Mi a centrifugálás? Mire használható a módszer? A "centrifugálás" kifejezés egy anyag folyékony vagy szilárd részecskéinek különböző frakciókra történő szétválasztását jelenti centrifugális erők segítségével. Az anyagok ezt a szétválasztását speciális berendezések - centrifugák - segítségével hajtják végre. Mi a módszer elve?
Centrifugálási elv
Vizsgáljuk meg részletesebben a meghatározást. A centrifugálás az anyagokra gyakorolt hatás egy speciális berendezésben végzett ultranagy sebességű forgatással. Minden centrifuga fő része a forgórész, amely réseket tartalmaz a kémcsövek beszereléséhez, olyan anyaggal, amelyet külön frakciókra kell szétválasztani. A forgórész nagy fordulatszámú forgása során centrifugális erő lép működésbe. A kémcsövekbe helyezett anyagokat a sűrűség mértékének megfelelően különböző anyagokra választják szét. Például a talajvízminták centrifugálása elválasztja a folyadékot, és kicsapja a benne lévő szilárd anyagokat.
Szerzőmódszer
A tudós A. F. Lebegyev kísérletei után vált először ismertté, hogy mi a centrifugálás. A módszert egy kutató dolgozta ki a talajvíz összetételének meghatározására. Korábban erre a célra a folyékony ülepítést, majd a szilárd minták leválasztását alkalmazták. A centrifugálási módszer fejlesztése sokkal gyorsabban tette lehetővé ezzel a feladattal. Ennek az elválasztásnak köszönhetően lehetővé vált az anyagok szilárd frakciójának a folyadékból száraz formában történő kinyerése percek alatt.
A centrifugálás lépései
A differenciális centrifugálás a vizsgálandó anyagok ülepedésével kezdődik. Az anyag ilyen feldolgozása ülepítő tartályokban történik. Az ülepedés során az anyagrészecskék a gravitáció hatására szétválnak. Ez lehetővé teszi az anyagok előkészítését a jobb elválasztáshoz centrifugális erők segítségével.
Továbbá a kémcsövekben lévő anyagokat szűrjük. Ebben a szakaszban az úgynevezett perforált dobokat használják, amelyek célja a folyékony részecskék elválasztása a szilárd részecskéktől. A bemutatott tevékenységek során az összes üledék a centrifuga falain marad.
A módszer előnyei
Az egyes anyagok elválasztásának más módszereivel, például szűréssel vagy ülepítéssel összehasonlítva a centrifugálás minimális nedvességtartalmú csapadék előállítását teszi lehetővé. Ennek az elválasztási módszernek az alkalmazása lehetővé teszi a finoman diszpergált szuszpenziók elválasztását. Az eredmény az5-10 mikron méretű részecskék előállítása. A centrifugálás másik fontos előnye, hogy kis térfogatú és méretű berendezésekkel is megvalósítható. A módszer egyetlen hátránya az eszközök magas energiafogyasztása.
Centrifugálás a biológiában
A biológiában az anyagok különálló anyagokra történő szétválasztását akkor alkalmazzák, amikor mikroszkópos vizsgálatra preparátumokat kell készíteni. A centrifugálást itt összetett eszközökön - citotorokon - végzik. Az ilyen eszközök a kémcsövek nyílásai mellett mintatartókkal, mindenféle összetett kialakítású üveglemezzel vannak felszerelve. A kapott anyagok minősége és ennek megfelelően az elemzés eredményeiből leszűrhető hasznos információk mennyisége közvetlenül függ a centrifuga kialakításától a biológiai kutatások során.
Centrifugálás az olajfinomító iparban
A centrifugálási módszer nélkülözhetetlen az olajtermelésben. Vannak szénhidrogén-kövületek, amelyekből a desztilláció során nem szabadul fel teljesen a víz. A centrifugálás lehetővé teszi a felesleges folyadék eltávolítását az olaj összetételéből, javítva annak minőségét. Ebben az esetben az olajat benzolban feloldjuk, majd 60 oC-ra melegítjük, majd centrifugális erőnek vetjük alá. Végül mérje meg az anyagban maradt víz mennyiségét, és ha szükséges, ismételje meg az eljárást.
Vércentrifugálás
Ezt a módszert széles körben használják az orvostudománybancélokat. Az orvostudományban a következő számú probléma megoldását teszi lehetővé:
- Tisztított vérminták vétele plazmaferézishez. Ebből a célból a vérsejteket centrifugában választják el a plazmájától. A műtét lehetővé teszi a vér megszabadítását a vírusoktól, a felesleges antitestektől, a kórokozó baktériumoktól, a méreganyagoktól.
- Vér előkészítése donor transzfúzióhoz. Miután a testfolyadékot centrifugálással külön frakciókra bontották, a vérsejtek visszakerülnek a donorhoz, és a plazmát transzfúzióhoz használják fel vagy lefagyasztják későbbi felhasználásra.
- A vérlemezke tömeg izolálása. Az anyagot vérlemezkékkel dúsított vérplazmából nyerik. A kapott masszát az egészségügyi intézmények sebészeti és hematológiai osztályain, sürgősségi terápián, műtőkön használják. A vérlemezketömeg alkalmazása az orvostudományban lehetővé teszi az áldozatok véralvadásának javítását.
- Az eritrocitatömeg szintézise. A vérsejtek centrifugálása frakcióinak speciális technikával történő finom elválasztásával történik. A kész, vörösvértestekben gazdag masszát vérveszteség, műtétek esetén transzfúzióra használják. Az eritrociták tömegét gyakran használják vérszegénység és más szisztémás vérbetegségek kezelésére.
A modern orvosi gyakorlatban számos új generációs eszközt használnak, amelyek lehetővé teszik a forgó dob egy bizonyos sebességre történő felgyorsítását és egy adott pillanatban történő leállítását. Ez lehetővé teszi a vér pontosabb elkülönítését vörösvértestekre, vérlemezkékre, plazmára, szérumra ésvérrögök. Más testnedvek vizsgálata hasonló módon történik, különösen a vizelet összetételében lévő anyagokat különítik el.
Centrifugák: fő típusok
Kitaláltuk, mi az a centrifugálás. Most nézzük meg, milyen eszközöket használnak a módszer megvalósításához. A centrifugák zártak vagy nyitottak, mechanikus vagy kézi hajtással. A kézi nyitott eszközök fő munkarésze egy függőlegesen elhelyezett forgó tengely. Felső részén egy rúd van merőlegesen rögzítve, ahol mozgatható fém hüvelyek találhatók. Speciális, alul szűkített kémcsöveket tartalmaznak. A hüvelyek aljára vatta került, ami lehetővé teszi, hogy elkerüljük az üveg kémcső fémmel érintkező károsodását. Ezután a készüléket mozgásba hozzuk. Egy idő után a folyadékot elválasztják a lebegő szilárd anyagoktól. Ezt követően a kézi centrifugát leállítjuk. A kémcsövek alján sűrű, szilárd csapadék koncentrálódik. Fölötte az anyag folyékony része.
A mechanikus zárt típusú centrifugákban nagyszámú hüvely található a kémcsövek elhelyezéséhez. Az ilyen eszközök kényelmesebbek, mint a kézi. Rotorjaikat erős villanymotorok hajtják, és akár 3000 ford./perc sebességre is képesek. Ez lehetővé teszi a folyékony anyagok jobb elválasztását a szilárd anyagoktól.
A cső előkészítésének jellemzői centrifugálás közben
Csövek, amelyekhez használjákcentrifugálás után azonos tömegű vizsgálati anyaggal kell feltölteni. Ezért itt speciális, nagy pontosságú mérlegeket használnak a mérésekhez. Ha több cső kiegyensúlyozására van szükség egy centrifugában, a következő technikát kell alkalmazni. Egy pár üvegedény lemérése és azonos tömeg elérése után az egyiket szabványnak hagyjuk. A következő csöveket ezzel a mintával egyensúlyba hozzuk, mielőtt a készülékbe helyeznénk. Ez a technika jelentősen felgyorsítja a munkát, ha egy egész csősorozatot kell előkészíteni a centrifugáláshoz.
Érdemes megjegyezni, hogy soha nem tesznek túl sok vizsgálandó anyagot a kémcsövekbe. Az üvegedényeket úgy kell megtölteni, hogy a szélétől való távolság legalább 10 mm legyen. Ellenkező esetben az anyag centrifugális erő hatására kiömlik a kémcsőből.
Szupercentrifugák
A rendkívül finom szuszpenziók összetevőinek szétválasztásához a hagyományos kézi vagy mechanikus centrifugák nem elegendőek. Ebben az esetben a centrifugális erőkből származó anyagokra lenyűgözőbb hatásra van szükség. Az ilyen eljárások végrehajtásához szupercentrifugákat használnak.
A bemutatott terv eszközei kis átmérőjű - legfeljebb 240 mm átmérőjű - vakdobbal vannak felszerelve. Egy ilyen dob hossza jelentősen meghaladja a keresztmetszetét, ami lehetővé teszi a fordulatok számának jelentős növelését és erőteljes centrifugális erő létrehozását.
A szupercentrifugában a vizsgált anyag bejut a dobba, a cső mentén mozog, és speciális reflektorokat talál, amelyeket eldobnak.anyag a készülék falán. Vannak olyan kamrák is, amelyeket könnyű és nehéz folyadékok külön-külön szívására terveztek.
A szupercentrifuga előnyei a következők:
- abszolút tömörség;
- legmagasabb elválasztási arány;
- kompakt méret;
- az anyagok molekuláris szintű szétválasztásának lehetősége.
Zárásként
Így megtudtuk, mi az a centrifugálás. Jelenleg a módszert akkor alkalmazzák, amikor oldatok üledékeinek elkülönítésére, folyadékok tisztítására, biológiailag aktív és kémiai anyagok komponenseinek elkülönítésére van szükség. Az ultracentrifugákat az anyagok molekuláris szintű elválasztására használják. A centrifugálási módszert aktívan használják a vegyiparban, az olajiparban, a nukleáris iparban, az élelmiszeriparban, valamint az orvostudományban.
