3.6 微滤膜储存和膜性能的评价方法
3.6.1 微滤膜的储存
膜在长时间存放中，能保持良好的性能才具有实用价值。膜在不同环境条件下存放对膜性能会产生很大影响。湿膜对存放条件要求比较苛刻，与之相比，干膜的储存就比较简便。大量实验表明：干膜在室温条件下储存，其性能不受季节影响，但需储存在干燥洁净的环境中，以防膜发霉变质。
3.6.2 微滤膜的一般性能
（1）物理和机械性能 微孔滤膜膜厚一般为90～170μm，根据需要和可能，有时也可制成更薄或更厚一些。厚度常用0.001mm的螺旋千分尺测量，以稍有接触为限度。需要注意的是，一定不能用力过度，不然会使膜表面变形使得结果不准确。较严格的方法是用薄膜测厚仪测定，其优点是可使样品统一承受一固定的压力，得到比较精确的结果。
基本的机械性能是膜能否应用的重要标准。不能经受料液长期过滤和频繁清洗的膜的应用价值会因为经常更换膜组件（增加成本和清洗时间）和停止生产而大打折扣。
（2）渗透通量 微孔膜的渗透通量指的是单位时间单位膜面积的滤液量大小，其测定装置见图3-26。
（3-31）
图3-26 膜渗透通量测定装置
式中，J为膜的渗透通量，m3/（m2·s）；V为滤液累积体积，m3 ；A为膜的有效面积，m2 ；t为过滤时间，s。
（3）化学相容性（化学稳定性） 由于膜处理的对象非常广泛，故对膜的化学相容性就有一定的要求，即膜不能被处理的物质所溶胀、溶解或发生化学反应等；膜也不应对被处理的物质产生不良的影响。
膜的化学稳定性的测试的具体方法是将膜的样品分别放入酸、碱、过氧化物（例如过氧化氢）中浸泡一段时间（例如24h、48h、72h或120天），然后和没浸泡过的对照样品分别测定纯水通量和截留率等性能，若下降不超过10%即可认为比较稳定。
（4）细菌截留能力 其基本做法是拿试验用膜来过滤某种细菌，培养滤过液，若它不变浊（无菌）即可证明该膜对这种细菌是可截留的。
（5）可萃取物和灰分 可萃取物的测定是将样品放在沸水中，煮沸一定的时间，观察膜前后的重量的变化来进行的。分析水中的成分，可知主要的可萃取物，并对膜上截留的物质进行化学分析。膜的灰分是一重要的量，以此作为本底，需从测定值中扣除这一部分。
（6）毒性 一般做法是将一定面积的膜剪成碎片，浸入生理盐水中，在70℃下萃取一定时间后，将萃取液50mL/kg体重的量注入小白鼠中进行毒性实验。以无任何不良反应和明显症状作为合格的依据。
（7）耐热性 这关系到膜是否可进行热压消毒，在食品工业和医药行业中这项指标比较重要。
（8）孔隙率 微滤膜中微孔体积与微滤膜体积之比定义为孔隙率，其计算公式为：
（3-32）
式中，Ak为孔隙率；ρ0为微滤膜的表观密度，g/cm3；ρt为膜材料的密度，g/cm3。
3.6.3 微滤膜的形貌及关键性能的表征
（1）膜的形貌 膜的表面及断面形貌可以通过扫描电子显微镜（SEM）（图3-27）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）来观测。
图3-27 扫描电子显微镜（SEM）及某膜的表面及断面形貌
（2）平均孔径和孔径分布 微滤膜的孔径，对严格控制成膜条件和选择滤膜的最佳使用极为重要。通常，微滤膜的标定孔径范围为0.1μm、0.2μm、0.45μm、0.65μm、3.0μm和5.0μm；当用于冷消毒时则采用绝对孔径。
一般商品膜在标出孔径的同时，都告知孔径的测试方法。膜孔径的测试方法较多，归纳起来大体可分为直接法和间接法两种。
①直接法。包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）观测和图像分析以测定微滤膜的孔径，其特点是直观、直接。前两者应用较多，使用时需要注意样品的制备，一定要保证膜结构的真实性。
原子力显微镜法是一种表征微滤膜和超滤膜的新方法［65，66］，当用直径小于1×10-8m的非常尖的探针以恒定的力扫过被测表面时，探针顶部的原子会和样品发生London-cander Waals相互作用，通过检测这些力就可得到样品表面的扫描结构。运用微尺度的悬臂，可以实现在小于1×10-9N的相互作用力下的检测，因此，使用这种方法可检测膜的表面。此方法的优点是膜表面可在空气中扫描而无需特别处理，得到的扫描曲线不但可表现可能存在的孔的位置和尺寸，而且可清晰地表征出表面粗糙程度及膜的三维图像。如果此种方法和SEM等其他方法结合起来，可以取得很好的效果。
②间接法。是依据多孔体所呈现的某种物理性质并按照有关公式换算来计算孔径的，所以对同一微孔膜测试所得的孔径也不尽相同，但它们之间存在一定的关系。间接方法主要有：
a.气压法（泡点法）。气压法是一种利用毛细管现象进行测量的方法。在20世纪初，Bechold就曾使用过这种方法。其大体步骤如下：将大小合适的膜浸润后，装入测试池中；再在膜上注入一薄层液体（例如水），从下面通入氮气，使压力缓缓上升，压力升高到一定程度后，水面上出现第一个泡并连续不断出泡时，此刻的压力可用来计算最大孔径（图3-28）。这是因为膜上覆盖的液体润湿了膜，当空气气泡半径与孔半径相等时，会穿过孔，此时接触角为0°，气泡将在先通过最大的孔的地方产生。压力和孔半径可由Laplace方程确定。
（3-33）
图3-28 气压法实验装置图
1—精密压力表；2—滤膜测试池；3—调节阀
式中，R为毛细管半径，m；σ为液体/空气表面张力，N/m，θ为液体与孔壁间接触角，（°）；p为压力，N/m2。
气压法简单易行，广泛用于产品质量和控制和使用量的检查。但是由于气压法计算所得的只是最大孔径，此值常较产品规格指标大数倍。此方法使用的设备非常简单，因润湿机理的不同，液体可不用水。由于醇类的表面张力比水要小，使测量压力降低，一般采用异丙醇。此方法不仅可以测量最大的孔，也能通过分段升压的方法来测定孔径分布，但是要注意升压速率，液体和膜材料的亲和性等因素的影响。
b.压汞法。它是泡点法的变种（图3-29）。该方法是将汞注入干膜中，并在不同压力下测定汞的体积、压力和体积的关系。根据公式（3-33），此时，σ为汞/空气界面的表面张力，0.48N/m，θ为水银和膜的接触角，为141.3°。
根据不同压力下汞进入膜样品的累积体积，可得孔径-孔百分比的累积曲线，微分后可得孔径分布曲线（图3-30）。采用此法可测定平均孔径和孔径分布，但由于实际的膜有重金属水银，对人体有害且价格较高，需耐高压设备，水银同试样的实际接触角不可能总是140°，实际细孔的形态不总是笔直圆筒形的孔等都可能给测量带来误差。总的来说，压汞法的缺点较多，因此实际应用较少，但不失为一种可行的测量方法。
图3-29 压汞法实验装置示意图
1—检流计；2—惠斯登电桥；3—膨胀计；4—测孔室；5—高压筒体；6—恒温度；7—密封盖；8—倍加器；9—油杯；10—泵；11—泄放阀；12—进油阀；13—微压阀；14—低压阀；15—中压阀；16—高压阀
图3-30 某样品的孔径分布曲线
c.干湿膜空气滤速法。干湿膜空气滤速法的实验装置见图3-31。当空气通过干膜时，渗透速率随压力增加呈线性关系，而通过湿膜时，在泡点压力处仅最大孔径处有气体通过，当压力再逐渐增加时，才能使越来越多的孔打开通道。流速-压力关系可见图3-32；平均孔径所对应的压力，是指通过湿膜的渗透速率仅为干膜的一半所用的压力。将湿膜的曲线微分，可得孔径分布曲线。
d.已知颗粒通过法。是根据对一些已知颗粒直径的物质进行过滤，检查它们是否通过膜孔而估算出孔径大小的方法。已知物质一般有固体微粒和微生物等，其中有代表性的是美国Dow Chemical公司出售的聚苯乙烯胶乳，它的平均直径有0.48μm和0.81μm两种，可用来进行测量。用聚苯乙烯胶乳检测有以下方法：这种胶乳的分散液用膜过滤，然后用扫描电镜对膜表面上的粒子和膜孔径进行观察、对比，从而估算孔径的方法。不用扫描电镜而用光散射法检验滤液中是否有胶乳通过；接下来过滤含有已知体径的微生物的液体，然后在一定条件下进行培养，并观察滤液是否浑浊，以此间接的推测膜孔径的范围。孔径与指示菌的关系见表3-6。
图3-31 干湿膜空气滤速法测定孔径的装置示意图
1—精密压力表；2—湿膜夹；3—流量计；4—泡点监测器；5—换向阀；6—干膜夹；7—调节阀
图3-32 干湿法测平均孔径时流速-压力关系
1—干膜气体流量；2—湿膜气体流量；3—干膜气体半流量；4—平均孔径所对应的压力；5—泡点压力
表3-6 微孔滤膜的孔径与指示菌的关系
此方法对于制药业中的无菌检验是一种高效而灵敏的手段。
e.泡点法+滤速法干湿膜空气滤速法。测定装置与泡压法相近。将膜装入测试池中，逐渐加压使水通过被测定的膜；在排除所有气泡后，使压力升到一定值，并收集一定时间内的流出量，从测定的各个值和查得的值就可计算出平均孔径。这种方法基于膜中的孔为圆球形或圆柱形，但由于实际的微滤膜绝大多数为曲孔（即不规则孔），故使用此种方法有较大偏差，且实验结果难以解释。因此方法虽简单却较少采用。
3.6.4 商业微滤膜
国内外从事微滤研究、开发和生产的单位很多，因而产品的种类也十分繁多。请查阅相关资料。