Τι είναι η φυγοκέντρηση; Σε τι χρησιμεύει η μέθοδος; Ο όρος "φυγοκέντρηση" σημαίνει το διαχωρισμό υγρών ή στερεών σωματιδίων μιας ουσίας σε διάφορα κλάσματα χρησιμοποιώντας φυγόκεντρες δυνάμεις. Αυτός ο διαχωρισμός των ουσιών πραγματοποιείται με τη χρήση ειδικών συσκευών - φυγοκεντρητών. Ποια είναι η αρχή της μεθόδου;
Αρχή φυγοκέντρησης
Ας εξετάσουμε τον ορισμό με περισσότερες λεπτομέρειες. Η φυγοκέντρηση είναι η επίδραση σε ουσίες από περιστροφή εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας σε μια εξειδικευμένη συσκευή. Το κύριο μέρος κάθε φυγόκεντρου είναι ο ρότορας, ο οποίος περιέχει υποδοχές για την εγκατάσταση δοκιμαστικών σωλήνων με υλικό που πρόκειται να διαχωριστεί σε ξεχωριστά κλάσματα. Κατά την περιστροφή του ρότορα σε υψηλές ταχύτητες, η φυγόκεντρος δύναμη μπαίνει στο παιχνίδι. Οι ουσίες που τοποθετούνται σε δοκιμαστικούς σωλήνες διαχωρίζονται σε διαφορετικές ουσίες ανάλογα με το επίπεδο πυκνότητας. Για παράδειγμα, η φυγοκέντρηση δειγμάτων υπόγειων υδάτων διαχωρίζει το υγρό και καθιζάνει τα στερεά που περιέχει.
Συγγραφέαςμέθοδος
Για πρώτη φορά έγινε γνωστό τι είναι η φυγοκέντρηση, μετά τα πειράματα που πραγματοποίησε ο επιστήμονας A. F. Lebedev. Η μέθοδος αναπτύχθηκε από έναν ερευνητή για τον προσδιορισμό της σύστασης του νερού του εδάφους. Προηγουμένως, για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε η καθίζηση υγρού ακολουθούμενη από διαχωρισμό στερεών δειγμάτων από αυτό. Η ανάπτυξη της μεθόδου φυγοκέντρησης κατέστησε δυνατή την αντιμετώπιση αυτού του έργου πολύ πιο γρήγορα. Χάρη σε αυτόν τον διαχωρισμό, κατέστη δυνατή η εξαγωγή του στερεού κλάσματος των ουσιών από το υγρό σε ξηρή μορφή μέσα σε λίγα λεπτά.
Βήματα φυγοκέντρησης
Η διαφορική φυγοκέντρηση ξεκινά με την καθίζηση των ουσιών που πρόκειται να διερευνηθούν. Αυτή η επεξεργασία του υλικού λαμβάνει χώρα σε δεξαμενές καθίζησης. Κατά την καθίζηση, τα σωματίδια της ύλης διαχωρίζονται υπό την επίδραση της βαρύτητας. Αυτό επιτρέπει στις ουσίες να προετοιμάζονται για καλύτερο διαχωρισμό χρησιμοποιώντας φυγόκεντρες δυνάμεις.
Περαιτέρω, οι ουσίες στους δοκιμαστικούς σωλήνες φιλτράρονται. Σε αυτό το στάδιο χρησιμοποιούνται τα λεγόμενα διάτρητα τύμπανα, τα οποία είναι σχεδιασμένα να διαχωρίζουν τα υγρά σωματίδια από τα στερεά. Κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων που παρουσιάζονται, όλο το ίζημα παραμένει στα τοιχώματα της φυγόκεντρου.
Οφέλη της μεθόδου
Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους διαχωρισμού μεμονωμένων ουσιών, όπως η διήθηση ή η καθίζηση, η φυγοκέντρηση καθιστά δυνατή τη λήψη ενός ιζήματος με ελάχιστη περιεκτικότητα σε υγρασία. Η χρήση αυτής της μεθόδου διαχωρισμού καθιστά δυνατό τον διαχωρισμό λεπτώς διασκορπισμένων αιωρημάτων. Το αποτέλεσμα είναιλήψη σωματιδίων με μέγεθος 5-10 microns. Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα της φυγοκέντρησης είναι η δυνατότητα εφαρμογής της με χρήση εξοπλισμού μικρών όγκων και διαστάσεων. Το μόνο μειονέκτημα της μεθόδου είναι η υψηλή κατανάλωση ενέργειας των συσκευών.
Φυγοκέντρηση στη βιολογία
Στη βιολογία, ο διαχωρισμός των ουσιών σε ξεχωριστές ουσίες χρησιμοποιείται όταν είναι απαραίτητο να προετοιμαστούν σκευάσματα για εξέταση στο μικροσκόπιο. Η φυγοκέντρηση εδώ πραγματοποιείται σε σύνθετες συσκευές - κυτταροκινητήρες. Τέτοιες συσκευές, εκτός από τις υποδοχές για δοκιμαστικούς σωλήνες, είναι εξοπλισμένες με θήκες δειγμάτων, κάθε είδους γυάλινες διαφάνειες πολύπλοκου σχεδιασμού. Η ποιότητα των ληφθέντων υλικών και, κατά συνέπεια, ο όγκος των χρήσιμων πληροφοριών που μπορούν να συλλεχθούν από τα αποτελέσματα της ανάλυσης εξαρτώνται άμεσα από τον σχεδιασμό της φυγόκεντρου κατά τη διεξαγωγή έρευνας στη βιολογία.
Φυγοκέντρηση στη βιομηχανία διύλισης πετρελαίου
Η μέθοδος φυγοκέντρησης είναι απαραίτητη στην παραγωγή λαδιού. Υπάρχουν απολιθώματα υδρογονανθράκων από τα οποία το νερό δεν απελευθερώνεται πλήρως κατά την απόσταξη. Η φυγοκέντρηση καθιστά δυνατή την απομάκρυνση της περίσσειας υγρού από τη σύνθεση του λαδιού, αυξάνοντας την ποιότητά του. Σε αυτή την περίπτωση, το λάδι διαλύεται σε βενζόλιο, στη συνέχεια θερμαίνεται στους 60 oC και στη συνέχεια υποβάλλεται σε φυγόκεντρη δύναμη. Τέλος, μετρήστε την ποσότητα του νερού που απομένει στην ουσία και, εάν χρειάζεται, επαναλάβετε τη διαδικασία.
Φυγοκέντρηση αίματος
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως για ιατρικήστόχους. Στην ιατρική, σας επιτρέπει να λύσετε τον ακόλουθο αριθμό προβλημάτων:
- Λήψη δειγμάτων καθαρού αίματος για πλασμαφαίρεση. Για τους σκοπούς αυτούς, τα κύτταρα του αίματος διαχωρίζονται από το πλάσμα του σε φυγόκεντρο. Η επέμβαση καθιστά δυνατή την απαλλαγή του αίματος από ιούς, υπερβολικά αντισώματα, παθογόνα βακτήρια, τοξίνες.
- Προετοιμασία αίματος για μετάγγιση δότη. Μετά τον διαχωρισμό του σωματικού υγρού σε ξεχωριστά κλάσματα με φυγοκέντρηση, τα αιμοσφαίρια επιστρέφονται στον δότη και το πλάσμα χρησιμοποιείται για μετάγγιση ή καταψύχεται για μελλοντική χρήση.
- Απομόνωση αιμοπεταλιακής μάζας. Η ουσία λαμβάνεται από πλάσμα αίματος εμπλουτισμένο με αιμοπετάλια. Η προκύπτουσα μάζα χρησιμοποιείται σε χειρουργικά και αιματολογικά τμήματα ιατρικών ιδρυμάτων, σε θεραπεία έκτακτης ανάγκης, χειρουργεία. Η χρήση της μάζας αιμοπεταλίων στην ιατρική καθιστά δυνατή τη βελτίωση της πήξης του αίματος στα θύματα.
- Σύνθεση ερυθροκυτταρικής μάζας. Η φυγοκέντρηση των κυττάρων του αίματος γίνεται με λεπτό διαχωρισμό των κλασμάτων του σύμφωνα με μια ειδική τεχνική. Η έτοιμη μάζα, πλούσια σε ερυθροκύτταρα, χρησιμοποιείται για μετάγγιση σε περίπτωση απώλειας αίματος, επεμβάσεις. Η μάζα ερυθροκυττάρων χρησιμοποιείται συχνά για τη θεραπεία της αναιμίας και άλλων συστηματικών ασθενειών του αίματος.
Στη σύγχρονη ιατρική πρακτική, χρησιμοποιούνται πολλές συσκευές νέας γενιάς, οι οποίες καθιστούν δυνατή την επιτάχυνση ενός περιστρεφόμενου τυμπάνου σε μια ορισμένη ταχύτητα και τη διακοπή του σε μια συγκεκριμένη στιγμή. Αυτό σας επιτρέπει να διαχωρίζετε με μεγαλύτερη ακρίβεια το αίμα σε ερυθρά αιμοσφαίρια, αιμοπετάλια, πλάσμα, ορό καιθρόμβους. Με παρόμοιο τρόπο εξετάζονται και άλλα σωματικά υγρά, ιδίως οι ουσίες στη σύνθεση των ούρων διαχωρίζονται.
Φυγόκεντροι: κύριοι τύποι
Καταλάβαμε τι είναι η φυγοκέντρηση. Τώρα ας μάθουμε ποιες συσκευές χρησιμοποιούνται για την εφαρμογή της μεθόδου. Οι φυγόκεντροι είναι είτε κλειστοί είτε ανοιχτοί, με μηχανική ή χειροκίνητη μετάδοση κίνησης. Το κύριο μέρος εργασίας των χειροκίνητων ανοιχτών συσκευών είναι ένας περιστρεφόμενος άξονας που βρίσκεται κατακόρυφα. Στο πάνω μέρος του, κάθετα στερεώνεται μια ράβδος, όπου βρίσκονται κινητά μεταλλικά μανίκια. Περιέχουν ειδικούς δοκιμαστικούς σωλήνες, στενούς στο κάτω μέρος. Το βαμβάκι τοποθετείται στο κάτω μέρος των μανικιών, γεγονός που καθιστά δυνατή την αποφυγή ζημιάς στον γυάλινο δοκιμαστικό σωλήνα σε επαφή με μέταλλο. Στη συνέχεια, η συσκευή τίθεται σε κίνηση. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, το υγρό διαχωρίζεται από τα αιωρούμενα στερεά. Μετά από αυτό, η χειροκίνητη φυγόκεντρος σταματά. Ένα πυκνό, στερεό ίζημα συγκεντρώνεται στον πυθμένα των δοκιμαστικών σωλήνων. Πάνω από αυτό βρίσκεται το υγρό μέρος της ουσίας.
Οι μηχανικές φυγόκεντρες κλειστού τύπου διαθέτουν μεγάλο αριθμό χιτωνίων για την υποδοχή των δοκιμαστικών σωλήνων. Τέτοιες συσκευές είναι πιο βολικές από τις χειροκίνητες. Οι ρότορες τους κινούνται από ισχυρούς ηλεκτρικούς κινητήρες και είναι ικανοί να επιταχύνουν έως τις 3000 σ.α.λ. Αυτό καθιστά δυνατό τον καλύτερο διαχωρισμό υγρών ουσιών από στερεές.
Χαρακτηριστικά της προετοιμασίας του σωλήνα κατά τη φυγοκέντρηση
Σωλήνες που χρησιμοποιούνται γιαφυγοκέντρηση, πρέπει να πληρωθεί με υλικό δοκιμής ίδιας μάζας. Ως εκ τούτου, εδώ χρησιμοποιούνται ειδικές ζυγαριές υψηλής ακρίβειας για μετρήσεις. Όταν απαιτείται ζυγοστάθμιση πολλών σωλήνων σε μια φυγόκεντρο, χρησιμοποιείται η ακόλουθη τεχνική. Αφού ζυγίσουμε ένα ζευγάρι γυάλινα δοχεία και πετύχουμε την ίδια μάζα, ένα από αυτά αφήνεται ως πρότυπο. Οι επόμενοι σωλήνες εξισορροπούνται με αυτό το δείγμα πριν τοποθετηθούν στη συσκευή. Αυτή η τεχνική επιταχύνει σημαντικά την εργασία εάν είναι απαραίτητο να προετοιμάσετε μια ολόκληρη σειρά σωλήνων για φυγοκέντρηση.
Αξίζει να σημειωθεί ότι υπερβολική ποσότητα δοκιμής δεν τοποθετείται ποτέ σε δοκιμαστικούς σωλήνες. Τα γυάλινα δοχεία γεμίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε η απόσταση από την άκρη να είναι τουλάχιστον 10 mm. Διαφορετικά, η ουσία θα χυθεί έξω από τον δοκιμαστικό σωλήνα υπό την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης.
Υπερφυγόκεντροι
Για να διαχωριστούν τα συστατικά των εξαιρετικά λεπτών αναρτήσεων, δεν αρκούν οι συμβατικές χειροκίνητες ή μηχανικές φυγόκεντρες. Σε αυτή την περίπτωση απαιτείται πιο εντυπωσιακή επίδραση σε ουσίες από φυγόκεντρες δυνάμεις. Οι υπερφυγόκεντροι χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση τέτοιων διαδικασιών.
Οι συσκευές του παρουσιαζόμενου σχεδίου είναι εξοπλισμένες με ένα τυφλό τύμπανο με τη μορφή σωλήνα μικρής διαμέτρου - όχι περισσότερο από 240 mm. Το μήκος ενός τέτοιου τυμπάνου υπερβαίνει σημαντικά τη διατομή του, γεγονός που καθιστά δυνατή τη σημαντική αύξηση του αριθμού των στροφών και τη δημιουργία μιας ισχυρής φυγόκεντρης δύναμης.
Στην υπερφυγόκεντρο, η ουσία δοκιμής εισέρχεται στο τύμπανο, κινείται κατά μήκος του σωλήνα και χτυπά ειδικούς ανακλαστήρες που πετιούνταιυλικό στα τοιχώματα της συσκευής. Υπάρχουν επίσης θάλαμοι σχεδιασμένοι για ξεχωριστή απόσυρση ελαφρών και βαρέων υγρών.
Τα οφέλη της υπερφυγοκέντρησης περιλαμβάνουν:
- απόλυτη στεγανότητα;
- υψηλότερο ποσοστό διαχωρισμού;
- συμπαγές μέγεθος;
- δυνατότητα διαχωρισμού ουσιών σε μοριακό επίπεδο.
Κλείσιμο
Μάθαμε λοιπόν τι είναι η φυγοκέντρηση. Επί του παρόντος, η μέθοδος βρίσκει την εφαρμογή της όταν είναι απαραίτητο να απομονωθούν ιζήματα διαλυμάτων, να καθαριστούν υγρά και να διαχωριστούν συστατικά βιολογικά ενεργών και χημικών ουσιών. Οι υπερφυγόκεντροι χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό ουσιών σε μοριακό επίπεδο. Η μέθοδος φυγοκέντρησης χρησιμοποιείται ενεργά στη χημική βιομηχανία, το πετρέλαιο, την πυρηνική βιομηχανία, τη βιομηχανία τροφίμων, καθώς και στην ιατρική.
