
Una vez filtrado el líquido, la membrana se transferirá a una placa con medio de cultivo que se incubará y donde crecerán las colonias bacterianas.
Filtración de líquidos viscosos
Los filtros de cartucho son necesarios, por ejemplo, para los equipos de extracción que deben retener sustancias como aceites o grasas. Los papeles filtrantes plegados también pueden utilizarse para líquidos viscosos como jarabes, aceites y esencias.
Cómo elegir el papel o la placa filtrante
La elección del filtro depende principalmente del objetivo del ensayo, del tamaño de las partículas que se desean retener y de las condiciones de trabajo. En muchas ocasiones necesitaremos hacer pruebas previas para resolver una filtración concreta.
En prácticas educativas suele utilizarse papel filtro cualitativo para separaciones sencillas, mientras que el papel cuantitativo encaja mejor cuando se necesita una filtración más controlada o un análisis con menor residuo.
- Para filtraciones rutinarias y separación general de sólidos en suspensión, puede utilizarse papel de filtro estándar.
- Para ensayos cualitativos y separación selectiva de precipitados, conviene utilizar papel filtro cualitativo.
- Para análisis gravimétricos y determinaciones cuantitativas, se utiliza papel filtro cuantitativo.
- Para partículas muy pequeñas, filtración estéril o microbiología, se emplean filtros de membrana.
- Para pequeños volúmenes y preparación de muestras instrumentales, se utilizan filtros de jeringa.
- Para temperaturas elevadas o medios químicamente agresivos, se emplean filtros de fibra de vidrio o cuarzo.
- Para una filtración por gravedad más rápida, pueden utilizarse discos plegados.
- Para equipos Soxhlet, se utilizan cartuchos de extracción de tamaño adecuado al cuerpo extractor.
Elige el diámetro según el tamaño del embudo: 90, 110, 125, 150 o 180 mm. El papel debe cubrir la superficie filtrante sin sobrepasar los bordes.
Cuando se utiliza una placa filtrante de 47 mm, la base de vidrio con placa filtrante es adecuada para filtración con membrana y puede conectarse a vacío mediante una salida de oliva Ø 10 mm.
Montajes y accesorios
En el laboratorio los filtros se suelen utilizar junto con rampas de filtración, equipos de filtración, embudos de vidrio o embudos de porcelana tipo Buchner.
La base de vidrio con placa filtrante para filtración con membrana de 47 mm está fabricada en vidrio borosilicato con placa de vidrio sinterizado para una distribución homogénea del flujo.
Las bombas de vacío de laboratorio incluyen bombas de membrana sin aceite y de bajo ruido, con caudales de 10, 20 y 30 L/min para un vacío limpio y continuo. También existen bombas de recirculación de agua, con vacío estable hasta −0,09 MPa, y bombas de paletas rotativas lubricadas, con vacío final hasta 0,05 mbar para procesos exigentes.
Una bomba manual para vacío con manómetro permite generar presión hasta 760 mm Hg aproximadamente. El indicador de vacío es 760 mm vac/Hg y 30 in Hg vac; cuenta con vaso intermedio y tubos para conectar.
El montaje de filtración debe permanecer estable y las conexiones deben ajustarse correctamente para evitar pérdidas de vacío. El embudo, junto con el filtro, se ajusta al matraz de Kitasato con un adaptador de goma o de caucho.
Filtración por gravedad, vacío y presión
La filtración por presión positiva es parecida a la filtración por gravedad, con la diferencia de que se emplea una presión externa para empujar el líquido a través del medio filtrante y acelerar el proceso. Es habitual cuando las partículas no son muy finas y se utiliza en la industria química y alimentaria.
La filtración mediante filtros de cartucho emplea un cartucho de filtro de papel, vidrio o plástico para filtrar líquidos o gases. Es idónea para la filtración de soluciones más viscosas, como puede ser el aceite.
A pesar de que no es estrictamente filtración en el sentido tradicional, incluimos en esta clasificación a la centrifugación ya que se utiliza para separar partículas sólidas de líquidos mediante el uso de fuerzas centrífugas.
Se emplea cuando las partículas sólidas son más densas que el líquido y la filtración normal sería demasiado lenta. Sería el caso, por ejemplo, de la separación de células en un cultivo biológico.
Buenas prácticas durante la filtración
El papel de filtro debe tener un diámetro suficiente para cubrir la superficie filtrante sin sobrepasarla. Un filtro demasiado pequeño puede permitir el paso de la suspensión por los bordes, mientras que uno demasiado grande puede dificultar el sellado o plegarse durante el proceso.
El filtro puede mojarse con el mismo disolvente que contiene la suspensión. Seguidamente, se vierte lentamente la suspensión sobre el filtro con la ayuda de una varilla de vidrio, de forma que no se produzca el derramamiento de líquido.
El sólido retenido en el filtro puede lavarse con pequeñas porciones de disolvente, el mismo que contiene el líquido filtrado. En filtración al vacío, el sólido puede dejarse un tiempo conectado al vacío hasta que quede lo más seco posible.
En este caso, es necesario tener cuidado de que el sistema de vacío no succione parte del líquido filtrado o facilite la evaporación del disolvente durante el proceso.
Preguntas frecuentes
¿Para qué sirve el papel filtro en laboratorio?
Sirve para separar partículas sólidas de un líquido durante una filtración. Se utiliza habitualmente con embudos, vasos, matraces y otros utensilios de laboratorio.
¿Qué diámetro de papel filtro necesito?
El diámetro debe elegirse según el tamaño del embudo y el volumen que se vaya a filtrar. Los discos pequeños encajan en montajes sencillos y los diámetros mayores son útiles para filtraciones de más volumen.
¿Qué diferencia hay entre papel filtro cualitativo y cuantitativo?
El papel cualitativo se usa para filtraciones generales y prácticas educativas. El cuantitativo está pensado para trabajos analíticos donde interesa una filtración más controlada y menor aporte de residuos.
¿Puede sustituirse el papel por una placa filtrante?
El embudo de Büchner y el papel de filtro pueden sustituirse por una placa de filtración. La placa ofrece un soporte rígido y puede facilitar una distribución homogénea del flujo, especialmente en montajes de vacío.
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