Što je centrifugiranje? Za što se metoda koristi? Pojam "centrifugiranje" znači razdvajanje tekućih ili čvrstih čestica tvari u različite frakcije pomoću centrifugalnih sila. Ovo odvajanje tvari provodi se korištenjem posebnih aparata - centrifuga. Koji je princip metode?
Princip centrifugiranja
Razmotrimo definiciju detaljnije. Centrifugiranje je utjecaj na tvari ultra-brzinom rotacijom u specijaliziranom aparatu. Glavni dio svake centrifuge je rotor koji sadrži utore za ugradnju epruveta s materijalom koji se odvaja u zasebne frakcije. Tijekom rotacije rotora pri velikim brzinama dolazi do izražaja centrifugalna sila. Tvari smještene u epruvete se prema stupnju gustoće razdvajaju na različite tvari. Na primjer, centrifugiranje uzoraka podzemne vode odvaja tekućinu i taloži krute tvari koje sadrži.
Autormetoda
Po prvi put se doznalo što je centrifugiranje, nakon eksperimenata koje je proveo znanstvenik A. F. Lebedev. Metodu je razvio istraživač kako bi odredio sastav vode u tlu. Ranije se u tu svrhu koristilo taloženje tekućine nakon čega je slijedilo odvajanje čvrstih uzoraka iz nje. Razvoj metode centrifugiranja omogućio je puno brže rješavanje ovog zadatka. Zahvaljujući ovom odvajanju, postalo je moguće izdvojiti čvrstu frakciju tvari iz tekućine u suhom obliku za nekoliko minuta.
Koraci centrifugiranja
Diferencijalno centrifugiranje počinje taloženjem tvari koje se trebaju istražiti. Takva obrada materijala odvija se u taložnicima. Tijekom taloženja čestice tvari se odvajaju pod utjecajem gravitacije. To omogućuje pripremu tvari za bolje odvajanje pomoću centrifugalnih sila.
Dalje, tvari u epruvetama se filtriraju. U ovoj fazi koriste se takozvani perforirani bubnjevi koji su namijenjeni odvajanju tekućih čestica od čvrstih. Tijekom prikazanih aktivnosti sav talog ostaje na zidovima centrifuge.
Prednosti metode
U usporedbi s drugim metodama za odvajanje pojedinačnih tvari, kao što su filtracija ili taloženje, centrifugiranje omogućuje dobivanje taloga s minimalnim sadržajem vlage. Korištenje ove metode razdvajanja omogućuje odvajanje fino dispergiranih suspenzija. Rezultat jedobivanje čestica veličine 5-10 mikrona. Druga važna prednost centrifugiranja je mogućnost njegove provedbe pomoću opreme malih volumena i dimenzija. Jedini nedostatak metode je visoka potrošnja energije uređaja.
Centrifugiranje u biologiji
U biologiji se razdvajanje tvari u zasebne tvari koristi kada je potrebno pripremiti pripravke za ispitivanje pod mikroskopom. Centrifugiranje se ovdje provodi na složenim uređajima - citorotorima. Takvi uređaji, osim utora za epruvete, opremljeni su držačima uzoraka, svim vrstama staklenih stakala složenog dizajna. Kvaliteta dobivenih materijala i, sukladno tome, količina korisnih informacija koja se može prikupiti iz rezultata analize izravno ovisi o dizajnu centrifuge prilikom provođenja istraživanja u biologiji.
Centrifugiranje u industriji prerade nafte
Metoda centrifugiranja je nezamjenjiva u proizvodnji ulja. Postoje fosili ugljikovodika iz kojih se tijekom destilacije voda ne oslobađa u potpunosti. Centrifugiranje omogućuje uklanjanje viška tekućine iz sastava ulja, povećavajući njegovu kvalitetu. U tom slučaju, ulje se otopi u benzenu, zatim zagrijava na 60 oC, a zatim se podvrgava centrifugalnoj sili. Na kraju izmjerite količinu preostale vode u tvari i, ako je potrebno, ponovite postupak.
Centrifugiranje krvi
Ova metoda se široko koristi u mediciniciljeve. U medicini vam omogućuje rješavanje sljedećeg broja problema:
- Dobivanje pročišćenih uzoraka krvi za plazmaferezu. U te se svrhe krvne stanice odvajaju od plazme u centrifugi. Operacija omogućuje oslobađanje krvi od virusa, viška antitijela, patogenih bakterija, toksina.
- Priprema krvi za transfuziju darivatelja. Nakon odvajanja tjelesne tekućine u zasebne frakcije centrifugiranjem, krvne stanice se vraćaju davatelju, a plazma se koristi za transfuziju ili se zamrzava za kasniju upotrebu.
- Izolacija mase trombocita. Tvar se dobiva iz krvne plazme obogaćene trombocitima. Dobivena masa koristi se u kirurškim i hematološkim odjelima medicinskih ustanova, u hitnoj terapiji, operacijskim sobama. Upotreba trombocitne mase u medicini omogućuje poboljšanje zgrušavanja krvi kod žrtava.
- Sinteza mase eritrocita. Centrifugiranje krvnih stanica događa se osjetljivim odvajanjem njegovih frakcija prema posebnoj tehnici. Gotova masa, bogata eritrocitima, koristi se za transfuziju u slučaju gubitka krvi, operacija. Masa eritrocita se često koristi za liječenje anemije i drugih sistemskih bolesti krvi.
U suvremenoj medicinskoj praksi koriste se mnogi uređaji nove generacije, koji omogućuju ubrzanje rotirajućeg bubnja do određene brzine i zaustavljanje u određenom trenutku. To vam omogućuje preciznije odvajanje krvi u crvene krvne stanice, trombocite, plazmu, serum iugrušaka. Na sličan način se ispituju i druge tjelesne tekućine, posebno se odvajaju tvari u sastavu urina.
Centrifuge: glavne vrste
Shvatili smo što je centrifugiranje. Sada ćemo saznati koji se uređaji koriste za provedbu metode. Centrifuge su zatvorene ili otvorene, s mehaničkim ili ručnim pogonom. Glavni radni dio ručnih otvorenih uređaja je rotirajuća os koja se nalazi okomito. U njegovom gornjem dijelu okomito je pričvršćena šipka, gdje se nalaze pomične metalne čahure. Sadrže posebne epruvete, sužene na dnu. Na dno rukava stavlja se vata, što omogućuje izbjegavanje oštećenja staklene epruvete u dodiru s metalom. Zatim se uređaj pokreće. Nakon nekog vremena, tekućina se odvaja od suspendiranih krutina. Nakon toga, ručna centrifuga se zaustavlja. Gusti, čvrsti talog koncentrira se na dnu epruveta. Iznad njega je tekući dio tvari.
Mehaničke centrifuge zatvorenog tipa imaju veliki broj rukavaca za smještaj epruveta. Takvi su uređaji prikladniji od ručnih. Njihove rotore pokreću snažni električni motori i sposobni su ubrzati do 3000 o/min. To omogućuje bolje odvajanje tekućih tvari od čvrstih.
Značajke pripreme epruvete tijekom centrifugiranja
Cijeve koje se koriste zacentrifugiranja, mora se napuniti ispitnim materijalom identične mase. Stoga se ovdje za mjerenja koriste posebne visokoprecizne vage. Kada je potrebno balansiranje više epruveta u centrifugi, koristi se sljedeća tehnika. Nakon vaganja par staklenih posuda i postizanja iste mase, jedna od njih se ostavlja kao standard. Sljedeće epruvete se uravnotežuju s ovim uzorkom prije nego što se stave u aparat. Ova tehnika značajno ubrzava rad ako je potrebno pripremiti cijeli niz epruveta za centrifugiranje.
Vrijedi napomenuti da se previše ispitivane tvari nikada ne stavlja u epruvete. Staklene posude pune se tako da razmak do ruba bude najmanje 10 mm. Inače će tvar izliti iz epruvete pod utjecajem centrifugalne sile.
Supercentrifuge
Za odvajanje sastojaka iznimno finih suspenzija, konvencionalne ručne ili mehaničke centrifuge nisu dovoljne. U ovom slučaju potreban je impresivniji učinak na tvari iz centrifugalnih sila. U provedbi takvih procesa koriste se supercentrifuge.
Uređaji predstavljenog plana opremljeni su slijepim bubnjem u obliku cijevi malog promjera - ne više od 240 mm. Duljina takvog bubnja značajno premašuje njegov poprečni presjek, što omogućuje značajno povećanje broja okretaja i stvaranje snažne centrifugalne sile.
U supercentrifugi, ispitivana tvar ulazi u bubanj, kreće se duž cijevi i udara u posebne reflektore koji se bacajumaterijala na zidovima uređaja. Postoje i komore dizajnirane za odvojeno povlačenje lakih i teških tekućina.
Prednosti supercentrifuge uključuju:
- apsolutna nepropusnost;
- najviša stopa razdvajanja;
- kompaktna veličina;
- mogućnost odvajanja tvari na molekularnoj razini.
Na kraju
Tako smo otkrili što je centrifugiranje. Trenutno metoda nalazi svoju primjenu kada je potrebno izolirati sedimente otopina, pročistiti tekućine i odvojiti komponente biološki aktivnih i kemijskih tvari. Ultracentrifuge se koriste za odvajanje tvari na molekularnoj razini. Metoda centrifugiranja aktivno se koristi u kemijskoj, naftnoj, nuklearnoj, prehrambenoj industriji, kao iu medicini.
