Mitä sentrifugointi on? Mihin menetelmää käytetään? Termi "sentrifugointi" tarkoittaa aineen nestemäisten tai kiinteiden hiukkasten erottamista eri fraktioiksi käyttämällä keskipakovoimia. Tämä aineiden erottelu suoritetaan käyttämällä erityisiä laitteita - sentrifugeja. Mikä on menetelmän periaate?
Sentrifugointiperiaate
Katsotaanpa määritelmää tarkemmin. Sentrifugointi on aineisiin kohdistuvaa vaikutusta erittäin nopealla pyörityksellä erikoislaitteessa. Jokaisen sentrifugin pääosa on roottori, jossa on aukot koeputkien asentamiseen erillisiin fraktioihin erotettavalla materiaalilla. Roottorin pyöriessä suurilla nopeuksilla keskipakovoima vaikuttaa. Koeputkiin laitetut aineet erotetaan eri aineiksi tiheystason mukaan. Esimerkiksi pohjavesinäytteiden sentrifugointi erottaa nesteen ja saostaa sen sisältämät kiinteät aineet.
Kirjoittajamenetelmä
Ensimmäistä kertaa tiedemies A. F. Lebedevin suorittamien kokeiden jälkeen tuli tiedoksi, mitä sentrifugointi on. Menetelmän on kehittänyt tutkija määrittääkseen maaperän veden koostumuksen. Aikaisemmin tähän tarkoitukseen käytettiin nesteselostusta, jota seurasi kiinteiden näytteiden erottaminen siitä. Sentrifugointimenetelmän kehittäminen mahdollisti tämän tehtävän selviämisen paljon nopeammin. Tämän erotuksen ansiosta aineiden kiinteä jae oli mahdollista uuttaa nesteestä kuivassa muutamassa minuutissa.
Sentrifugoinnin vaiheet
Differentiaalinen sentrifugointi alkaa tutkittavien aineiden laskeutumisesta. Tällainen materiaalin käsittely tapahtuu selkeytyssäiliöissä. Laskeutumisen aikana aineen hiukkaset erottuvat painovoiman vaikutuksesta. Näin aineet voidaan valmistaa parempaa erotusta varten keskipakovoimilla.
Lisäksi koeputkien aineet suodatetaan. Tässä vaiheessa käytetään ns. rei'itettyjä tynnyreitä, jotka on suunniteltu erottamaan nestemäiset hiukkaset kiinteistä. Esitettyjen toimintojen aikana kaikki sedimentti jää sentrifugin seinille.
Menetelmän edut
Verrattuna muihin yksittäisten aineiden erotusmenetelmiin, kuten suodatukseen tai laskeutumiseen, sentrifugointi mahdollistaa mahdollisimman vähäisen kosteuspitoisuuden omaavan sakan saamisen. Tämän erotusmenetelmän käyttö mahdollistaa hienojakoisten suspensioiden erottamisen. Tulos onsaada hiukkasia, joiden koko on 5-10 mikronia. Toinen tärkeä sentrifugoinnin etu on mahdollisuus toteuttaa se käyttämällä pieniä tilavuuksia ja mittoja. Menetelmän ainoa haittapuoli on laitteiden korkea energiankulutus.
Sentrifugointi biologiassa
Biologiassa aineiden erottamista erillisiksi aineiksi käytetään, kun valmisteet on valmistettava mikroskoopilla tutkittavaksi. Sentrifugointi suoritetaan täällä monimutkaisilla laitteilla - sytorotorilla. Tällaiset laitteet koeputkien aukkojen lisäksi on varustettu näytepidikkeillä, kaikenlaisilla monimutkaisilla lasilevyillä. Saatujen materiaalien laatu ja vastaavasti analyysin tuloksista poimittavissa olevan hyödyllisen tiedon määrä riippuu suoraan sentrifugin suunnittelusta biologian tutkimusta tehtäessä.
Sentrifugointi öljynjalostusteollisuudessa
Sentrifugointimenetelmä on välttämätön öljyntuotannossa. On hiilivetyfossiileja, joista vettä ei vapaudu kokonaan tislauksen aikana. Sentrifugointi mahdollistaa ylimääräisen nesteen poistamisen öljyn koostumuksesta, mikä parantaa sen laatua. Tässä tapauksessa öljy liuotetaan bentseeniin, kuumennetaan sitten 60 °C:seen ja sen jälkeen siihen kohdistetaan keskipakovoima. Mittaa lopuksi aineessa jäljellä olevan veden määrä ja toista toimenpide tarvittaessa.
Veren sentrifugointi
Tätä menetelmää käytetään laaj alti lääketieteessätavoitteet. Lääketieteessä sen avulla voit ratkaista seuraavan määrän ongelmia:
- Puhdistettujen verinäytteiden otto plasmafereesiä varten. Näitä tarkoituksia varten verisolut erotetaan sen plasmasta sentrifugissa. Leikkaus mahdollistaa veren poistamisen viruksista, ylimääräisistä vasta-aineista, patogeenisistä bakteereista, myrkkyistä.
- Veren valmistelu luovuttajan siirtoa varten. Kun ruumiinneste on erotettu erillisiksi fraktioiksi sentrifugoimalla, verisolut palautetaan luovuttajalle ja plasma käytetään verensiirtoon tai pakastetaan myöhempää käyttöä varten.
- Verihiutalemassan eristäminen. Aine saadaan veriplasmasta, joka on rikastettu verihiutaleilla. Tuloksena olevaa massaa käytetään lääketieteellisten laitosten kirurgisilla ja hematologisilla osastoilla, hätähoidossa, leikkaussaleissa. Verihiutalemassan käyttö lääketieteessä mahdollistaa uhrien veren hyytymisen parantamisen.
- Erityrosyyttimassan synteesi. Verisolujen sentrifugointi tapahtuu erottamalla sen fraktiot herkästi erityistekniikan mukaisesti. Valmiita punasoluja sisältävää massaa käytetään verensiirtoon verenhukan ja leikkausten yhteydessä. Punasolumassaa käytetään usein anemian ja muiden systeemisten verisairauksien hoitoon.
Nykyaikaisessa lääketieteellisessä käytännössä käytetään monia uuden sukupolven laitteita, joiden avulla pyörivä rumpu voidaan kiihdyttää tiettyyn nopeuteen ja pysäyttää se tietyllä hetkellä. Tämän avulla voit erottaa veren tarkemmin punasoluiksi, verihiutaleiksi, plasmaksi, seerumiksi jahyytymiä. Muut kehon nesteet tutkitaan samalla tavalla, erityisesti virtsan koostumuksessa olevat aineet erottuvat.
Sentrifugit: päätyypit
Otimme selville, mitä sentrifugointi on. Nyt selvitetään, mitä laitteita menetelmän toteuttamiseen käytetään. Sentrifugit ovat joko suljettuja tai avoimia, mekaanisella tai manuaalisella käyttövoimalla. Manuaalisten avoimien laitteiden pääasiallinen työosa on pystysuorassa oleva pyörivä akseli. Sen yläosaan on kiinnitetty kohtisuoraan tanko, jossa liikkuvat metalliholkit sijaitsevat. Ne sisältävät erityisiä koeputkia, jotka on kavennettu pohjasta. Hihojen alaosaan on sijoitettu puuvillaa, mikä mahdollistaa lasikoeputken vaurioitumisen metalliin kosketuksessa. Seuraavaksi laite käynnistetään. Jonkin ajan kuluttua neste erotetaan suspendoituneesta kiintoaineesta. Sen jälkeen manuaalinen sentrifugi pysäytetään. Tiheä, kiinteä sakka konsentroituu koeputkien pohjalle. Sen yläpuolella on aineen nestemäinen osa.
Mekaanisissa suljetuissa sentrifugeissa on suuri määrä holkkeja koeputkille. Tällaiset laitteet ovat kätevämpiä kuin manuaaliset. Niiden roottorit ovat voimakkaiden sähkömoottoreiden käyttämiä, ja ne pystyvät kiihtymään jopa 3000 rpm:iin. Tämä mahdollistaa nestemäisten aineiden tehokkaamman erottamisen kiinteistä aineista.
Putken valmistelun ominaisuudet sentrifugoinnin aikana
Putket, joita käytetäänsentrifugointi, on täytettävä samanmassaisella testiaineella. Siksi tässä käytetään mittauksissa erityisiä erittäin tarkkoja vaakoja. Kun sentrifugissa on tasapainotettava useita putkia, käytetään seuraavaa tekniikkaa. Kun lasiastiapari on punnittu ja sama massa on saavutettu, yksi niistä jätetään vakioksi. Seuraavat putket tasapainotetaan tällä näytteellä ennen kuin ne asetetaan laitteeseen. Tämä tekniikka nopeuttaa huomattavasti työtä, jos on tarpeen valmistella koko sarja putkia sentrifugointia varten.
On syytä huomata, että liian paljon testiainetta ei koskaan panna koeputkiin. Lasisäiliöt täytetään siten, että etäisyys reunasta on vähintään 10 mm. Muuten aine valuu ulos koeputkesta keskipakovoiman vaikutuksesta.
Supersentrifugit
Erittäin hienojen suspensioiden aineosien erottamiseen tavanomaiset manuaaliset tai mekaaniset sentrifugit eivät riitä. Tässä tapauksessa tarvitaan vaikuttavampi vaikutus keskipakovoimien aineisiin. Tällaisten prosessien toteutuksessa käytetään supersentrifugeja.
Esitetyn suunnitelman laitteet on varustettu sokealla rummulla, joka on halkaisij altaan pieni - enintään 240 mm - putken muodossa. Tällaisen rummun pituus ylittää merkittävästi sen poikkileikkauksen, mikä mahdollistaa kierrosten määrän lisäämisen ja voimakkaan keskipakovoiman luomisen.
Supersentrifugissa testiaine menee rumpuun, liikkuu putkea pitkin ja osuu erityisiin heijastimiin, jotka heitetään poismateriaalia laitteen seinille. Siellä on myös kammioita, jotka on suunniteltu kevyiden ja raskaiden nesteiden erilliseen poistamiseen.
Supersentrifugin etuja ovat:
- absoluuttinen tiiviys;
- korkein erotusaste;
- kompakti koko;
- mahdollisuus erottaa aineita molekyylitasolla.
Lopuksi
Joten saimme selville, mitä sentrifugointi on. Tällä hetkellä menetelmä löytää sovelluksensa silloin, kun on tarpeen eristää liuossedimenttejä, puhdistaa nesteitä ja erottaa biologisesti aktiivisten ja kemiallisten aineiden komponentit. Ultrasentrifugeja käytetään aineiden erottamiseen molekyylitasolla. Sentrifugointimenetelmää käytetään aktiivisesti kemian-, öljy-, ydin-, elintarviketeollisuudessa sekä lääketieteessä.
