Co je centrifugace? K čemu se metoda používá? Termín "odstřeďování" znamená separaci kapalných nebo pevných částic látky do různých frakcí pomocí odstředivých sil. Tato separace látek se provádí pomocí speciálních přístrojů - odstředivek. Jaký je princip metody?
Princip odstřeďování
Zvažme definici podrobněji. Centrifugace je působení na látky ultravysokou rychlostí rotace ve specializovaném zařízení. Hlavní částí každé odstředivky je rotor, který obsahuje štěrbiny pro instalaci zkumavek s materiálem, který se má dělit na samostatné frakce. Při rotaci rotoru vysokou rychlostí vstupuje do hry odstředivá síla. Látky umístěné ve zkumavkách jsou rozděleny na různé látky podle úrovně hustoty. Například odstřeďování vzorků podzemní vody odděluje kapalinu a vysráží pevné látky, které obsahuje.
Autormetoda
Po experimentech provedených vědcem A. F. Lebeděvem se poprvé stalo známo, co je centrifugace. Metoda byla vyvinuta výzkumníkem k určení složení půdní vody. Dříve se k tomuto účelu používalo usazování kapaliny s následnou separací pevných vzorků z ní. Vývoj metody odstřeďování umožnil zvládnout tento úkol mnohem rychleji. Díky této separaci bylo možné extrahovat pevnou frakci látek z kapaliny v suché formě během několika minut.
Kroky odstřeďování
Diferenciální centrifugace začíná usazováním látek, které mají být zkoumány. Takové zpracování materiálu probíhá v usazovacích nádržích. Při usazování dochází vlivem gravitace k oddělení částic hmoty. To umožňuje připravit látky pro lepší separaci pomocí odstředivých sil.
Dále jsou látky ve zkumavkách filtrovány. V této fázi se používají tzv. perforované bubny, které jsou určeny k oddělení kapalných částic od pevných. V průběhu prezentovaných činností zůstává veškerý sediment na stěnách odstředivky.
Výhody metody
Ve srovnání s jinými metodami separace jednotlivých látek, jako je filtrace nebo usazování, centrifugace umožňuje získat sraženinu s minimálním obsahem vlhkosti. Použití této separační metody umožňuje separovat jemně dispergované suspenze. Výsledek jezískání částic o velikosti 5-10 mikronů. Další důležitou výhodou centrifugace je možnost její realizace pomocí zařízení malých objemů a rozměrů. Jedinou nevýhodou této metody je vysoká spotřeba energie zařízení.
Centrifugace v biologii
V biologii se separace látek na samostatné látky používá, když je potřeba připravit přípravky pro zkoumání pod mikroskopem. Centrifugace se zde provádí na složitých zařízeních - cytorotorech. Taková zařízení jsou kromě slotů pro zkumavky vybavena držáky vzorků, všemi druhy podložních sklíček složité konstrukce. Kvalita získaných materiálů, a tedy i množství užitečných informací, které lze z výsledků analýzy získat, přímo závisí na konstrukci centrifugy při provádění výzkumu v biologii.
Centrifugace v průmyslu rafinace ropy
Metoda odstřeďování je při výrobě ropy nepostradatelná. Existují uhlovodíkové fosilie, ze kterých se voda při destilaci úplně neuvolňuje. Centrifugace umožňuje odstranit přebytečnou kapalinu ze složení oleje a zvýšit jeho kvalitu. V tomto případě se olej rozpustí v benzenu, poté se zahřeje na 60 oC a poté se podrobí odstředivé síle. Nakonec změřte množství zbývající vody v látce a v případě potřeby postup opakujte.
Odstřeďování krve
Tato metoda je široce používána v lékařstvícíle. V medicíně vám umožňuje vyřešit následující počet problémů:
- Získání vzorků purifikované krve pro plazmaferézu. Pro tyto účely se krevní buňky oddělí od jeho plazmy v centrifuze. Operace umožňuje zbavit krev virů, přebytečných protilátek, patogenních bakterií, toxinů.
- Příprava krve na dárcovskou transfuzi. Po oddělení tělesné tekutiny do samostatných frakcí centrifugací se krvinky vrátí dárci a plazma se použije k transfuzi nebo se zmrazí pro pozdější použití.
- Izolace hmoty krevních destiček. Látka se získává z krevní plazmy obohacené krevními destičkami. Výsledná hmota se používá na chirurgických a hematologických odděleních zdravotnických zařízení, v urgentní terapii, operačních sálech. Použití hmoty krevních destiček v lékařství umožňuje zlepšit srážlivost krve u obětí.
- Syntéza hmoty erytrocytů. Centrifugace krvinek probíhá jemným oddělováním jejich frakcí podle speciální techniky. Hotová hmota bohatá na erytrocyty se používá k transfuzi při ztrátě krve, operacích. Erytrocytární hmota se často používá k léčbě anémie a jiných systémových onemocnění krve.
V moderní lékařské praxi se používá mnoho zařízení nové generace, které umožňují zrychlit rotující buben na určitou rychlost a v určitém okamžiku jej zastavit. To umožňuje přesněji rozdělit krev na červené krvinky, krevní destičky, plazmu, sérum asraženiny. Obdobným způsobem se vyšetřují i další tělesné tekutiny, zejména se oddělují látky ve složení moči.
Odstředivky: hlavní typy
Přišli jsme na to, co je centrifugace. Nyní pojďme zjistit, jaká zařízení se používají k implementaci metody. Centrifugy jsou buď uzavřené nebo otevřené, s mechanickým nebo ručním pohonem. Hlavní pracovní částí ručních otevíracích zařízení je vertikálně umístěná rotační osa. V jeho horní části je kolmo upevněna lišta, kde jsou umístěny pohyblivé kovové objímky. Obsahují speciální zkumavky, dole zúžené. Ve spodní části rukávů je umístěna vata, což umožňuje zabránit poškození skleněné zkumavky při kontaktu s kovem. Dále se zařízení uvede do pohybu. Po určité době se kapalina oddělí od suspendovaných pevných látek. Poté se ruční odstředivka zastaví. Na dně zkumavek se koncentruje hustá pevná sraženina. Nad ním je kapalná část látky.
Mechanické centrifugy uzavřeného typu mají velký počet návleků pro umístění zkumavek. Taková zařízení jsou pohodlnější než ruční. Jejich rotory jsou poháněny výkonnými elektromotory a jsou schopny zrychlit až na 3000 otáček za minutu. To umožňuje provádět lepší oddělení kapalných látek od pevných.
Funkce přípravy zkumavek během centrifugace
Trubky, které se používají procentrifugací, musí být naplněn zkušebním materiálem stejné hmotnosti. Proto se zde pro měření používají speciální vysoce přesné váhy. Je-li vyžadováno vyvážení více zkumavek v odstředivce, použije se následující technika. Po zvážení dvojice skleněných nádob a dosažení stejné hmotnosti je jedna z nich ponechána jako standard. Následující zkumavky jsou ekvilibrovány tímto vzorkem před umístěním do zařízení. Tato technika výrazně urychluje práci, pokud je potřeba připravit celou sérii zkumavek na centrifugaci.
Za zmínku stojí, že do zkumavek se nikdy nevkládá příliš mnoho testované látky. Skleněné nádoby se plní tak, aby vzdálenost od okraje byla minimálně 10 mm. Jinak látka vyteče ze zkumavky pod vlivem odstředivé síly.
Supercentrifugy
K separaci složek extrémně jemných suspenzí nestačí konvenční ruční nebo mechanické odstředivky. V tomto případě je zapotřebí působivější působení na látky od odstředivých sil. Při implementaci takových procesů se používají supercentrifugy.
Zařízení prezentovaného plánu jsou vybavena slepým bubnem ve formě trubky o malém průměru - ne více než 240 mm. Délka takového bubnu výrazně přesahuje jeho průřez, což umožňuje výrazně zvýšit počet otáček a vytvořit silnou odstředivou sílu.
V supercentrifuze vstupuje testovaná látka do bubnu, pohybuje se podél trubice a naráží na speciální reflektory, které jsou odhozenymateriál na stěnách zařízení. K dispozici jsou také komory určené pro oddělený odběr lehkých a těžkých kapalin.
Výhody supercentrifugy zahrnují:
- absolutní těsnost;
- nejvyšší míra separace;
- kompaktní velikost;
- možnost separace látek na molekulární úrovni.
Zavíráme
Takže jsme zjistili, co je centrifugace. V současné době nachází metoda uplatnění při potřebě izolace sedimentů roztoků, čištění kapalin a separace složek biologicky aktivních a chemických látek. K separaci látek na molekulární úrovni se používají ultracentrifugy. Metoda odstřeďování se aktivně používá v chemickém, ropném, jaderném, potravinářském průmyslu a také v lékařství.
