Vakuumfiltration: Effiziente Trennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten

Prinzip und Zweck

Vakuumfiltration ist ein Trennverfahren, um einen Feststoff aus einer Flüssigkeit zu entfernen. Meist ist der Feststoff in einer Lösung gelöst. Die Lösung kann ungesättigt, gesättigt oder übersättigt sein – der Unterschied liegt in der Konzentration des Feststoffs in der Flüssigkeit. Ein Filter trennt den Feststoff von der Flüssigkeit, und eine Vakuumpumpe saugt die Flüssigkeit durch den Filter.

Anwendung: Rekristallisierte Feststoffe gewinnen

In den meisten Fällen dient Vakuumfiltration dem Auffangen rekristalliserter Feststoffe. Das sind Teilchen, die in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel gelöst und dann durch Erhitzen zurückgewonnen (rekristallisiert) wurden. Die Flüssigkeit verdampft dabei.

Nachdem der Großteil der Flüssigkeit verdampft ist, wird der Becher- oder Kolbeninhalt auf ein Filterpapier gegeben, das in einem Büchner-Trichter liegt. Der Trichter ist mit einem Filterkolben verbunden, der einen seitlichen Anschluss hat, über den Luft mittels Gummischlauch an eine Vakuumquelle abgesaugt wird.

Durchführung

Der Gummischlauch wird zuerst an die Vakuumquelle angeschlossen und getestet. Ist am anderen Ende Saugkraft spürbar, wird er an den Seitenarm des Filterkolbens angeschlossen. Nach Befestigung sollte am oberen Teil des Filterkolbens Saugkraft herrschen.

Beim Eingießen der Probe auf das Filterpapier zieht das Vakuum das Lösungsmittel durch das Papier in den Filterkolben. Das Vakuum entfernt so viel Lösungsmittel wie möglich von den Feststoffkristallen. Der verbleibende Feststoff auf dem Filterpapier wird dann gesammelt und gewogen.

Trennung aus verschiedenen Lösungen

Vakuumfiltration wird auch genutzt, um Feststoffe aus Flüssiglösungen zu trennen. Ungesättigte Lösungen können noch mehr Feststoffe lösen, sind meist klar und ohne Schwebeteilchen. Gesättigte Lösungen können keine weiteren Feststoffe lösen, sind aber ebenfalls meist klar. Übersättigte Lösungen sind meist nicht klar und haben schwebende oder sinkende Teilchen.

Trennbarkeit

Lösungen mit Schwebeteilchen können durch Vakuumfiltration getrennt werden. Lösungen, in denen der Feststoff gelöst ist (ungesättigte Lösungen), erfordern meist chemische Behandlung oder Erhitzen, bevor Vakuumfiltration wirksam wird. Gesättigte Lösungen lassen sich grundsätzlich nicht per Vakuumfiltration trennen, aber bei passender Porengröße des Filterpapiers können einige Teilchen aufgefangen werden.

Einfluss der Porengröße

Die Menge des aufgefangenen Feststoffs hängt im Wesentlichen von der Porengröße des Filterpapiers ab. Kleinere Poren liefern mehr Material, größere Poren weniger. Die Porengröße eines Filterpapiers liegt allgemein unter einem Mikrometer Durchmesser.