化学

吸引ろ過と自然ろ過のやり方と方法!特徴と欠点を簡単に解説!

ろ過は実験・精製の基本!

化学実験は溶媒中に溶かして反応させるのが基本ですが、実験中に溶媒に不溶な固体や結晶が析出してくることがあります。液体と固体を分けるのが「ろ過」です。ろ過は精製操作の基本中の基本です。再結晶などをせずとも固体をろ過して洗浄することできれいな物質を取り出すことができる場合もあります

ろ過の基本は液体と固体を分けることですが、「固体が欲しいのか?」、「液体が欲しいのか?」によってろ過方法が変わります。また、ろ過する固体の性質、量などによってろ過に使用する器具や方法が変わります。ろ過をする前にこのあたりを整理しておきましょう。

自然ろ過と吸引ろ過とは?

ろ過の方法を2種類に分類すると、自然ろ過吸引ろ過に分けられます。文字通り、自然ろ過は重力で自然にろ過する方法で、吸引ろ過は陰圧をかけてろ過する方法です。

自然ろ過の特徴と利点・欠点とは?

自然ろ過はろ紙と重力を使って分離する普通のろ過です。ひだ折りろ紙(ヒダ付きろ紙)など折ったろ紙を普通の漏斗にセットしてろ過します。ろ紙を使った自然ろ過は、固体、液体どちらが欲しくても利用できます。自然ろ過が適する条件は

  1. 小さいスケールのろ過
  2. あまり細かくない粒子のろ過
  3. ろ別した固体を空気に触れさせたり、乾燥させたくない場合(ラネーニッケル、ナトリウムなど)
  4. 固体洗浄が容易な場合(粒子の大きさなどにより)
  5. あまり沸点が低くない溶媒のろ過

自然ろ過は吸引ろ過と比べて使用する器具の種類が少ないので後片付けが楽で、専用の器具がなくてもろ過できます。スケールがあまり大きくないようなろ過の場合や硫酸ナトリウム等の塩など粒子があまり大きくないような固体のろ過に適しています。粒子が細かいような固体など、固体を念入りに洗浄したいような場合は向いていません。またろ別したい固体の量が多い場合も不適です。

自然ろ過のやり方

自然ろ過は普通の漏斗で行います。ろ紙を使った方法と綿栓ろ過の2種類があります。綿栓ろ過は漏斗に綿やガラスウールを詰めてろ過する方法です。綿栓ろ過はろ別した固体が欲しい時はあまり向いていません。自然ろ過ではうまく行かなかった時に吸引ろ過に移行できる利点があります。

自然ろ過、ろ紙の折り方、ひだ折りろ紙の折り方自然ろ過の概略

4つ折りまたはひだ折りろ紙を漏斗に設置する。ひだ折りろ紙は4つ折りと比べてろ過スピードが早く、有機合成では良く使用される。無機化学や分析化学では4つ折りもよく利用されます。自然ろ過ではろ過固体を入れずに上澄みをろ過した後に固体を入れたほうがスピードが早くなります。受けは三角フラスコを使って、直接漏斗を三角フラスコに立てる場合もあります。ろ紙の代わりに綿栓ろ過も可能です。ビーカーの場合漏斗の足を内壁に伝わすようにして液がハネないようにしましょう。

ひだ折りろ紙の折り方は4つ折りにしてから、一辺を開いて2つに折り、もう一辺も開いて2つにおります。中心まで織りこむと折り目が集中して中央に穴があきやすくなるのでしっかりおらないようにします。

自然ろ過のときはろ紙を湿らして漏斗の内側に無理に貼り付けなくてよいです。有機合成では水が入るのが困る場合も多いので、水は使わないで溶媒を使います。

水は有機溶媒と比べて粘性や表面張力の影響でろ過スピードが遅く、ろ紙も脆くなっているので取扱に注意します。溶液を注ぐときはガラス棒などで伝わせてゆっくりと加えます。固体はスパーテルなどを使ってきれいに全て加えます。容器に残った固体は溶媒で共洗いをして加えます。

沈殿物は溶媒を使ってよく洗浄します。再結晶の時などは固体が溶けない溶媒を選択します。(冷やしたり極性が低いヘキサンなどを使う)

吸引ろ過の特徴と利点、欠点とは?

吸引ろ過は減圧することによってろ過する方法です。自然ろ過よりもろ過スピードが早く、固体を洗浄する必要がある場合や目の細かいろ紙を使用するときなどに使います。スケールが大きく沈殿が多い時なども吸引ろ過を使います。吸引方法は吸引力がちょうどよい水流アスピレーターを使うことが多いですが、有機合成では沸点の低いエーテルやジクロロメタンを使用することも多く、水に混入して問題になることもあるので、ダイアフラムポンプを使うことも多いです。油圧ポンプは溶媒混入も多く通常は使いません。

吸引ろ過で使用する漏斗は

  1. ブフナーロート
  2. 桐山ロート
  3. ガラスフィルター
  4. 目皿ロート

などがあります。ブフナーロートはろ過の穴が多く詰まりにくく、大型の漏斗があるので、固体が多く、液量も多いようなろ過のときに使います。

桐山ロートは専用の桐山ろ紙を使用する精密な漏斗で、ろ過の穴が一つしか無いので、ブフナーロートと比べてろ過スピードは遅く、詰まりやすいですが専用のろ紙を使用するのでしっかりとフィットして、目の細かいろ紙が選択できます。目の細かい粒子のろ過やセライトろ過などに向いています。固体が欲しい場合も桐山ロートは向いています。

ガラスフィルターはガラスのフィルターがついている漏斗で、目の細かさも選択できます。ろ紙はセットの仕方がうまくいかないと貫通することもありますが、ガラスフィルターではこのようなことは起こりません。簡単にろ過できるメリットがあります。フィルターの交換が効かないので、目が詰まるようなものはあまり使わないほうが良いです。ろ別した固体が欲しい場合は固体をかき出しにくいので向いていません。

自然ろ過のろ紙の折り方 ブフナーロートとガラスロート

吸引濾過のフィルターには

  • ろ紙
  • 綿栓(ガラスウール)
  • メンブレンフィルター

などがあります。

吸引ろ過のやり方・方法

吸引に利用する器具は、吸引瓶、濾過鐘、吸引アダプターなどがあります。

吸引瓶は吸引部分とフラスコが一体型になったものです。上にゴム栓などを使って漏斗を設置して吸引します。漏斗と吸引瓶にスリがあれば密着できます。

吸引瓶

濾過鐘は内部にビーカーや三角フラスコを設置できる鐘状の形をした容器です。下の動画にろ過鐘の使い方が見られます。濾液を直接ナスフラスコに入れることができます。ガラスすりが無いビーカーなども使用できます。

吸引アダプターは上下にスリと吸引口がついたアダプターで、下にナスフラスコ、上にスリ付きの漏斗やゴムせんに付けた漏斗を設置することで吸引ろ過ができます。

吸引ろ過ではろ紙をしっかりと漏斗に密着する必要があります。ろ紙は溶媒を使って密着させます(水でなくて良い)。吸引した状態でろ紙を動かそうとしても動かないような状態にします。ろ紙の裏表に注意します。

上澄みから先に流して固体を流した後、ろ紙上の固体をスパーテルやガラス栓で圧縮して溶媒を滲み出して吸引させます。濾液が落ちなくなったら、吸引をやめて、固体の洗浄溶媒を加えて固体をろ紙をめくらないように軽くかき混ぜてから再度吸引します。

濾過のポイント

強酸(濃硫酸)や強アルカリをろ過するときはろ紙が侵されるのでグラスフィルターを使います。

ろ過する粒子が細かい場合は濾過助剤(セライト)、セライトろ過を使います。

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こめやん
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こめやんは理学博士です!化学の面白さと学ぶメリットを少しでも伝えるために日々頑張ります! ツイッターにて疑問点や依頼などを募集しています! 論文の和訳やレポートのチェックなどでもお気軽にお待ちしております