Kas yra centrifugavimas? Kam naudojamas metodas? Terminas „centrifugavimas“reiškia skystų arba kietų medžiagos dalelių atskyrimą į įvairias frakcijas naudojant išcentrines jėgas. Toks medžiagų atskyrimas atliekamas naudojant specialius aparatus – centrifugas. Koks yra metodo principas?
Centrifugavimo principas
Apsvarstykime apibrėžimą išsamiau. Centrifugavimas – tai poveikis medžiagoms sukant itin dideliu greičiu specializuotame aparate. Pagrindinė bet kurios centrifugos dalis yra rotorius, kuriame yra angos mėgintuvėliams su medžiaga, kuri turi būti suskirstyta į atskiras frakcijas, sumontuoti. Kai rotorius sukasi dideliu greičiu, veikia išcentrinė jėga. Medžiagos, dedamos į mėgintuvėlius, pagal tankio lygį suskirstomos į skirtingas medžiagas. Pavyzdžiui, centrifuguojant požeminio vandens mėginius skystis atskiriamas ir jame esančios kietosios medžiagos nusodinamos.
Autoriusmetodas
Pirmą kartą paaiškėjo, kas yra centrifugavimas, po mokslininko A. F. Lebedevo atliktų eksperimentų. Metodą sukūrė mokslininkas dirvožemio vandens sudėčiai nustatyti. Anksčiau šiam tikslui buvo naudojamas skystas nusodinimas, po kurio iš jo atskiriami kietieji mėginiai. Centrifugavimo metodo sukūrimas leido su šia užduotimi susidoroti daug greičiau. Dėl šio atskyrimo tapo įmanoma per kelias minutes išskirti kietą medžiagų frakciją iš skysčio sausu pavidalu.
Centrifugavimo žingsniai
Diferencinis centrifugavimas prasideda nuo tiriamų medžiagų nusodinimo. Toks medžiagos apdorojimas vyksta nusodinimo rezervuaruose. Nusėdimo metu medžiagos dalelės atsiskiria veikiamos gravitacijos. Tai leidžia paruošti medžiagas geriau atskirti naudojant išcentrines jėgas.
Be to, mėgintuvėliuose esančios medžiagos filtruojamos. Šiame etape naudojami vadinamieji perforuoti būgnai, skirti skystoms dalelėms atskirti nuo kietųjų. Vykdant pateiktą veiklą visos nuosėdos lieka ant centrifugos sienelių.
Metodo pranašumai
Palyginti su kitais atskirų medžiagų atskyrimo būdais, tokiais kaip filtravimas ar nusodinimas, centrifugavimas leidžia gauti minimalaus drėgnumo nuosėdas. Naudojant šį atskyrimo metodą, galima atskirti smulkiai dispersines suspensijas. Rezultatas yragauti 5-10 mikronų dydžio daleles. Kitas svarbus centrifugavimo privalumas yra galimybė jį įgyvendinti naudojant mažo tūrio ir matmenų įrangą. Vienintelis metodo trūkumas yra didelis prietaisų energijos suvartojimas.
Centrifugavimas biologijoje
Biologijoje medžiagų atskyrimas į atskiras medžiagas naudojamas tada, kai reikia paruošti preparatus tyrimui mikroskopu. Centrifugavimas čia atliekamas sudėtinguose įrenginiuose - citoratoriuose. Tokiuose prietaisuose, be mėgintuvėlių angų, yra mėginių laikikliai, visų rūšių sudėtingos konstrukcijos stiklinės. Atliekant biologijos tyrimus, gautų medžiagų kokybė ir atitinkamai naudingos informacijos, kurią galima gauti iš analizės rezultatų, kiekis tiesiogiai priklauso nuo centrifugos konstrukcijos.
Centrifugavimas naftos perdirbimo pramonėje
Centrifugavimo metodas yra būtinas gaminant aliejų. Yra angliavandenilių fosilijų, iš kurių distiliuojant vanduo nevisiškai išsiskiria. Centrifugavimas leidžia pašalinti skysčio perteklių iš aliejaus sudėties ir pagerinti jo kokybę. Šiuo atveju aliejus ištirpinamas benzene, po to kaitinamas iki 60 oC ir veikiamas išcentrine jėga. Galiausiai išmatuokite medžiagoje likusio vandens kiekį ir, jei reikia, pakartokite procedūrą.
Kraujo centrifugavimas
Šis metodas plačiai naudojamas medicinojetikslus. Medicinoje tai leidžia išspręsti šias problemas:
- Išgryninto kraujo mėginių paėmimas plazmaferezei. Šiems tikslams kraujo ląstelės atskiriamos nuo plazmos centrifugoje. Operacija leidžia išvalyti kraują nuo virusų, antikūnų pertekliaus, patogeninių bakterijų, toksinų.
- Kraujo paruošimas donoro perpylimui. Atskyrus kūno skystį į atskiras frakcijas centrifuguojant, kraujo ląstelės grąžinamos donorui, o plazma naudojama perpylimui arba užšaldoma vėlesniam naudojimui.
- Trombocitų masės išskyrimas. Medžiaga gaunama iš kraujo plazmos, praturtintos trombocitais. Gauta masė naudojama gydymo įstaigų chirurgijos ir hematologijos skyriuose, skubioje terapijoje, operacinėse. Trombocitų masės naudojimas medicinoje leidžia pagerinti aukų kraujo krešėjimą.
- Eritrocitų masės sintezė. Kraujo ląstelių centrifugavimas vyksta subtiliai atskiriant jo frakcijas pagal specialią techniką. Paruošta masė, turinti daug eritrocitų, naudojama perpylimui netekus kraujo, operacijų. Eritrocitų masė dažnai naudojama anemijai ir kitoms sisteminėms kraujo ligoms gydyti.
Šiuolaikinėje medicinos praktikoje naudojama daug naujos kartos prietaisų, kurie leidžia pagreitinti besisukantį būgną iki tam tikro greičio ir tam tikru momentu jį sustabdyti. Tai leidžia tiksliau atskirti kraują į raudonuosius kraujo kūnelius, trombocitus, plazmą, serumą irkrešulių. Panašiai tiriami ir kiti kūno skysčiai, ypač atskiriamos šlapimo sudėtyje esančios medžiagos.
Centrifugos: pagrindiniai tipai
Supratome, kas yra centrifugavimas. Dabar išsiaiškinkime, kokie įrenginiai naudojami metodui įgyvendinti. Centrifugos yra uždarytos arba atviros, su mechanine arba rankine pavara. Pagrindinė rankinių atvirų įrenginių darbinė dalis yra vertikaliai išdėstyta besisukanti ašis. Viršutinėje jo dalyje statmenai pritvirtinta juosta, kurioje yra kilnojamos metalinės rankovės. Juose yra specialūs mėgintuvėliai, susiaurinti apačioje. Į rankovių apačią dedama vata, kuri leidžia išvengti stiklinio mėgintuvėlio pažeidimo, besiliečiančio su metalu. Tada aparatas paleidžiamas. Po kurio laiko skystis atskiriamas nuo suspenduotų kietųjų dalelių. Po to rankinė centrifuga sustabdoma. Mėgintuvėlių dugne susikaupia tankios kietos nuosėdos. Virš jos yra skystoji medžiagos dalis.
Mechaninės uždaro tipo centrifugos turi daug įvorių, skirtų mėgintuvėliams. Tokie įrenginiai yra patogesni nei rankiniai. Jų rotoriai varomi galingų elektros variklių ir gali įsibėgėti iki 3000 aps./min. Tai leidžia geriau atskirti skystąsias medžiagas nuo kietųjų.
Montelinio paruošimo centrifugavimo metu ypatybės
Vamzdžiai, kurie naudojamicentrifuguojant, turi būti užpildyta identiškos masės tiriamąja medžiaga. Todėl čia matavimams naudojamos specialios didelio tikslumo svarstyklės. Kai centrifugoje reikia subalansuoti kelis mėgintuvėlius, taikomas toks metodas. Pasvėrus porą stiklinių indų ir pasiekus vienodą masę, vienas iš jų paliekamas kaip standartas. Vėlesni mėgintuvėliai subalansuojami su šiuo mėginiu prieš įdedant į aparatą. Ši technika žymiai pagreitina darbą, jei reikia paruošti visą seriją mėgintuvėlių centrifugavimui.
Verta pažymėti, kad į mėgintuvėlius niekada nededama per daug tiriamosios medžiagos. Stikliniai indai užpildomi taip, kad atstumas iki krašto būtų ne mažesnis kaip 10 mm. Priešingu atveju medžiaga, veikiama išcentrinės jėgos, išbėgs iš mėgintuvėlio.
Supercentrifugos
Norint atskirti itin smulkių suspensijų sudedamąsias dalis, įprastų rankinių ar mechaninių centrifugų nepakanka. Šiuo atveju reikalingas įspūdingesnis išcentrinių jėgų poveikis medžiagoms. Įgyvendinant tokius procesus naudojamos supercentrifugos.
Pateikto plano įrenginiuose yra sumontuotas aklinas būgnas mažo skersmens - ne daugiau kaip 240 mm - vamzdžio pavidalu. Tokio būgno ilgis gerokai viršija jo skerspjūvį, todėl galima žymiai padidinti apsisukimų skaičių ir sukurti galingą išcentrinę jėgą.
Supercentrifugoje tiriamoji medžiaga patenka į būgną, juda vamzdeliu ir atsitrenkia į specialius atšvaitus, kurie išmetamimedžiaga ant prietaiso sienelių. Taip pat yra kamerų, skirtų atskiram lengvųjų ir sunkiųjų skysčių ištraukimui.
Supercentrifugos pranašumai:
- absoliutus sandarumas;
- didžiausias atskyrimo rodiklis;
- kompaktiškas dydis;
- galimybė atskirti medžiagas molekuliniu lygiu.
Pabaigoje
Taigi mes išsiaiškinome, kas yra centrifugavimas. Šiuo metu metodas pritaikomas, kai reikia išskirti tirpalų nuosėdas, išvalyti skysčius, atskirti biologiškai aktyvių ir cheminių medžiagų komponentus. Ultracentrifugos naudojamos medžiagoms atskirti molekuliniu lygiu. Centrifugavimo metodas aktyviai naudojamas chemijos, naftos, branduolinės, maisto pramonėje, taip pat medicinoje.
