Wat is centrifugeren? Waar wordt de methode voor gebruikt? De term "centrifugeren" betekent de scheiding van vloeibare of vaste deeltjes van een stof in verschillende fracties met behulp van centrifugale krachten. Deze scheiding van stoffen wordt uitgevoerd door het gebruik van speciale apparaten - centrifuges. Wat is het principe van de methode?
Centrifugatieprincipe
Laten we de definitie in meer detail bekijken. Centrifugatie is de impact op stoffen door ultrasnelle rotatie in een gespecialiseerd apparaat. Het belangrijkste onderdeel van elke centrifuge is de rotor, die sleuven bevat voor het installeren van reageerbuisjes met materiaal dat in afzonderlijke fracties moet worden gescheiden. Tijdens het draaien van de rotor met hoge snelheden komt de middelpuntvliedende kracht in het spel. Stoffen die in reageerbuizen worden geplaatst, worden op basis van de dichtheid in verschillende stoffen gescheiden. Door bijvoorbeeld grondwatermonsters te centrifugeren, wordt de vloeistof gescheiden en worden de vaste stoffen die het bevat neergeslagen.
Auteurmethode
Voor het eerst werd bekend wat centrifugeren is, na de experimenten uitgevoerd door de wetenschapper A. F. Lebedev. De methode is ontwikkeld door een onderzoeker om de samenstelling van het bodemwater te bepalen. Voorheen werd hiervoor vloeistofbezinking gevolgd door afscheiding van vaste monsters hiervan gebruikt. De ontwikkeling van de centrifugatiemethode maakte het mogelijk om deze taak veel sneller aan te kunnen. Door deze scheiding werd het in enkele minuten mogelijk om de dikke fractie van stoffen in droge vorm uit de vloeistof te halen.
Stappen van centrifugeren
Differentiële centrifugatie begint met het bezinken van te onderzoeken stoffen. Een dergelijke verwerking van het materiaal vindt plaats in bezinktanks. Tijdens het bezinken worden stofdeeltjes onder invloed van de zwaartekracht afgescheiden. Hierdoor kunnen stoffen worden voorbereid voor een betere scheiding met behulp van centrifugale krachten.
Verder worden de stoffen in de reageerbuizen gefilterd. In dit stadium worden de zogenaamde geperforeerde trommels gebruikt, die zijn ontworpen om vloeibare deeltjes van vaste deeltjes te scheiden. Tijdens de gepresenteerde activiteiten blijft al het sediment op de wanden van de centrifuge achter.
Methode voordelen
Vergeleken met andere methoden voor het scheiden van afzonderlijke stoffen, zoals filtratie of bezinking, maakt centrifugeren het mogelijk om een neerslag te verkrijgen met een minimaal vochtgeh alte. Het gebruik van deze scheidingsmethode maakt het mogelijk om fijn gedispergeerde suspensies te scheiden. Het resultaat ishet verkrijgen van deeltjes met een grootte van 5-10 micron. Een ander belangrijk voordeel van centrifugeren is de mogelijkheid om het te implementeren met apparatuur van kleine volumes en afmetingen. Het enige nadeel van de methode is het hoge energieverbruik van apparaten.
Centrifugatie in de biologie
In de biologie wordt de scheiding van stoffen in afzonderlijke stoffen gebruikt wanneer het nodig is om preparaten voor te bereiden voor onderzoek onder een microscoop. Centrifugatie wordt hier uitgevoerd op complexe apparaten - cytorotors. Dergelijke apparaten zijn, naast sleuven voor reageerbuisjes, uitgerust met monsterhouders, allerlei soorten glasplaatjes met een complex ontwerp. De kwaliteit van de verkregen materialen en bijgevolg de hoeveelheid nuttige informatie die uit de resultaten van de analyse kan worden afgeleid, hangt rechtstreeks af van het ontwerp van de centrifuge bij het uitvoeren van onderzoek in de biologie.
Centrifugatie in de olieraffinage-industrie
De centrifugatiemethode is onmisbaar bij de olieproductie. Er zijn koolwaterstoffossielen waaruit water niet volledig vrijkomt tijdens destillatie. Centrifugatie maakt het mogelijk om overtollige vloeistof uit de samenstelling van de olie te verwijderen, waardoor de kwaliteit ervan toeneemt. In dit geval wordt de olie opgelost in benzeen, vervolgens verwarmd tot 60 °C en vervolgens onderworpen aan middelpuntvliedende kracht. Meet ten slotte de hoeveelheid resterende water in de stof en herhaal indien nodig de procedure.
Bloedcentrifugeren
Deze methode wordt veel gebruikt voor medischedoelen. In de geneeskunde kun je het volgende aantal problemen oplossen:
- Het verkrijgen van gezuiverde bloedmonsters voor plasmaferese. Voor deze doeleinden worden bloedcellen in een centrifuge van het plasma gescheiden. De operatie maakt het mogelijk om het bloed te ontdoen van virussen, overtollige antilichamen, pathogene bacteriën, toxines.
- Bloed voorbereiden voor een donortransfusie. Nadat de lichaamsvloeistof door centrifugatie in afzonderlijke fracties is gescheiden, worden de bloedcellen teruggegeven aan de donor en wordt het plasma gebruikt voor transfusie of ingevroren voor later gebruik.
- Isolatie van bloedplaatjesmassa. De stof wordt verkregen uit bloedplasma verrijkt met bloedplaatjes. De resulterende massa wordt gebruikt in chirurgische en hematologische afdelingen van medische instellingen, in spoedeisende therapie, operatiekamers. Het gebruik van bloedplaatjesmassa in de geneeskunde maakt het mogelijk om de bloedstolling bij slachtoffers te verbeteren.
- Synthese van erytrocytenmassa. Centrifugatie van bloedcellen gebeurt door delicate scheiding van de fracties volgens een speciale techniek. De afgewerkte massa, rijk aan erytrocyten, wordt gebruikt voor transfusie in geval van bloedverlies, operaties. Erytrocytenmassa wordt vaak gebruikt om bloedarmoede en andere systemische bloedziekten te behandelen.
In de moderne medische praktijk worden veel apparaten van een nieuwe generatie gebruikt, die het mogelijk maken om een draaiende trommel tot een bepaalde snelheid te versnellen en op een bepaald moment te stoppen. Hierdoor kunt u bloed nauwkeuriger scheiden in rode bloedcellen, bloedplaatjes, plasma, serum enstolsels. Andere lichaamsvloeistoffen worden op een vergelijkbare manier onderzocht, met name stoffen in de samenstelling van urine worden afgescheiden.
Centrifuges: belangrijkste soorten
We hebben ontdekt wat centrifugeren is. Laten we nu eens kijken welke apparaten worden gebruikt om de methode te implementeren. Centrifuges zijn gesloten of open, met een mechanische of handmatige aandrijving. Het belangrijkste werkende deel van handmatige open apparaten is een roterende as die verticaal is geplaatst. In het bovenste gedeelte is een staaf loodrecht bevestigd, waar zich beweegbare metalen hulzen bevinden. Ze bevatten speciale reageerbuisjes, aan de onderkant versmald. Watten worden aan de onderkant van de mouwen geplaatst, waardoor schade aan de glazen reageerbuis in contact met metaal wordt voorkomen. Vervolgens wordt het apparaat in beweging gezet. Na enige tijd wordt de vloeistof gescheiden van de gesuspendeerde vaste stoffen. Daarna wordt de handmatige centrifuge gestopt. Een dicht, vast precipitaat wordt op de bodem van de reageerbuizen geconcentreerd. Daarboven bevindt zich het vloeibare deel van de stof.
Mechanische centrifuges van het gesloten type hebben een groot aantal hulzen voor reageerbuisjes. Dergelijke apparaten zijn handiger dan handmatige. Hun rotoren worden aangedreven door krachtige elektromotoren en kunnen versnellen tot 3000 tpm. Hierdoor is het mogelijk om vloeibare stoffen beter van vaste stoffen te scheiden.
Kenmerken van buisvoorbereiding tijdens centrifugeren
Buizen die worden gebruikt voorcentrifugatie, moet worden gevuld met testmateriaal met een identieke massa. Daarom worden hier speciale uiterst nauwkeurige weegschalen gebruikt voor metingen. Wanneer het balanceren van meerdere buizen in een centrifuge vereist is, wordt de volgende techniek gebruikt. Na het wegen van een paar glazen containers en het bereiken van dezelfde massa, blijft er een standaard over. Daaropvolgende buizen worden met dit monster in evenwicht gebracht voordat ze in het apparaat worden geplaatst. Deze techniek versnelt het werk aanzienlijk als het nodig is om een hele reeks buizen voor centrifugeren voor te bereiden.
Het is vermeldenswaard dat er nooit te veel teststof in reageerbuizen wordt gedaan. Glazen containers worden zo gevuld dat de afstand tot de rand minimaal 10 mm is. Anders zal de stof onder invloed van de middelpuntvliedende kracht uit de reageerbuis stromen.
Supercentrifuges
Om de bestanddelen van extreem fijne suspensies te scheiden, zijn conventionele handmatige of mechanische centrifuges niet voldoende. In dit geval is een indrukwekkender effect op stoffen door middelpuntvliedende krachten vereist. Supercentrifuges worden gebruikt bij de implementatie van dergelijke processen.
De apparaten van het gepresenteerde plan zijn uitgerust met een blinde trommel in de vorm van een buis met een kleine diameter - niet meer dan 240 mm. De lengte van een dergelijke trommel overschrijdt aanzienlijk zijn dwarsdoorsnede, wat het mogelijk maakt om het aantal omwentelingen aanzienlijk te verhogen en een krachtige middelpuntvliedende kracht te creëren.
In de supercentrifuge komt de teststof in de trommel, beweegt langs de buis en raakt speciale reflectoren die worden weggegooidmateriaal op de wanden van het apparaat. Er zijn ook kamers die zijn ontworpen voor het afzonderlijk aftappen van lichte en zware vloeistoffen.
Voordelen van supercentrifuges zijn onder meer:
- absolute strakheid;
- hoogste scheidingspercentage;
- compact formaat;
- mogelijkheid om stoffen op moleculair niveau te scheiden.
Tot slot
Dus we ontdekten wat centrifugeren is. Momenteel vindt de methode zijn toepassing wanneer het nodig is om sedimenten van oplossingen te isoleren, vloeistoffen te zuiveren en componenten van biologisch actieve en chemische stoffen te scheiden. Ultracentrifuges worden gebruikt om stoffen op moleculair niveau te scheiden. De centrifugatiemethode wordt actief gebruikt in de chemische, olie-, nucleaire, voedingsindustrie en in de geneeskunde.
