Cos'è la centrifugazione? A cosa serve il metodo? Il termine "centrifugazione" indica la separazione di particelle liquide o solide di una sostanza in varie frazioni mediante forze centrifughe. Questa separazione delle sostanze viene effettuata attraverso l'uso di apparecchiature speciali - centrifughe. Qual è il principio del metodo?
Principio della centrifugazione
Consideriamo la definizione in modo più dettagliato. La centrifugazione è l'impatto sulle sostanze dovuto alla rotazione ad altissima velocità in un apparato specializzato. La parte principale di qualsiasi centrifuga è il rotore, che contiene le fessure per l'installazione di provette con materiale da separare in frazioni separate. Durante la rotazione del rotore ad alte velocità, entra in gioco la forza centrifuga. Le sostanze poste nelle provette vengono separate in diverse sostanze in base al livello di densità. Ad esempio, la centrifugazione di campioni di acque sotterranee separa il liquido e fa precipitare i solidi in esso contenuti.
Autoremetodo
Per la prima volta si è saputo cos'è la centrifugazione, dopo gli esperimenti condotti dallo scienziato A. F. Lebedev. Il metodo è stato sviluppato da un ricercatore per determinare la composizione dell'acqua del suolo. In precedenza, per questo scopo veniva utilizzata la decantazione del liquido seguita dalla separazione di campioni solidi da esso. Lo sviluppo del metodo di centrifugazione ha permesso di far fronte a questo compito molto più velocemente. Grazie a questa separazione è stato possibile estrarre la frazione solida delle sostanze dal liquido in forma secca in pochi minuti.
Fasi di centrifugazione
La centrifugazione differenziale inizia con la sedimentazione delle sostanze che devono essere studiate. Tale lavorazione del materiale avviene in vasche di decantazione. Durante la decantazione, le particelle di materia vengono separate sotto l'influenza della gravità. Ciò consente di preparare le sostanze per una migliore separazione utilizzando le forze centrifughe.
Inoltre, le sostanze nelle provette vengono filtrate. In questa fase vengono utilizzati i cosiddetti tamburi forati, che hanno la funzione di separare le particelle liquide da quelle solide. Nel corso delle attività presentate, tutto il sedimento rimane sulle pareti della centrifuga.
Vantaggi del metodo
Rispetto ad altri metodi di separazione delle singole sostanze, come la filtrazione o la decantazione, la centrifugazione permette di ottenere un precipitato con un contenuto di umidità minimo. L'uso di questo metodo di separazione consente di separare sospensioni finemente disperse. Il risultato èottenendo particelle con una dimensione di 5-10 micron. Un altro importante vantaggio della centrifugazione è la possibilità della sua realizzazione utilizzando apparecchiature di piccoli volumi e dimensioni. L'unico inconveniente del metodo è l'elevato consumo energetico dei dispositivi.
Centrifugazione in biologia
In biologia, la separazione delle sostanze in sostanze separate viene utilizzata quando è necessario preparare preparati per l'esame al microscopio. La centrifugazione qui viene eseguita su dispositivi complessi: citorotori. Tali dispositivi, oltre alle fessure per le provette, sono dotati di portacampioni, tutti i tipi di vetrini dal design complesso. La qualità dei materiali ottenuti e, di conseguenza, la quantità di informazioni utili che possono essere ricavate dai risultati dell'analisi dipendono direttamente dalla progettazione della centrifuga quando si effettuano ricerche in biologia.
Centrifugazione nell'industria della raffinazione del petrolio
Il metodo della centrifugazione è indispensabile nella produzione di olio. Ci sono fossili di idrocarburi da cui l'acqua non viene completamente rilasciata durante la distillazione. La centrifugazione consente di rimuovere il liquido in eccesso dalla composizione dell'olio, aumentandone la qualità. In questo caso, l'olio viene sciolto in benzene, quindi riscaldato a 60 oC e quindi sottoposto a forza centrifuga. Infine, misurare la quantità di acqua rimanente nella sostanza e, se necessario, ripetere la procedura.
Centrifugazione del sangue
Questo metodo è ampiamente utilizzato in medicinaobiettivi. In medicina, permette di risolvere il seguente numero di problemi:
- Ottenere campioni di sangue purificato per plasmaferesi. A tal fine, le cellule del sangue vengono separate dal suo plasma in una centrifuga. L'operazione consente di liberare il sangue da virus, anticorpi in eccesso, batteri patogeni, tossine.
- Preparazione del sangue per una trasfusione di donatore. Dopo aver separato il fluido corporeo in frazioni separate mediante centrifugazione, i globuli vengono restituiti al donatore e il plasma viene utilizzato per la trasfusione o congelato per un uso successivo.
- Isolamento della massa piastrinica. La sostanza si ottiene dal plasma sanguigno arricchito con piastrine. La massa risultante viene utilizzata nei reparti chirurgici ed ematologici delle istituzioni mediche, nella terapia di emergenza, nelle sale operatorie. L'uso della massa piastrinica in medicina permette di migliorare la coagulazione del sangue nelle vittime.
- Sintesi della massa eritrocitaria. La centrifugazione dei globuli avviene per delicata separazione delle sue frazioni secondo una tecnica speciale. La massa finita, ricca di eritrociti, viene utilizzata per la trasfusione in caso di perdita di sangue, operazioni. La massa eritrocitaria è spesso usata per trattare l'anemia e altre malattie sistemiche del sangue.
Nella pratica medica moderna vengono utilizzati molti dispositivi di nuova generazione, che consentono di accelerare un tamburo rotante a una certa velocità e fermarlo in un determinato momento. Ciò consente di separare più accuratamente il sangue in globuli rossi, piastrine, plasma, siero ecoaguli. Altri fluidi corporei vengono esaminati in modo simile, in particolare le sostanze nella composizione dell'urina vengono separate.
Centrifughe: tipi principali
Abbiamo scoperto cos'è la centrifugazione. Ora scopriamo quali dispositivi vengono utilizzati per implementare il metodo. Le centrifughe sono chiuse o aperte, con azionamento meccanico o manuale. La parte di lavoro principale dei dispositivi manuali aperti è un asse rotante posizionato verticalmente. Nella sua parte superiore, una barra è fissata perpendicolarmente, dove si trovano maniche metalliche mobili. Contengono provette speciali, ristrette sul fondo. Il cotone idrofilo è posizionato nella parte inferiore delle maniche, il che consente di evitare danni alla provetta di vetro a contatto con il metallo. Successivamente, l'apparato viene messo in moto. Dopo qualche tempo, il liquido viene separato dai solidi sospesi. Successivamente, la centrifuga manuale viene arrestata. Sul fondo delle provette si concentra un precipitato denso e solido. Sopra c'è la parte liquida della sostanza.
Le centrifughe meccaniche di tipo chiuso hanno un gran numero di manicotti per ospitare le provette. Tali dispositivi sono più convenienti di quelli manuali. I loro rotori sono azionati da potenti motori elettrici e sono in grado di accelerare fino a 3000 giri/min. Ciò consente di effettuare una migliore separazione delle sostanze liquide da quelle solide.
Caratteristiche della preparazione delle provette durante la centrifugazione
Tubi utilizzati percentrifugazione, deve essere riempito con materiale di prova di massa identica. Pertanto, qui vengono utilizzate scale speciali ad alta precisione per le misurazioni. Quando è necessario bilanciare più provette in una centrifuga, viene utilizzata la tecnica seguente. Dopo aver pesato una coppia di contenitori di vetro e aver raggiunto la stessa massa, uno di essi viene lasciato come standard. Le provette successive vengono equilibrate con questo campione prima di essere collocate nell'apparecchio. Questa tecnica velocizza notevolmente il lavoro se è necessario preparare tutta una serie di tubi per la centrifugazione.
Vale la pena notare che troppa sostanza in esame non viene mai messa nelle provette. I contenitori di vetro sono riempiti in modo tale che la distanza dal bordo sia di almeno 10 mm. In caso contrario, la sostanza fuoriesce dalla provetta sotto l'influenza della forza centrifuga.
Supercentrifughe
Per separare i costituenti di sospensioni estremamente fini non bastano le tradizionali centrifughe manuali o meccaniche. In questo caso, è richiesto un effetto più impressionante sulle sostanze dalle forze centrifughe. Le supercentrifughe vengono utilizzate nell'implementazione di tali processi.
I dispositivi del piano presentato sono dotati di un tamburo cieco a forma di tubo di piccolo diametro - non più di 240 mm. La lunghezza di un tale tamburo supera significativamente la sua sezione trasversale, il che consente di aumentare significativamente il numero di giri e creare una potente forza centrifuga.
Nella supercentrifuga, la sostanza in esame entra nel tamburo, si muove lungo il tubo e colpisce speciali riflettori che vengono gettati viamateriale sulle pareti del dispositivo. Ci sono anche camere progettate per il prelievo separato di liquidi leggeri e pesanti.
I vantaggi della supercentrifuga includono:
- tenuta assoluta;
- tasso di separazione più alto;
- dimensione compatta;
- possibilità di separare le sostanze a livello molecolare.
In chiusura
Così abbiamo scoperto cos'è la centrifugazione. Attualmente, il metodo trova la sua applicazione quando è necessario isolare sedimenti di soluzioni, purificare liquidi e separare componenti di sostanze biologicamente attive e chimiche. Le ultracentrifughe vengono utilizzate per separare le sostanze a livello molecolare. Il metodo di centrifugazione è utilizzato attivamente nelle industrie chimiche, petrolifere, nucleari, alimentari, nonché in medicina.
