Šta je centrifugiranje? Za šta se koristi metoda? Izraz "centrifugiranje" označava razdvajanje tekućih ili čvrstih čestica tvari na različite frakcije pomoću centrifugalnih sila. Ovo odvajanje supstanci se vrši upotrebom posebnih aparata - centrifuga. Koji je princip metode?
Princip centrifugiranja
Razmotrimo definiciju detaljnije. Centrifugiranje je uticaj na supstance ultra-brzinom rotacijom u specijalizovanom aparatu. Glavni dio svake centrifuge je rotor, koji sadrži proreze za ugradnju epruveta sa materijalom koji treba razdvojiti u zasebne frakcije. Prilikom rotacije rotora pri velikim brzinama dolazi do izražaja centrifugalna sila. Supstance koje se nalaze u epruvetama se razdvajaju na različite supstance prema nivou gustine. Na primjer, centrifugiranje uzoraka podzemne vode odvaja tekućinu i taloži čvrste tvari koje sadrži.
Autormetoda
Po prvi put se saznalo šta je centrifugiranje, nakon eksperimenata koje je sproveo naučnik A. F. Lebedev. Metodu je razvio istraživač za određivanje sastava vode u tlu. Ranije se u tu svrhu koristilo taloženje tečnosti praćeno odvajanjem čvrstih uzoraka iz nje. Razvoj metode centrifugiranja omogućio je mnogo brže rješavanje ovog zadatka. Zahvaljujući ovom razdvajanju, postalo je moguće izdvojiti čvrstu frakciju supstanci iz tečnosti u suvom obliku za nekoliko minuta.
Koraci centrifugiranja
Diferencijalno centrifugiranje počinje taloženjem supstanci koje treba istražiti. Takva obrada materijala odvija se u taložnicima. Prilikom taloženja, čestice materije se odvajaju pod uticajem gravitacije. Ovo omogućava da se supstance pripreme za bolje odvajanje korišćenjem centrifugalnih sila.
Dalje, supstance u epruvetama se filtriraju. U ovoj fazi koriste se takozvani perforirani bubnjevi, koji su dizajnirani da odvajaju tečne čestice od čvrstih. U toku prikazanih aktivnosti sav talog ostaje na zidovima centrifuge.
Prednosti metode
U poređenju sa drugim metodama za odvajanje pojedinačnih supstanci, kao što su filtracija ili taloženje, centrifugiranje omogućava dobijanje taloga sa minimalnim sadržajem vlage. Upotreba ove metode razdvajanja omogućava odvajanje fino dispergiranih suspenzija. Rezultat jedobijanje čestica veličine 5-10 mikrona. Još jedna važna prednost centrifugiranja je mogućnost njegove implementacije upotrebom opreme malih volumena i dimenzija. Jedini nedostatak metode je velika potrošnja energije uređaja.
Centrifugiranje u biologiji
U biologiji se razdvajanje supstanci u zasebne supstance koristi kada je potrebno pripremiti preparate 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. Kvalitet dobijenih materijala i, shodno tome, količina korisnih informacija koje se mogu izvući iz rezultata analize direktno zavisi od dizajna centrifuge prilikom izvođenja istraživanja u biologiji.
Centrifugiranje u industriji prerade nafte
Metoda centrifugiranja je nezamjenjiva u proizvodnji ulja. Postoje fosili ugljikovodika iz kojih se voda ne oslobađa u potpunosti tokom destilacije. Centrifugiranje omogućava uklanjanje viška tekućine iz sastava ulja, povećavajući njegovu kvalitetu. U ovom slučaju, ulje se rastvara u benzenu, zatim zagreva 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 mediciniciljevi. U medicini vam omogućava da riješite sljedeći broj problema:
- Dobijanje pročišćenih uzoraka krvi za plazmaferezu. U ove svrhe, krvne ćelije se odvajaju od plazme u centrifugi. Operacija omogućava da se krv oslobodi virusa, viška antitela, patogenih bakterija, toksina.
- Priprema krvi za transfuziju donora. Nakon odvajanja tjelesne tečnosti u zasebne frakcije centrifugiranjem, krvna zrnca se vraćaju davaocu, a plazma se koristi za transfuziju ili se zamrzava za kasniju upotrebu.
- Izolacija trombocitne mase. Supstanca se dobiva iz krvne plazme obogaćene trombocitima. Dobivena masa se koristi u hirurškim i hematološkim odeljenjima medicinskih ustanova, u hitnoj terapiji, operacionim salama. Upotreba trombocitne mase u medicini omogućava poboljšanje zgrušavanja krvi kod žrtava.
- Sinteza eritrocitne mase. Centrifugiranje krvnih zrnaca odvija se delikatnim 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 savremenoj medicinskoj praksi koriste se mnogi uređaji nove generacije, koji omogućavaju ubrzanje rotirajućeg bubnja do određene brzine i zaustavljanje u određenom trenutku. Ovo vam omogućava da preciznije odvojite krv na crvena krvna zrnca, trombocite, plazmu, serum iugrušci. Na sličan način se ispituju i druge tjelesne tečnosti, posebno se odvajaju supstance u sastavu urina.
Centrifuge: glavni tipovi
Shvatili smo šta je centrifugiranje. Sada hajde da saznamo koji se uređaji koriste za implementaciju metode. Centrifuge su zatvorene ili otvorene, sa mehaničkim ili ručnim pogonom. Glavni radni dio ručnih otvorenih uređaja je rotirajuća os smještena okomito. U njegovom gornjem dijelu je okomito fiksirana šipka gdje se nalaze pokretne metalne čahure. Sadrže posebne epruvete, sužene na dnu. Na dnu rukava je postavljena vata, što omogućava izbjegavanje oštećenja staklene epruvete u kontaktu s metalom. Zatim se uređaj pokreće. Nakon nekog vremena, tečnost se odvaja od suspendovanih čvrstih materija. Nakon toga, ručna centrifuga se zaustavlja. Gusti, čvrsti talog se koncentriše na dnu epruveta. Iznad njega je tečni dio supstance.
Mehaničke centrifuge zatvorenog tipa imaju veliki broj navlaka za smještaj epruveta. Takvi uređaji su praktičniji od ručnih. Njihove rotore pokreću snažni elektromotori i mogu ubrzati do 3000 o/min. Ovo omogućava bolje odvajanje tečnih supstanci od čvrstih.
Osobine pripreme epruvete tokom centrifugiranja
Cijeve koje se koriste zacentrifugiranja, mora se napuniti ispitnim materijalom identične mase. Zbog toga se ovdje za mjerenja koriste posebne skale visoke preciznosti. 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. Naredne epruvete se uravnotežuju sa ovim uzorkom prije nego što se stave u aparat. Ova tehnika značajno ubrzava rad ukoliko je potrebno pripremiti čitav niz epruveta za centrifugiranje.
Vrijedi napomenuti da se previše ispitivane supstance nikada ne stavlja u epruvete. Staklene posude se pune na način da razmak do ruba bude najmanje 10 mm. U suprotnom, supstanca će se izliti iz epruvete pod uticajem centrifugalne sile.
Supercentrifuge
Za odvajanje sastojaka izuzetno finih suspenzija, konvencionalne ručne ili mehaničke centrifuge nisu dovoljne. U ovom slučaju potreban je impresivniji učinak na tvari iz centrifugalnih sila. U implementaciji ovakvih procesa koriste se supercentrifuge.
Uređaji predstavljenog plana opremljeni su slijepim bubnjem u obliku cijevi malog promjera - ne više od 240 mm. Dužina takvog bubnja znatno premašuje njegov poprečni presjek, što omogućava značajno povećanje broja okretaja i stvaranje moćne 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 tečnosti.
Prednosti supercentrifuge uključuju:
- apsolutna zategnutost;
- najveća stopa razdvajanja;
- kompaktna veličina;
- mogućnost razdvajanja supstanci na molekularnom nivou.
Na zatvaranju
Tako smo otkrili šta je centrifugiranje. Trenutno metoda nalazi svoju primenu kada je potrebno izolovati sedimente rastvora, prečistiti tečnosti i odvojiti komponente biološki aktivnih i hemijskih supstanci. Ultracentrifuge se koriste za odvajanje supstanci na molekularnom nivou. Metoda centrifugiranja se aktivno koristi u hemijskoj, naftnoj, nuklearnoj, prehrambenoj industriji, kao iu medicini.
