Што такое цэнтрыфугаванне? Вызначэнне і прынцып метаду

Што такое цэнтрыфугаванне? Для чаго ўжываецца метад? Тэрмін "цэнтрыфугаванне" азначае падзел вадкіх альбо цвёрдых часціц рэчыва на розныя фракцыі з дапамогай цэнтрабежных сіл. Ажыццяўляецца такая сепарацыі субстанцый дзякуючы выкарыстанню спецыяльных апаратаў - цэнтрыфуг. У чым жа заключаецца прынцып метаду?

прынцып цэнтрыфугавання

Разгледзім больш дэталёва вызначэнне. Цэнтрыфугаванне - гэта ўздзеянне на рэчывы шляхам звышхуткаснага кручэння ў спецыялізаванай апараце. Галоўнай часткай любой цэнтрыфугі выступае ротар, які змяшчае гнязда для ўстаноўкі прабірак з матэрыялам, што падлягае сепарацыі на асобныя фракцыі. Падчас кручэння ротара на падвышаных хуткасцях у дзеянне ўступае цэнтрабежная сіла. Рэчывы, змешчаныя ў прабіркі, падзяляюцца на розныя субстанцыі паводле ўзроўню шчыльнасці. Напрыклад, пры цэнтрыфугаванні узораў падземных вод аддзяляецца вадкасць і абложваюцца змяшчаюцца ў ёй цвёрдыя часціцы.

аўтар метаду

Упершыню стала вядома, што такое цэнтрыфугаванне, пасля досведаў, праведзеных навукоўцам А. Ф. Лебедзевым. Метад быў распрацаваны даследчыкам з мэтай вызначэння складу глебавых вод. Раней у гэтых мэтах выкарыстоўвалі адстойванне вадкасці з наступным аддзяленнем ад яе цвёрдых узораў. Распрацоўка метаду цэнтрыфугавання дазволіла спраўляцца з гэтай задачай значна хутчэй. Дзякуючы такой сепарацыі паўстала магчымасць для здабывання цвёрдай долі рэчываў з вадкасці ў сухім выглядзе на працягу лічаныя хвіліны.

этапы цэнтрыфугавання

Дыферэнцыяльнае цэнтрыфугаванне пачынаецца з адстойвання рэчываў, што падлягаюць даследаванню. Такая апрацоўка матэрыялу адбываецца ў апаратах-адстойніках. У ходзе адстойвання часціцы рэчывы падзяляюцца пад уздзеяннем гравітацыі. Гэта дазваляе падрыхтаваць субстанцыі да больш якаснай сепарацыі з дапамогай цэнтрабежных сіл.

Далей рэчывы ў прабірках падвяргаюцца фільтрацыі. На гэтым этапе прымяняюцца так званыя перфараваныя барабаны, што прызначаюцца для аддзялення вадкіх часціц ад цвёрдых. У ходзе прадстаўленых мерапрыемстваў ўвесь асадак застаецца на сценках цэнтрыфугі.

перавагі метаду

У параўнанні з іншымі метадамі, накіраванымі на падзел асобных субстанцый, такімі як фільтраванне або адстойванне, цэнтрыфугаванне дае магчымасць атрымліваць асадак з мінімальным паказчыкам вільготнасці. Прымяненне такога спосабу сепарацыі дазваляе падзяляць тонкадысперсныя завісі. Вынікам становіцца атрыманне часціц памерам у 5-10 мкм. Яшчэ адным важным перавагай цэнтрыфугавання выступае магчымасць яго выканання пры дапамозе апаратуры малых аб'ёмаў і габарытаў. Адзіным недахопам метаду выступае высокая энергаёмістасць прыбораў.

Цэнтрыфугаванне у біялогіі

У біялогіі да сепарацыі рэчываў на асобныя субстанцыі звяртаюцца пры неабходнасці падрыхтоўкі прэпаратаў для даследавання пад мікраскопам. Цэнтрыфугаванне тут вырабляецца на складаных прыладах - цитороторах. Такія апараты акрамя слотаў для прабірак камплектуюцца трымальнікамі узораў, разнастайнымі прадметнымі шкламі няпростай канструкцыі. Ад прылады цэнтрыфугі пры правядзенні даследаванняў у біялогіі напрамую залежыць якасць атрымліваюцца матэрыялаў і, адпаведна, колькасць карыснай інфармацыі, якую можна запазычыць з вынікаў аналізу.

Цэнтрыфугаванне у нафтаперапрацоўчай прамысловасці

Метад цэнтрыфугавання незаменны пры здабычы нафты. Існуюць вуглевадародныя выкапні, з якіх не цалкам вылучаецца вада пры дыстыляцыі. Цэнтрыфугаванне дае магчымасць прыбраць лішнюю вадкасць са складу нафты, падвысіўшы яе якасць. У дадзеным выпадку нафта раствараюць у бензоле, затым награваюць да 60 ^аб З, а затым падвяргаюць ўздзеянню цэнтрабежнай сілы. У завяршэнне замераць колькасць пакінутай вады ў рэчыве і пры неабходнасці паўтараюць працэдуру.

цэнтрыфугаванне крыві

Гэты метад шырока ўжываецца для лячэбных мэтаў. У медыцыне ён дазваляе вырашаць наступны шэраг задач:

1. Атрыманне вычышчаных узораў крыві для правядзення плазмафереза. У дадзеных мэтах у цэнтрыфузе аддзяляюць форменныя элементы крыві ад яе плазмы. Аперацыя дае магчымасць пазбавіць кроў ад вірусаў, залішніх антыцелаў, хваробатворных бактэрый, таксінаў.
2. Падрыхтоўка крыві для донарскага пералівання. Пасля падзелу цялеснай вадкасці на асобныя фракцыі пры дапамозе цэнтрыфугавання донару вяртаюць клеткі крыві, а плазма ўжываецца для пералівання альбо замарожваецца ў мэтах далейшага выкарыстання.
3. Вылучэнне тромбоцітарные масы. Субстанцыю атрымліваюць з плазмы крыві, узбагачанай трамбацытаў. Атрыманую масу выкарыстоўваюць у хірургічных і гематалагічныя аддзяленнях медыцынскіх устаноў, у неадкладнай тэрапіі, аперацыйных. Прымяненне тромбоцітарные масы ў медыцыне дае магчымасць палепшыць згусальнасць крыві ў пацярпелых.
4. Сінтэз эрітроцітарным масы. Цэнтрыфугаванне клетак крыві адбываецца шляхам далікатнай сепарацыі яе фракцый згодна спецыяльнай методыцы. Гатовую масу, багатую эрытрацытамі, выкарыстоўваюць для пералівання пры кровопотерях, аперацыях. Эрітроцітарным маса нярэдка ўжываецца ў мэтах лячэння анеміі, іншых захворванняў крыві сістэмнага характару.

У сучаснай медыцынскай практыцы ўжываецца нямала прыбораў новага пакалення, якія даюць магчымасць разганяць верціцца барабан да пэўнай хуткасці і спыняць яго ў пэўны момант. Гэта дазваляе больш дакладна падзяляць кроў на эрытрацыты, трамбацыты, плазму, сыроватку і згусткі. Аналагічным спосабам даследуюцца іншыя цялесныя вадкасці, у прыватнасці сепаравальных рэчывы ў складзе мачы.

Цэнтрыфугі: асноўныя тыпы

Мы разабраліся, што такое цэнтрыфугаванне. Зараз давайце высвятлім, якія апараты прымяняюцца для рэалізацыі метаду. Цэнтрыфугі бываюць зачыненымі і адкрытымі, з механічным ці ручным прывадам. Асноўнай працоўнай часткай ручных адкрытых прыбораў выступае круцельная вось, размешчаная вертыкальна. У яе верхняй частцы перпендыкулярна замацаваная планка, дзе размяшчаюцца рухомыя металічныя гільзы. У іх змяшчаюцца спецыяльныя прабіркі, завужаныя у ніжняй часткі. На дно гільзаў укладваюць вату, што дазваляе пазбегнуць пашкоджанні шкляной прабіркі пры судотыку з металам. Далей апарат прыводзяць у рух. Па заканчэнні некаторага часу адбываецца аддзяленне вадкасці ад цвёрдых ўзважаных часціц. Пасля гэтага ручную цэнтрыфугу спыняюць. На дне прабірак канцэнтруецца шчыльны, цвёрды асадак. Над ім знаходзіцца вадкая частка рэчыва.

Механічныя цэнтрыфугі закрытага тыпу валодаюць вялікай колькасцю гільзаў для размяшчэння прабірак. Такія прыборы больш зручныя ў параўнанні з ручнымі. Іх ротары прыводзяцца ў рух магутнымі электраматорамі і здольныя разганяцца да 3000 абаротаў у хвіліну. Гэта дае магчымасць ажыццяўляць больш якасную сепарацыю вадкіх субстанцый ад цвёрдых.

Асаблівасці падрыхтоўкі прабірак пры цэнтрыфугаванні

Прабіркі, што прымяняюцца для цэнтрыфугавання, павінны быць напоўнены доследным матэрыялам ідэнтычнай масы. Таму для вымярэнняў тут ужываюцца адмысловыя высокадакладныя шалі. Калі патрабуецца ўраўнаважванне шматлікіх прабірак ў цэнтрыфузе, звяртаюцца да наступнага прыёму. Узважыўшы пару шкляных ёмістасцяў і дабіўшыся аднолькавай масы, адну з іх пакідаюць у якасці эталона. Наступныя прабіркі ўраўнаважваюць з гэтым узорам, перш чым змясціць у апарат. Такі прыём істотна паскарае працу пры неабходнасці падрыхтоўкі да цэнтрыфугавання цэлай серыі прабірак.

Варта заўважыць, што ў прабіркі ніколі не змяшчаюць занадта шмат доследнай субстанцыі. Шкляныя ёмістасці напаўняюць такім чынам, каб адлегласць да краю складала не менш за 10 мм. Інакш рэчыва будзе вылівацца з прабіркі пад уздзеяннем цэнтрабежнай сілы.

Сверхцентрифуги

Для падзелу складнікаў надзвычай тонкіх завісяў недастаткова прымянення звычайных ручных небудзь механічных цэнтрыфуг. У дадзеным выпадку патрабуецца больш вялікае ўздзеянне на рэчывы з боку цэнтрабежных сіл. Пры рэалізацыі такіх працэсаў прымяняюцца сверхцентрифуги.

Апараты прадстаўленага плана абсталёўваюцца глухім барабанам ў выглядзе трубкі малаважнага дыяметра - не больш за 240 мм. Даўжыня такога барабана значна перавышае яго перасек, што дае магчымасць у значнай ступені павысіць колькасць абаротаў і стварыць наймагутную цэнтрабежную сілу.

У сверхцентрифуге доследнае рэчыва паступае ўнутр барабана, рухаецца па трубцы і ўдараецца аб спецыяльныя адбівальнікі, што адкідаюць матэрыял на сценкі прыбора. Тут жа ёсць камеры, прызначаныя для паасобнага вываду лёгкіх і цяжкіх вадкасцяў.

Да вартасцяў сверхцентрифуг адносяцца:

• абсалютная герметычнасць;
• найвышэйшая інтэнсіўнасць сепарацыі рэчываў;
• кампактныя памеры;
• магчымасць падзелу субстанцый на малекулярным узроўні.

У заключэнне

Вось мы і высветлілі, што такое цэнтрыфугаванне. У цяперашні час метад знаходзіць сваё прымяненне пры неабходнасці выдзялення ападкаў раствораў, ачышчэння вадкасцяў, падзелу кампанентаў біялагічна актыўных і хімічных рэчываў. Для сепарацыі субстанцый на малекулярным узроўні прымяняюцца ультрацентрифуги. Метад цэнтрыфугавання актыўна выкарыстоўваецца ў хімічнай, нафтавай, атамнай, харчовай прамысловасці, а таксама ў медыцыне.