Kas ir centrifugēšana? Kādam nolūkam tiek izmantota metode? Termins "centrifugēšana" nozīmē vielas šķidru vai cietu daļiņu sadalīšanu dažādās frakcijās, izmantojot centrbēdzes spēkus. Šī vielu atdalīšana tiek veikta, izmantojot īpašu aparātu - centrifūgas. Kāds ir metodes princips?
Centrifugēšanas princips
Apskatīsim definīciju sīkāk. Centrifugēšana ir ietekme uz vielām ar īpaši lielu rotāciju specializētā aparātā. Jebkuras centrifūgas galvenā daļa ir rotors, kurā ir spraugas mēģeņu uzstādīšanai ar materiālu, kas jāsadala atsevišķās frakcijās. Rotora griešanās laikā lielā ātrumā iedarbojas centrbēdzes spēks. Mēģenēs ievietotās vielas tiek sadalītas dažādās vielās atbilstoši blīvuma līmenim. Piemēram, centrifugējot gruntsūdens paraugus, šķidrums tiek atdalīts un tajā esošās cietās vielas tiek nogulsnētas.
Autorsmetode
Pirmo reizi kļuva zināms, kas ir centrifugēšana, pēc zinātnieka A. F. Ļebedeva veiktajiem eksperimentiem. Metodi ir izstrādājis pētnieks, lai noteiktu augsnes ūdens sastāvu. Iepriekš šim nolūkam tika izmantota šķidruma nostādināšana, kam sekoja cieto paraugu atdalīšana no tā. Centrifugēšanas metodes attīstība ļāva ar šo uzdevumu tikt galā daudz ātrāk. Pateicoties šai atdalīšanai, kļuva iespējams dažu minūšu laikā izdalīt vielu cieto frakciju no šķidruma sausā veidā.
Centrifugēšanas soļi
Diferenciālā centrifugēšana sākas ar izmeklējamo vielu nosēdināšanu. Šāda materiāla apstrāde notiek nostādināšanas tvertnēs. Nosēdināšanas laikā vielas daļiņas tiek atdalītas gravitācijas ietekmē. Tas ļauj sagatavot vielas labākai atdalīšanai, izmantojot centrbēdzes spēkus.
Turklāt vielas mēģenēs tiek filtrētas. Šajā posmā tiek izmantotas tā sauktās perforētās mucas, kas paredzētas šķidro daļiņu atdalīšanai no cietajām. Piedāvāto darbību laikā visi nogulsnes paliek uz centrifūgas sienām.
Metodes priekšrocības
Salīdzinot ar citām atsevišķu vielu atdalīšanas metodēm, piemēram, filtrēšanu vai nostādināšanu, centrifugēšana ļauj iegūt nogulsnes ar minimālu mitruma saturu. Šīs atdalīšanas metodes izmantošana ļauj atdalīt smalki izkliedētas suspensijas. Rezultāts iriegūstot daļiņas ar izmēru 5-10 mikroni. Vēl viena svarīga centrifugēšanas priekšrocība ir tās ieviešanas iespēja, izmantojot neliela apjoma un izmēru iekārtas. Vienīgais metodes trūkums ir ierīču lielais enerģijas patēriņš.
Centrifugēšana bioloģijā
Bioloģijā vielu sadalīšanu atsevišķās vielās izmanto, ja nepieciešams sagatavot preparātus izmeklēšanai mikroskopā. Centrifugēšana šeit tiek veikta ar sarežģītām ierīcēm - citotoriem. Šādas ierīces papildus mēģeņu spraugām ir aprīkotas ar paraugu turētājiem, visu veidu sarežģītas konstrukcijas stikla priekšmetstikliņiem. Iegūto materiālu kvalitāte un attiecīgi no analīzes rezultātiem iegūstamās noderīgas informācijas apjoms ir tieši atkarīgs no centrifūgas konstrukcijas, veicot pētījumus bioloģijā.
Centrifugēšana naftas pārstrādes rūpniecībā
Centrifugēšanas metode ir neaizstājama eļļas ražošanā. Ir ogļūdeņražu fosilijas, no kurām destilācijas laikā pilnībā neizdalās ūdens. Centrifugēšana ļauj noņemt lieko šķidrumu no eļļas sastāva, palielinot tās kvalitāti. Šajā gadījumā eļļu izšķīdina benzolā, pēc tam uzkarsē līdz 60 oC un pēc tam pakļauj centrbēdzes spēkam. Visbeidzot izmēriet vielā atlikušā ūdens daudzumu un, ja nepieciešams, atkārtojiet procedūru.
Asins centrifugēšana
Šo metodi plaši izmanto medicīnāmērķi. Medicīnā tas ļauj atrisināt šādas problēmas:
- Attīrītu asins paraugu iegūšana plazmasferēzei. Šiem nolūkiem asins šūnas tiek atdalītas no tās plazmas centrifūgā. Operācija ļauj atbrīvot asinis no vīrusiem, liekām antivielām, patogēnām baktērijām, toksīniem.
- Asins sagatavošana donoru pārliešanai. Pēc ķermeņa šķidruma atdalīšanas atsevišķās frakcijās ar centrifugēšanu asins šūnas tiek atgrieztas donoram, un plazmu izmanto pārliešanai vai sasaldē vēlākai lietošanai.
- Trombocītu masas izolācija. Vielu iegūst no asins plazmas, kas bagātināta ar trombocītiem. Iegūto masu izmanto ārstniecības iestāžu ķirurģijas un hematoloģijas nodaļās, neatliekamās palīdzības terapijā, operāciju zālēs. Trombocītu masas izmantošana medicīnā ļauj uzlabot asins recēšanu upuriem.
- Eritrocītu masas sintēze. Asins šūnu centrifugēšana notiek, smalki atdalot tās frakcijas saskaņā ar īpašu tehniku. Gatavo eritrocītiem bagāto masu izmanto pārliešanai asins zuduma gadījumā, operācijām. Eritrocītu masu bieži izmanto anēmijas un citu sistēmisku asins slimību ārstēšanai.
Mūsdienu medicīnas praksē tiek izmantotas daudzas jaunas paaudzes ierīces, kas dod iespēju rotējošo bungu paātrināt līdz noteiktam ātrumam un noteiktā brīdī to apturēt. Tas ļauj precīzāk sadalīt asinis sarkano asins šūnu, trombocītu, plazmas, seruma unrecekļi. Līdzīgi tiek izmeklēti arī citi ķermeņa šķidrumi, jo īpaši tiek atdalītas urīna sastāvā esošās vielas.
Centrifūgas: galvenie veidi
Mēs sapratām, kas ir centrifugēšana. Tagad noskaidrosim, kādas ierīces tiek izmantotas metodes ieviešanai. Centrifūgas ir slēgtas vai atvērtas, ar mehānisku vai manuālu piedziņu. Manuālo atvērto ierīču galvenā darba daļa ir rotējoša ass, kas atrodas vertikāli. Tās augšējā daļā ir perpendikulāri nostiprināts stienis, kurā atrodas kustīgas metāla uzmavas. Tie satur īpašas mēģenes, kas ir sašaurinātas apakšā. Piedurkņu apakšā ir ievietota vate, kas ļauj izvairīties no stikla mēģenes bojājumiem, saskaroties ar metālu. Pēc tam iekārta tiek iedarbināta. Pēc kāda laika šķidrums tiek atdalīts no suspendētajām vielām. Pēc tam manuālā centrifūga tiek apturēta. Mēģenes apakšā koncentrējas blīvas, cietas nogulsnes. Virs tā ir vielas šķidrā daļa.
Mehāniskām slēgta tipa centrifūgām ir liels skaits uzmavu, lai ievietotu mēģenes. Šādas ierīces ir ērtākas nekā manuālās. To rotorus darbina jaudīgi elektromotori un tie spēj paātrināt līdz 3000 apgr./min. Tas ļauj labāk atdalīt šķidrās vielas no cietajām.
Mēģenes sagatavošanas iezīmes centrifugēšanas laikā
Caurules, kas tiek izmantotascentrifugēšana, jāpiepilda ar identiskas masas testa materiālu. Tāpēc šeit mērījumiem tiek izmantoti īpaši augstas precizitātes svari. Ja ir nepieciešams līdzsvarot vairākas mēģenes centrifūgā, tiek izmantota šāda metode. Pēc pāris stikla taru nosvēršanas un vienādas masas sasniegšanas vienu no tiem atstāj kā standartu. Nākamās mēģenes pirms ievietošanas aparātā līdzsvaro ar šo paraugu. Šis paņēmiens ievērojami paātrina darbu, ja ir nepieciešams sagatavot veselu virkni mēģenes centrifugēšanai.
Ir vērts atzīmēt, ka mēģenēs nekad netiek ievietots pārāk daudz testējamās vielas. Stikla tvertnes pilda tā, lai attālums līdz malai būtu vismaz 10 mm. Pretējā gadījumā viela izlīs no mēģenes centrbēdzes spēka ietekmē.
Supercentrifūgas
Lai atdalītu ļoti smalkas suspensijas sastāvdaļas, nepietiek ar parasto manuālo vai mehānisko centrifūgu. Šajā gadījumā ir nepieciešama iespaidīgāka ietekme uz vielām no centrbēdzes spēkiem. Šādu procesu īstenošanā tiek izmantotas supercentrifūgas.
Prezentētā plāna ierīces ir aprīkotas ar aklo cilindru maza diametra caurules veidā - ne vairāk kā 240 mm. Šādas trumuļa garums ievērojami pārsniedz tā šķērsgriezumu, kas ļauj ievērojami palielināt apgriezienu skaitu un radīt spēcīgu centrbēdzes spēku.
Supercentrifūgā pārbaudāmā viela nonāk cilindrā, pārvietojas pa cauruli un atsitas pret īpašiem atstarotājiem, kas tiek izmesti.materiāls uz ierīces sienām. Ir arī kameras, kas paredzētas atsevišķai vieglo un smago šķidrumu izvadīšanai.
Supercentrifūgas priekšrocības ietver:
- absolūta necaurlaidība;
- augstākais atdalīšanas līmenis;
- kompakts izmērs;
- iespēja atdalīt vielas molekulārā līmenī.
Noslēgumā
Tātad mēs uzzinājām, kas ir centrifugēšana. Šobrīd metode tiek pielietota gadījumos, kad nepieciešams izolēt šķīdumu nogulumus, attīrīt šķidrumus, atdalīt bioloģiski aktīvo un ķīmisko vielu komponentus. Ultracentrifūgas izmanto vielu atdalīšanai molekulārā līmenī. Centrifugēšanas metodi aktīvi izmanto ķīmiskajā, naftas, kodolenerģijas, pārtikas rūpniecībā, kā arī medicīnā.
