کاغذ صافی یا کاغذ فیلتر (Filter paper) یک صفحه کاغذی نیمه تراوا است، که عمود بر جریان مایع یا هوا قرار داده شده و از آن برای جداسازی ذرات ریز جامد از سیالات (مایعات یا گازها) استفاده می شود.
کاغذهای صافی خواص مختلف و متفاوتی دارند، که برخی از آن ها عبارتند از: مقاومت در حالت مرطوب، میزان تخلخل، توانایی نگه داری ذرات، سرعت جریان حجمی، سازگاری با محیط های مختلف، کارآیی و ظرفیت صاف کردن.
دو مکانیزم فرآیند فیلتراسیون با کاغذ وجود دارد، که مکانیسم حجمی و سطحی هستند. در مکانیسم فیلتراسیون حجمی، ذرات در قسمت عمده ای از کاغذ فیلتر گیر می کنند. در مکانیسم فیلتراسیون سطحی، ذرات روی سطح کاغذ گیر می کنند. استفاده از کاغذ صافی بسیار زیاد است، زیرا حتی یک قطعه کوچک کاغذ صافی حجم قابل توجهی از مایع را جذب می کند.
مواد اولیه برای تولید کاغذهای صافی مختلف و متنوع است. خمیر کاغذ مورد استفاده برای تولید کاغذ صافی، می تواند از چوب نرم، چوب سخت، محصولات الیافی و الیاف معدنی باشد. برای تولید کاغذهای صافی با کیفیت بالا، از خمیر کاغذ محلول کننده و یا از خمیر کاغذ ویژه (mercerized pulp) استفاده می شود. بیشتر کاغذهای صافی با دستگاه های کوچک کاغذسازی ساخته می شوند. برای کاغذهای صافی آزمایشگاهی، ماشین ها ممکن است به اندازه عرض ۵۰ سانتی متر باشند. این کاغذها اغلب برای بهبود میزان تخلخل در آنها خرد می شود. برخی از کاغذهای صافی با استفاده از واکنشگرهای مناسب یا آغشته کردن با مواد ویژه، برای به دست آوردن خصوصیات مناسب عمل آوری می شوند.
کاغذهای صافی آزمایشگاهی
کاغذهای صافی به طور گسترده ای در عملیات آزمایشگاهی در زمینه های مختلف، مانند آزمایشگاه های زیست شناسی، شیمی و سایر آزمایشگاه ها که نیاز به جداسازی ذرات جامد از یک سیال باشد، مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین، نوع کاغذ صافی مورد استفاده، با توجه به هدف روش جداسازی و مواد شیمیایی موجود در محیط، بسیار متفاوت خواهد بود. عموماً، کاغذهای صافی با تکنیک های آزمایشگاهی، مانند استفاده از جاذبه ثقل یا صاف کردن با اعمال خلاء، استفاده می شوند.
کاغذهای صافی کیفی
از کاغذهای صافی کیفی (Qualitative filter) در روشهای تجزیه ای یا آنالیتیکال برای تعیین مواد استفاده می شود. کاغذ صافی کیفی با توجه به اندازه منافذ موجود در آنها که بسیار هم متنوع است، گریدهای مختلفی دارد. در کل، حدود ۱۳ درجه مختلف کاغذ صافی کیفی وجود دارد، که بزرگترین اندازه منافذ، در نوع درجه ۴ است. از طرف دیگر، کوچکترین اندازه منافذ در گرید ۶۰۲ h وجود دارد. پژوهشگران و کارشناسانی که در آزمایشگاه کار می کنند، اغلب با رایج ترین گریدهای کاغذ صافی از نوع ۱ الی ۴ استفاده می کنند.
گرید یا درجه ۱: کاغذ صافی کیفی گرید یا درجه ۱ دارای منافذی به اندازه ۱۱ میکرومتر است. این نوع کاغذ صافی به طور گسترده در بسیاری از زمینه های مختلف، مانند آنالیزهای کشاورزی، ثبت و نمایش آلودگی هوا و عملیات مشابه دیگر، استفاده می شود.
گرید یا درجه ۲: کاغذ صافی کیفی گرید ۲ یا درجه ۲ دارای منافذی به اندازه ۸ میکرومتر است. این نوع کاغذ صافی نسبت به کاغذ صافی درجه ۱ به زمان فیلتراسیون بیشتری نیاز دارد. از این نوع کاغذ صافی برای مونیتورینگ کردن آلاینده های خاص در جو زمین و آزمایش روی خاک ها استفاده می شود.
گرید یا درجه ۳: کاغذ صافی کیفی گرید ۳ یا درجه ۳ دارای منافذی به اندازه ۶ میکرومتر است. این نوع کاغذ صافی برای حمل نمونه پس از فیلتراسیون بسیار مناسب است.
گرید یا درجه ۴: کاغذ صافی کیفی گرید ۴ یا درجه ۴ دارای منافذی با اندازه ۲۰ ای ۲۵ میکرومتر است. این نوع کاغذ صافی دارای بزرگترین اندازه منافذ در بین تمام کاغذهای صافی کیفی استاندارد است. این نوع کاغذ صافی، برای پاکسازی سریع مایعات زمین شناسی یا مواد استخراج شده آلی در طی عملیات آزمایشگاهی بسیار مفید است.
تصویری از کاغذ صافی کیفی گرید ۴ واتمن (Whatman Filter 4)
با بزرگنمایی ۸۴۰ توسط میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM).
گرید یا درجه ۶۰۲ h: کاغذ صافی کیفی درجه ۶۰۲ h دارای منافذی به اندازه ۲ میکرومتر است. این نوع کاغذ صافی کوچکترین اندازه منافذ را در بین تمام کاغذهای صافی کیفی استاندارد دارد و برای جمع آوری یا از حذف ذرات ریز از سیالات مختلف استفاده می شود.
کاغذهای صافی کمّی
از کاغذهای صافی کمّی (Quantitative filter paper) که به کاغذ صافی بدون خاکستر (Ash less papers) نیز معروف هستند، برای آنالیز کمّی یا اندازه گیری، در روش های تجزیه وزنی یا تجزیه گراویمتری (Gravimetric analysis) استفاده می شود. در فرآیند تولید این نوع کاغذ صافی، از اسید برای کاغذ خاکستر کردن و خلوص بالا استفاده می شود.
کروماتوگرافی روشی است که از آن برای جداسازی ترکیبات موجود در یک مخلوط، استفاده می شود. این نوع کاغذ صافی با توجه به مجاری موئینه ای که دارد، سرعت جریان ویژه ای برای آب و میزان جذب حداکثر برای نتیجه کروماتوگرافی کاغذی دارد. سرعت جذب این نوع کاغذ صافی از ۶ سانتی متر تا ۱۸ سانتی متر و ضخامت آن از ۰٫۱۷ الی ۰٫۹۳ میلی متر است.
کارتوش یا تیمبل استخراج
کارتوش ها یا تیمبل های استخراج (Extraction thimbles) کاغذهای صافی لوله ای هستند، که اغلب در دستگاه های استخراج سوکسله (Soxhlet Extractors) یا استخراج کننده های اتمی، استفاده می شود. این وسیله برای تشخیص بسیار حساس، ایده آل بوده و عملکرد آن به ضخامت قطر داخلی بستگی دارد. همچنین، معمولاً در آزمایشگاه های کنترل موادغذایی و نظارت بر محیط زیست استفاده می شود.
صافی های الیاف شیشه
صافی های ساخته شده از الیاف شیشه (Glass fiber filter) دارای منافذی با ابعاد ۱ میکرومتر هستند و برای صاف کردن محلول های بسیار آلوده یا محلول هایی که صاف کردن آنها مشکل است، مفید هستند. همچنین، صافی های الیاف شیشه طول عمر زیادی دارند و برای جداسازی طیف وسیعی از ذرات مفید بوده و می تواند از آلودگی نمونه جلوگیری کند. علاوه براین، انواع مختلف صافی های الیاف شیشه برای شرایط مختلف فیلتراسیون مناسب هستند. حدود ۷ نوع مختلف صافی با الیاف شیشه وجود دارد و تفاوت عمده آنها در ضخامت آنها است.
صافی های تفلونی (PTFE Filters)
صافی های ساخته شده از پلی تترافلورواتیلن (PTFE) یا تفلون، دمای عملکرد بسیار گسترده ای (از منفی ۱۲۰ الی ۲۶۰ درجه سانتیگراد) دارند و در آنها، نفوذ پذیری هوا بالا است. مقاومت در برابر دمای بالا کاغذ صافی تفلونی (PTFE) را برای استفاده در اتوکلاو مناسب می کند. این ماده اغلب برای صاف کردن روغنهای گرم، حلالهای قوی و جمع آوری ذرات معلق در هوا استفاده می شود.