Čo je to odstreďovanie? Na čo sa metóda používa? Výraz "odstreďovanie" znamená separáciu kvapalných alebo pevných častíc látky na rôzne frakcie pomocou odstredivých síl. Táto separácia látok sa vykonáva pomocou špeciálnych prístrojov - centrifúg. Aký je princíp metódy?
Princíp odstreďovania
Pozrime sa na definíciu podrobnejšie. Centrifugácia je vplyv na látky ultravysokou rýchlosťou otáčania v špecializovanom zariadení. Hlavnou časťou každej odstredivky je rotor, ktorý obsahuje štrbiny na inštaláciu skúmaviek s materiálom, ktorý sa má rozdeliť na samostatné frakcie. Počas otáčania rotora pri vysokých rýchlostiach vstupuje do hry odstredivá sila. Látky umiestnené v skúmavkách sa rozdeľujú na rôzne látky podľa úrovne hustoty. Napríklad odstredenie vzoriek podzemnej vody oddeľuje kvapalinu a vyzráža pevné látky, ktoré obsahuje.
Autormetóda
Po prvý raz vyšlo najavo, čo je centrifugácia, po experimentoch vedených vedcom A. F. Lebedevom. Metóda bola vyvinutá výskumníkom na určenie zloženia pôdnej vody. Predtým sa na tento účel využívalo usadzovanie kvapaliny, po ktorom nasledovalo oddelenie tuhých vzoriek z nej. Vývoj metódy odstreďovania umožnil zvládnuť túto úlohu oveľa rýchlejšie. Vďaka tejto separácii bolo možné extrahovať pevnú frakciu látok z kvapaliny v suchej forme v priebehu niekoľkých minút.
Kroky odstreďovania
Diferenciálna centrifugácia začína usadzovaním látok, ktoré sa majú skúmať. Takéto spracovanie materiálu prebieha v usadzovacích nádržiach. Pri usadzovaní sa častice hmoty oddeľujú vplyvom gravitácie. To umožňuje pripraviť látky na lepšiu separáciu pomocou odstredivých síl.
Potom sa látky v skúmavkách filtrujú. V tejto fáze sa používajú takzvané perforované bubny, ktoré sú určené na oddelenie kvapalných častíc od pevných. Počas prezentovaných činností všetok sediment zostáva na stenách odstredivky.
Výhody metódy
V porovnaní s inými metódami oddeľovania jednotlivých látok, ako je filtrácia alebo usadzovanie, centrifugácia umožňuje získať zrazeninu s minimálnym obsahom vlhkosti. Použitie tejto separačnej metódy umožňuje separovať jemne dispergované suspenzie. Výsledkom jezískanie častíc s veľkosťou 5-10 mikrónov. Ďalšou dôležitou výhodou centrifugácie je možnosť jej realizácie pomocou zariadení malých objemov a rozmerov. Jedinou nevýhodou metódy je vysoká spotreba energie zariadení.
Centrifugácia v biológii
V biológii sa separácia látok na samostatné látky využíva vtedy, keď je potrebné pripraviť prípravky na vyšetrenie pod mikroskopom. Centrifugácia sa tu vykonáva na zložitých zariadeniach - cytorotoroch. Takéto zariadenia sú okrem štrbín pre skúmavky vybavené držiakmi vzoriek, všetkými druhmi podložných sklíčok zložitého dizajnu. Kvalita získaných materiálov, a teda aj množstvo užitočných informácií, ktoré je možné získať z výsledkov analýzy, priamo závisí od konštrukcie centrifúgy pri vykonávaní výskumu v biológii.
Centrifugácia v priemysle spracovania ropy
Metóda odstreďovania je nevyhnutná pri výrobe ropy. Existujú uhľovodíkové fosílie, z ktorých sa pri destilácii voda úplne neuvoľňuje. Centrifugácia umožňuje odstrániť prebytočnú kvapalinu zo zloženia oleja, čím sa zvyšuje jeho kvalita. V tomto prípade sa olej rozpustí v benzéne, potom sa zahreje na 60 oC a potom sa vystaví odstredivej sile. Nakoniec zmerajte množstvo zostávajúcej vody v látke a v prípade potreby postup zopakujte.
Odstreďovanie krvi
Táto metóda je široko používaná v medicíneCiele. V medicíne vám umožňuje vyriešiť nasledujúci počet problémov:
- Získanie purifikovaných vzoriek krvi na plazmaferézu. Na tieto účely sa krvné bunky oddelia od jeho plazmy v centrifúge. Operácia umožňuje zbaviť krv vírusov, prebytočných protilátok, patogénnych baktérií, toxínov.
- Príprava krvi na transfúziu darcu. Po oddelení telesnej tekutiny na samostatné frakcie centrifugáciou sa krvinky vrátia darcovi a plazma sa použije na transfúziu alebo sa zmrazí na neskoršie použitie.
- Izolácia hmoty krvných doštičiek. Látka sa získava z krvnej plazmy obohatenej o krvné doštičky. Výsledná hmota sa používa na chirurgických a hematologických oddeleniach zdravotníckych zariadení, v urgentnej terapii, operačných sálach. Použitie hmoty krvných doštičiek v medicíne umožňuje zlepšiť zrážanlivosť krvi u obetí.
- Syntéza hmoty erytrocytov. Centrifugácia krviniek prebieha jemnou separáciou ich frakcií podľa špeciálnej techniky. Hotová hmota bohatá na erytrocyty sa používa na transfúziu pri strate krvi, operáciách. Erytrocytová hmota sa často používa na liečbu anémie a iných systémových ochorení krvi.
V modernej lekárskej praxi sa používa množstvo zariadení novej generácie, ktoré umožňujú zrýchliť rotujúci bubon na určitú rýchlosť a v určitom okamihu ho zastaviť. To vám umožní presnejšie rozdeliť krv na červené krvinky, krvné doštičky, plazmu, sérum azrazeniny. Ostatné telesné tekutiny sa vyšetrujú podobným spôsobom, najmä sa oddeľujú látky v zložení moču.
Odstredivky: hlavné typy
Prišli sme na to, čo je to odstreďovanie. Teraz poďme zistiť, aké zariadenia sa používajú na implementáciu metódy. Centrifúgy sú buď uzavreté alebo otvorené, s mechanickým alebo ručným pohonom. Hlavnou pracovnou časťou ručných otvorených zariadení je vertikálne umiestnená rotačná os. V jeho hornej časti je kolmo upevnená tyč, kde sú umiestnené pohyblivé kovové objímky. Obsahujú špeciálne skúmavky, v spodnej časti zúžené. Na spodku rukávov je umiestnená vata, čo umožňuje zabrániť poškodeniu sklenenej skúmavky pri kontakte s kovom. Potom sa zariadenie uvedie do pohybu. Po určitom čase sa kvapalina oddelí od suspendovaných pevných látok. Potom sa ručná odstredivka zastaví. Hustá tuhá zrazenina sa koncentruje na dne skúmaviek. Nad ním je tekutá časť látky.
Mechanické centrifúgy uzavretého typu majú veľký počet puzdier na umiestnenie skúmaviek. Takéto zariadenia sú pohodlnejšie ako manuálne. Ich rotory sú poháňané výkonnými elektromotormi a sú schopné zrýchliť až do 3000 otáčok za minútu. To umožňuje lepšie oddelenie kvapalných látok od pevných.
Funkcie prípravy skúmaviek počas centrifugácie
Rúry, ktoré sa používajú naodstreďovaním, musia byť naplnené testovaným materiálom rovnakej hmotnosti. Preto sa tu na merania používajú špeciálne vysoko presné váhy. Keď sa vyžaduje vyváženie viacerých skúmaviek v centrifúge, použije sa nasledujúca technika. Po zvážení páru sklenených nádob a dosiahnutí rovnakej hmotnosti sa jedna z nich štandardne ponechá. Nasledujúce skúmavky sa ekvilibrujú touto vzorkou pred umiestnením do zariadenia. Táto technika výrazne urýchľuje prácu, ak je potrebné pripraviť celú sériu skúmaviek na centrifugáciu.
Za zmienku stojí, že do skúmaviek sa nikdy nevloží príliš veľa testovanej látky. Sklenené nádoby sa plnia tak, aby vzdialenosť od okraja bola minimálne 10 mm. V opačnom prípade látka vytečie zo skúmavky vplyvom odstredivej sily.
Supercentrifúgy
Na oddelenie zložiek extrémne jemných suspenzií bežné manuálne alebo mechanické odstredivky nestačia. V tomto prípade je potrebný pôsobivejší účinok na látky od odstredivých síl. Pri implementácii takýchto procesov sa používajú supercentrifúgy.
Zariadenia prezentovaného plánu sú vybavené slepým bubnom vo forme rúrky s malým priemerom - nie viac ako 240 mm. Dĺžka takéhoto bubna výrazne presahuje jeho prierez, čo umožňuje výrazne zvýšiť počet otáčok a vytvoriť silnú odstredivú silu.
V supercentrifúge testovaná látka vstupuje do bubna, pohybuje sa pozdĺž skúmavky a naráža na špeciálne reflektory, ktoré sú odhodené prečmateriál na stenách zariadenia. K dispozícii sú tiež komory určené na oddelený odber ľahkých a ťažkých kvapalín.
Výhody supercentrifúgy zahŕňajú:
- absolútna tesnosť;
- najvyššia miera separácie;
- kompaktná veľkosť;
- možnosť separácie látok na molekulárnej úrovni.
Na záver
Tak sme zistili, čo je to odstreďovanie. V súčasnosti metóda nachádza uplatnenie pri potrebe izolácie sedimentov roztokov, čistenia kvapalín a separácie zložiek biologicky aktívnych a chemických látok. Ultracentrifúgy sa používajú na separáciu látok na molekulárnej úrovni. Metóda odstreďovania sa aktívne používa v chemickom, ropnom, jadrovom, potravinárskom priemysle, ako aj v medicíne.
