سانتریفیوژ. سانتریفیوژ: انواع و کاربرد روش روش سانتریفیوژ بر اساس

سانتریفیوژ جداسازی مخلوط های مکانیکی به اجزای سازنده آنهاست.
با عمل نیروی گریز از مرکز. دستگاه هایی که برای این کار استفاده می شوند
اهداف را سانتریفیوژ می نامند.
قسمت اصلی سانتریفیوژ روتور با نصب است
دارای شیارهایی برای لوله های سانتریفیوژ است. روتور با
سرعت بالا که در نتیجه آن آسیب قابل توجهی ایجاد می شود
بزرگی نیروهای گریز از مرکز، تحت تأثیر آنها
برای مثال مخلوط های مکانیکی جدا می شوند
رسوب ذرات معلق در مایع.

فرآیندهایی که در سانتریفیوژ اتفاق می افتد

فرآیندهای زیر در سانتریفیوژها از هم جدا می شوند:
1) فیلتراسیون گریز از مرکز.
2) ته نشینی گریز از مرکز.
3) شفاف سازی گریز از مرکز.

فیلتراسیون گریز از مرکز

فیلتراسیون گریز از مرکز است
فرآیند جداسازی سوسپانسیون ها در سانتریفیوژها با
طبل سوراخ سطح داخلی
چنین درام با پارچه فیلتر پوشانده شده است.
تعلیق به سمت پرتاب می شود
دیوارهای درام، در حالی که فاز جامد روشن باقی می ماند
سطح پارچه، و مایع تحت تاثیر
نیروی گریز از مرکز از لایه رسوب عبور می کند و
پارچه از طریق سوراخ های درام خارج می شود.
فیلتراسیون گریز از مرکز معمولاً شامل
سه فرآیند فیزیکی متوالی:
1) فیلتراسیون با تشکیل رسوب؛
2) تراکم رسوب؛
3) حذف مایع باقی مانده از رسوبات
نیروهای مولکولی؛

ته نشینی گریز از مرکز

ته نشینی گریز از مرکز
ته نشینی گریز از مرکز - فرآیند جداسازی
تعلیق در سانتریفیوژهای دارای درام با
دیوارهای جامد تعلیق به قسمت پایین تزریق می شود
بخشی از درام و تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز
به دیوارها پرتاب می شود یک لایه در دیوارها تشکیل می شود
رسوب، و مایع لایه داخلی را تشکیل می دهد و
به زور از طبل خارج می شود و وارد جداسازی می شود
تعلیق مایع به سمت بالا بالا می رود،
روی لبه درام ریخته و برداشته می شود
بیرون
در این مورد، دو فرآیند فیزیکی رخ می دهد:
1) ته نشینی فاز جامد.
2) تراکم رسوب.

شفاف سازی گریز از مرکز

شفاف سازی گریز از مرکز - فرآیند جداسازی
سوسپانسیون های نازک و محلول های کلوئیدی. بنابراین
آن را در طبل جامد انجام می شود.
با توجه به ماهیت فیزیکی آن، گریز از مرکز
شفاف سازی یک فرآیند است
رسوب آزاد ذرات جامد در میدان
نیروهای گریز از مرکز
در طبل هایی با دیواره های محکم
امولسیون ها نیز جدا می شوند. زیر
اجزای تشکیل دهنده به دلیل نیروی گریز از مرکز
امولسیون با توجه به چگالی
به شکل لایه های محدود مرتب شده اند:
لایه بیرونی مایع با چگالی بالاتر
و یک لایه داخلی از مایع سبک تر.
مایعات به طور جداگانه از درام تخلیه می شوند.

در آزمایشگاه های بالینی و بهداشتی
سانتریفیوژ استفاده می شود
برای جداسازی گلبول های قرمز از
پلاسمای خون، لخته شدن خون از
سرم، ذرات متراکم از
قسمت مایع ادرار و غیره برای
برای این منظور استفاده می شود یا
سانتریفیوژهای دستی یا
سانتریفیوژهای الکتریکی،
که سرعت چرخش آن
قابل تنظیم است.
اولتراسانتریفیوژها، سرعت
چرخش روتورهای آن
بیش از 40000 دور در دقیقه،
معمولا در
تمرین تجربی
برای جداسازی اندامک ها
سلول ها، محفظه های کلوئیدی
ذرات، ماکرومولکول ها،
پلیمرها

استفاده از سانتریفیوژ در انگل شناسی

این روش برای افتراق پیچیده استفاده می شود
مخلوط خون، ادرار یا مدفوع و به دنبال آن
برای بیشتر، کرم ها را از آن جدا کنید
مطالعه زیر میکروسکوپ و تثبیت مواد. در
فرآیند سانتریفیوژ موجود در نمونه
انگل ها از فیلتر عبور کرده و در آن تجمع می یابند
محفظه مخروطی پایین لوله آزمایش. مش فیلتر
با سلول هایی با اندازه های خاص
در یک لوله آزمایش به صورت عمودی قرار دارد، در نتیجه
چه اتفاقی می افتد افقی (جانبی)
فیلتراسیون نمونه در نتیجه بی ادبی
ذرات غذای هضم نشده، فیبر در آن ته نشین می شود
اتاق اختلاط و انگل ها و تخم های آنها
بدون مانع از فیلتر عبور کنید. بنابراین
بنابراین، انگل ها در آن متمرکز می شوند
لایه سطحی رسوبات ریز، و
پزشک آزمایشگاه فقط می تواند با دقت انتخاب کند
نمونه برای میکروسکوپ با استفاده از
پیپت خودکار و اعمال آن به
اسلاید

روش سانتریفیوژ در سیتولوژی

روش دیفرانسیل
سانتریفیوژ برای
تقسیم سلولی، یعنی جداسازی آنها
محتویات به کسری بسته به خاص
وزن اندامک های مختلف و اجزای سلولی.
برای انجام این کار، سلول های ریز آسیاب شده به داخل چرخانده می شوند
یک دستگاه ویژه - یک اولتراسانتریفیوژ. در
حاصل از سانتریفیوژ کردن اجزای سلول
رسوب از محلول، واقع در
با توجه به تراکم آن متراکم تر
سازه ها با نرخ های پایین تری مستقر می شوند
سانتریفیوژ، و آنهایی که چگالی کمتری دارند - در بالا
سرعت ها لایه های حاصل جدا شده و مورد مطالعه قرار می گیرند
به طور جداگانه

10. سانتریفیوژ در گیاه شناسی و فیزیولوژی گیاهی

سانتریفیوژ به شما امکان می دهد انواع مختلفی را بدست آورید
کسری از ذرات درون سلولی و کشف
ویژگی ها و وظایف هر جناح در
به طور جداگانه به عنوان مثال، از برگ های اسفناج می توانید
کلروپلاست ها را جدا کنید، آنها را بشویید
سانتریفیوژ مکرر در محل مناسب
محیط از قطعات سلولی و بررسی آنها
رفتار در تجربیات مختلف
شرایط و یا تعیین ترکیب شیمیایی آنها.
علاوه بر این می توانید با استفاده از تغییرات مختلف
این پلاستیدها را از بین ببرید و جدا کنید
از طریق
سانتریفیوژ دیفرانسیل (به طور مکرر
رسوب ذرات در مقادیر مختلف
شتاب) عناصر تشکیل دهنده آنها. بنابراین
با استفاده از آن می توان نشان داد که پلاستیدها حاوی
ساختارهای مشخص شده توسط بسیار منظم
ساختار - به اصطلاح گرانا؛ همه غلات
در داخل کلروپلاست محدود قرار دارند
غشاها (پوسته کلروپلاست). مزایا
این روش به سادگی بسیار ارزشمند است زیرا
به ما اجازه می دهد تا وجود را آشکار کنیم
زیر واحدهای عملکردی که تشکیل می دهند
ذرات درون سلولی بزرگتر؛ به طور خاص،
با استفاده از روش

11. روش سانتریفیوژ در ویروس شناسی

روش سانتریفیوژ گرادیان چگالی براکت می تواند باشد
هم برای انتخاب و هم برای بازیابی استفاده کنید
ویژگی های کمی ویروس های گیاهی همانطور که معلوم شد،
این روش حتی امروزه مملو از امکانات زیادی است
به طور گسترده در زمینه ویروس شناسی و مولکولی استفاده می شود
زیست شناسی هنگام انجام تحقیق با استفاده از
لوله سانتریفیوژ سانتریفیوژ گرادیان چگالی
تا حدی با محلولی که چگالی آن کاهش می یابد پر شده است
جهت از پایین به منیسک. برای ایجاد یک گرادیان زمانی که
بیشتر در تقسیم بندی ویروس های گیاهی استفاده می شود
ساکارز قبل از شروع سانتریفیوژ، ذرات ویروس ممکن است
یا در کل حجم محلول توزیع شود یا روی آن اعمال شود
بالای شیب براک سه تکنیک مختلف را پیشنهاد کرد
سانتریفیوژ گرادیان چگالی با ایزوپیک
(تعادل) فرآیند سانتریفیوژ ادامه می یابد تا
تا زمانی که تمام ذرات در گرادیان به سطحی برسند که چگالی آن باشد
محیط با چگالی خود برابر است. بنابراین،
شکنش ذرات در این مورد مطابق با
تفاوت در چگالی آنها محلول های ساکارز ندارند
چگالی کافی برای جداسازی ایزوپیکنال بسیاری
ویروس ها در طول سانتریفیوژ ناحیه ای با سرعت بالا، ویروس
ابتدا یک گرادیان ایجاد شده قبلی اعمال می شود. ذرات
هر نوع از طریق یک گرادیان به شکل یک منطقه رسوب می‌کند.
یا نوارها، با سرعتی بسته به اندازه، شکل و
تراکم سانتریفیوژ زمانی که ذرات کامل می شود
همچنان به رسوب گذاری ادامه می دهد. منطقه ای تعادل
سانتریفیوژ شبیه به منطقه ای با سرعت بالا است
سانتریفیوژ، اما در این مورد سانتریفیوژ

12. مشکلات در استفاده از روش سانتریفیوژ

کاربرد روش سانتریفیوژ دیفرانسیل
با بسیاری از مشکلات روش شناختی همراه است. اول اینکه کی
انتشار ذرات می تواند به ساختار آنها آسیب برساند. به همین دلیل است
لازم بود روش های خاصی برای از بین بردن سلول ها ایجاد شود،
که باعث آسیب به ساختار درون سلولی نمی شود
جناح ها ثانیاً، از آنجایی که ذرات درون سلولی دارند
غشاها، در فرآیند ترشح آنها ممکن است ایجاد شوند
اثرات مختلف اسمزی بنابراین، به منظور
تا فراساختار اجسام مورد مطالعه از بین نرود
حتی هنگام جداسازی آنها، لازم است ترکیب را با دقت انتخاب کنید
محیطی که در آن تخریب و رسوب سلولی رخ می دهد
ذرات در نهایت، شستن ذرات درون سلولی
(تعلیق مجدد آنها در محیط و سپس تکرار
سانتریفیوژ) ممکن است منجر به از دست دادن برخی شود
مواد موجود در آنها، که تحت تاثیر نیروهای انتشار
به راه حل بروید
به همین دلیل، گاهی اوقات درک اینکه کدام مولکول های کوچک ممکن است دشوار باشد
واقعاً عناصری از ساختارهای مورد مطالعه هستند و که
در طول فرآیند رهاسازی به سادگی بر روی سطح خود جذب شدند.
این وضعیت تعیین دقیق برخی را دشوار می کند
ویژگی های عملکردی اشیاء انتخاب شده

سانتریفیوژ چیست؟ روش مورد استفاده برای چیست؟ اصطلاح "سانتریفیوژ" به معنای جداسازی ذرات مایع یا جامد یک ماده به بخش های مختلف با استفاده از نیروهای گریز از مرکز است. این جداسازی مواد از طریق استفاده از دستگاه های ویژه - سانتریفیوژها انجام می شود. اصل روش چیست؟

اصل سانتریفیوژ

بیایید با جزئیات بیشتر به تعریف نگاه کنیم. سانتریفیوژ اثر بر روی مواد از طریق چرخش با سرعت فوق العاده بالا در یک دستگاه تخصصی است. بخش اصلی هر سانتریفیوژ روتور است که شامل لانه هایی برای نصب لوله های آزمایش با موادی است که در معرض جداسازی به بخش های جداگانه هستند. هنگامی که روتور با سرعت بالا می چرخد، مواد قرار داده شده در لوله های آزمایش با توجه به سطح چگالی به مواد مختلف جدا می شوند. برای مثال، سانتریفیوژ کردن نمونه‌های آب زیرزمینی، مایع را جدا کرده و ذرات جامد موجود در آن را رسوب می‌دهد.

نویسنده روش

برای اولین بار پس از آزمایشات انجام شده توسط دانشمند A.F. Lebedev مشخص شد که سانتریفیوژ چیست. این روش توسط یک محقق برای تعیین ترکیب آب خاک توسعه یافته است. قبلاً برای این منظور از ته نشینی مایع با جداسازی بعدی نمونه های جامد از آن استفاده می شد. توسعه روش سانتریفیوژ باعث شد تا بتوان با این کار بسیار سریعتر کنار آمد. به لطف این جداسازی، استخراج بخش جامد مواد از مایع به شکل خشک در عرض چند دقیقه امکان پذیر شد.

مراحل سانتریفیوژ

سانتریفیوژ دیفرانسیل با ته نشین شدن موادی که در معرض تحقیق هستند آغاز می شود. این پردازش مواد در دستگاه های ته نشینی رخ می دهد. در هنگام ته نشین شدن، ذرات ماده تحت تأثیر گرانش از هم جدا می شوند. این به شما امکان می دهد با استفاده از نیروهای گریز از مرکز مواد را برای جداسازی بهتر آماده کنید.

در مرحله بعد، مواد موجود در لوله های آزمایش تحت فیلتراسیون قرار می گیرند. در این مرحله از درام های به اصطلاح سوراخ دار استفاده می شود که برای جداسازی ذرات مایع از جامد در نظر گرفته شده است. در طول فعالیت های ارائه شده، تمام رسوبات بر روی دیواره های سانتریفیوژ باقی می ماند.

مزایای روش

در مقایسه با روش‌های دیگر با هدف جداسازی مواد منفرد، مانند فیلتراسیون یا ته نشینی، سانتریفیوژ به دست آوردن رسوبی با حداقل رطوبت ممکن می‌شود. استفاده از این روش جداسازی امکان جداسازی سوسپانسیون های ریز را فراهم می کند. نتیجه تولید ذرات با اندازه 5-10 میکرون است. یکی دیگر از مزایای مهم سانتریفیوژ، امکان انجام آن با استفاده از تجهیزات با حجم و ابعاد کوچک است. تنها عیب روش مصرف بالای انرژی دستگاه هاست.

سانتریفیوژ در زیست شناسی

در زیست شناسی، جداسازی مواد به مواد جداگانه زمانی انجام می شود که آماده سازی آماده سازی برای بررسی زیر میکروسکوپ ضروری باشد. سانتریفیوژ در اینجا با استفاده از دستگاه های پیچیده - سیتوروتورها انجام می شود. علاوه بر شکاف‌های لوله‌های آزمایش، چنین دستگاه‌هایی به نگهدارنده‌های نمونه و انواع اسلایدهای طراحی پیچیده مجهز هستند. طراحی سانتریفیوژ هنگام انجام تحقیقات در زیست شناسی به طور مستقیم بر کیفیت مواد به دست آمده و بر این اساس، مقدار اطلاعات مفیدی که از نتایج تجزیه و تحلیل به دست می آید تأثیر می گذارد.

سانتریفیوژ در صنعت پالایش نفت

روش سانتریفیوژ در تولید روغن ضروری است. مواد معدنی هیدروکربنی وجود دارد که آب به طور کامل از آنها در طول تقطیر آزاد نمی شود. سانتریفیوژ کردن باعث می شود تا مایع اضافی از روغن خارج شود و کیفیت آن افزایش یابد. در این حالت روغن در بنزن حل می شود و سپس تا دمای 60 درجه سانتی گراد حرارت داده می شود و سپس تحت نیروی گریز از مرکز قرار می گیرد. در نهایت مقدار آب باقیمانده در ماده را اندازه بگیرید و در صورت لزوم این روش را تکرار کنید.

سانتریفیوژ خون

این روش به طور گسترده برای اهداف دارویی استفاده می شود. در پزشکی، به شما امکان می دهد تعدادی از مشکلات زیر را حل کنید:

1. گرفتن نمونه خون تصفیه شده برای پلاسمافرزیس. برای این منظور، عناصر تشکیل شده خون از پلاسمای آن در یک سانتریفیوژ جدا می شوند. این عمل باعث می شود خون از شر ویروس ها، آنتی بادی های اضافی، باکتری های بیماری زا و سموم خلاص شود.
2. آماده سازی خون برای انتقال خون اهداکننده پس از اینکه مایع بدن توسط سانتریفیوژ به بخش‌های جداگانه جدا شد، سلول‌های خونی به اهداکننده بازگردانده می‌شوند و پلاسما برای انتقال خون استفاده می‌شود یا برای استفاده بعدی منجمد می‌شود.
3. جداسازی توده پلاکتی این ماده از توده حاصل به دست می آید و در بخش های جراحی و هماتولوژی موسسات پزشکی، درمان اورژانس و اتاق های عمل استفاده می شود. استفاده از توده پلاکتی در پزشکی، بهبود لخته شدن خون در قربانیان را ممکن می سازد.
4. سنتز گلبول های قرمز. سانتریفیوژ سلول‌های خونی از طریق جداسازی ظریف بخش‌های آن طبق یک تکنیک خاص انجام می‌شود. توده تمام شده، غنی از گلبول های قرمز خون، برای انتقال خون در هنگام از دست دادن خون و عملیات استفاده می شود. گلبول های قرمز اغلب برای درمان کم خونی و سایر بیماری های سیستمیک خون استفاده می شود.

در عمل پزشکی مدرن، بسیاری از دستگاه های نسل جدید استفاده می شود که این امکان را فراهم می کند که یک درام چرخان را به سرعت معینی شتاب داده و آن را در یک لحظه خاص متوقف کنید. این اجازه می دهد تا خون با دقت بیشتری به گلبول های قرمز، پلاکت ها، پلاسما، سرم و لخته ها تقسیم شود. سایر مایعات بدن نیز به روشی مشابه بررسی می شوند، به ویژه، مواد موجود در ادرار جدا می شوند.

سانتریفیوژها: انواع اصلی

ما فهمیدیم که سانتریفیوژ چیست. حال بیایید دریابیم که از چه دستگاه هایی برای پیاده سازی روش استفاده می شود. سانتریفیوژها می توانند بسته یا باز، مکانیکی یا دستی باشند. قسمت کار اصلی ابزارهای باز دستی یک محور چرخشی است که به صورت عمودی قرار دارد. در قسمت بالایی آن یک میله عمود بر ثابت وجود دارد که آستین های فلزی متحرک در آن قرار دارند. آنها حاوی لوله های آزمایش ویژه ای هستند که در پایین باریک می شوند. پشم پنبه در پایین آستین ها قرار می گیرد که از آسیب دیدن لوله آزمایش شیشه ای در تماس با فلز جلوگیری می کند. سپس دستگاه به حرکت در می آید. پس از مدتی مایع از جامدات معلق جدا می شود. پس از این، سانتریفیوژ دستی متوقف می شود. یک رسوب متراکم و جامد در انتهای لوله های آزمایش متمرکز می شود. بالای آن قسمت مایع ماده است.

سانتریفیوژهای مکانیکی نوع بسته دارای تعداد زیادی آستین برای قرار دادن لوله های آزمایش هستند. چنین دستگاه هایی در مقایسه با دستگاه های دستی راحت تر هستند. روتورهای آنها توسط موتورهای الکتریکی قدرتمند به حرکت در می آیند و می توانند تا 3000 دور در دقیقه شتاب بگیرند. این امکان جداسازی بهتر مواد مایع از جامد را فراهم می کند.

ویژگی های آماده سازی لوله ها برای سانتریفیوژ

لوله های آزمایشی که برای سانتریفیوژ استفاده می شوند باید با مواد آزمایشی با جرم یکسان پر شوند. بنابراین در اینجا از ترازوهای با دقت بالا برای اندازه گیری استفاده می شود. هنگامی که لازم است چندین لوله در یک سانتریفیوژ متعادل شود، از تکنیک زیر استفاده می شود. پس از توزین یک جفت ظرف شیشه ای و به دست آوردن جرم یکسان، یکی از آنها به صورت استاندارد باقی می ماند. لوله های بعدی قبل از قرار گرفتن در دستگاه با این نمونه متعادل می شوند. این تکنیک در مواقعی که لازم است یک سری لوله کامل برای سانتریفیوژ آماده شود، کار را به طور قابل توجهی سرعت می بخشد.

شایان ذکر است که مقدار زیادی از ماده آزمایش هرگز در لوله های آزمایش قرار نمی گیرد. ظروف شیشه ای به گونه ای پر می شوند که فاصله تا لبه حداقل 10 میلی متر باشد. در غیر این صورت، ماده تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز از لوله آزمایش خارج می شود.

سوپرسانتریفیوژها

برای جداسازی اجزای سیستم تعلیق بسیار نازک، استفاده از سانتریفیوژهای دستی یا مکانیکی معمولی کافی نیست. در این مورد، تأثیر چشمگیرتری بر مواد حاصل از نیروهای گریز از مرکز مورد نیاز است. هنگام اجرای چنین فرآیندهایی، از سوپرسانتریفیوژها استفاده می شود.

دستگاه های طرح ارائه شده مجهز به یک درام کور به شکل یک لوله با قطر کوچک - حداکثر 240 میلی متر است. طول چنین درام به طور قابل توجهی از سطح مقطع آن فراتر می رود، که باعث می شود تعداد دورها به میزان قابل توجهی افزایش یابد و یک نیروی گریز از مرکز قدرتمند ایجاد شود.

در یک سوپرسانتریفیوژ، ماده مورد آزمایش وارد درام می شود، از طریق لوله حرکت می کند و با بازتابنده های مخصوص برخورد می کند که مواد را روی دیواره های دستگاه پرتاب می کند. همچنین محفظه هایی برای حذف جداگانه مایعات سبک و سنگین طراحی شده است.

مزایای سوپرسانتریفیوژها عبارتند از:

• سفتی مطلق؛
• بیشترین شدت جداسازی مواد؛
• ابعاد فشرده؛
• توانایی جداسازی مواد در سطح مولکولی.

در نتیجه

بنابراین ما متوجه شدیم که سانتریفیوژ چیست. در حال حاضر، این روش زمانی کاربرد خود را پیدا می کند که جداسازی رسوبات از محلول ها، تصفیه مایعات و جداسازی اجزای مواد فعال بیولوژیکی و شیمیایی ضروری باشد. اولتراسانتریفیوژها برای جداسازی مواد در سطح مولکولی استفاده می شوند. روش سانتریفیوژ به طور فعال در صنایع شیمیایی، نفت، هسته ای، مواد غذایی و همچنین در پزشکی استفاده می شود.

روش سانتریفیوژ- این جداسازی (تقسیم) به اجزای مخلوط های مختلف ناهمگن با استفاده از نیروی گریز از مرکز است. برای انجام این کار از دستگاه های تخصصی به نام سانتریفیوژ استفاده می شود.

بخش اصلی هر سانتریفیوژ یک روتور با لانه هایی است که در آن لوله های آزمایش نصب شده است. در طول چرخش با سرعت فوق العاده بالا، یک نیروی گریز از مرکز در سیستم ایجاد می شود که به جداسازی ماده فرآوری شده با چگالی- به عنوان مثال، ذرات جامد موجود در مایع "رسوب" می شوند. روش سانتریفیوژ تقریباً در تمام زمینه‌های فعالیت انسانی استفاده می‌شود: در علم و پزشکی، صنعت، کشاورزی، در زندگی روزمره و در زمینه‌های فناوری.

روش های مختلف سانتریفیوژ

برای جداسازی مواد، می توان از روش دیگری برای ته نشینی استفاده کرد - ته نشینی، زمانی که جداسازی تحت تأثیر گرانش اتفاق می افتد. به عنوان یک قاعده، درمان در دستگاه های ته نشینی مقدم بر سانتریفیوژ است و یک مرحله مقدماتی کار است.

خود روش سانتریفیوژ به ته نشینی، فیلتراسیون و شفاف سازی تقسیم می شود.

فیلتراسیونبا استفاده از یک درام سوراخ شده که یک محیط فیلتر روی آن نصب شده است انجام می شود. مایع تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز آزادانه از آن عبور می کند، در حالی که ذرات جامد در خارج باقی می مانند. برای دفاع کردندرام هایی با دیواره های جامد استفاده می شود که در قسمت پایینی آن تعلیق عرضه می شود. در طول فرآیند، رسوب بر روی دیوارها آزاد می شود و مایع یک لایه داخلی را تشکیل می دهد، سپس از لبه سرریز می کند.

و در نهایت روشن شدنهمچنین در درام های جامد رخ می دهد که نشان دهنده فرآیند ته نشینی آزاد ذرات تحت تأثیر یک میدان گریز از مرکز است.

ویژگی های روش های سانتریفیوژ

در ماهیت فیزیکی آنها، روش های تصفیه و ته نشینی بسیار متفاوت است.

در ته نشین شدن طبل هاپردازش برای خالص سازی مایعی انجام می شود که محتوای آلاینده ها و ناخالصی ها در آن کاملاً ناچیز است، با فشرده سازی رسوب و ته نشین شدن ذرات جامد.

در عین حال، این به طور اساسی با فرآیند استفاده از گرانش متفاوت است - در درجه اول به دلیل این واقعیت است که ته نشینی یک فرآیند نسبتا یکنواخت است و سانتریفیوژ، به دلیل عدم موازی خطوط میدان گریز از مرکز، یک روش نسبتاً متناقض است. این دو روش ذاتاً متفاوت هستند و این باید در نظر گرفته شود.

سانتریفیوژ فیلتراسیونساختار تا حدودی پیچیده تر است، زیرا معمولاً در سه مرحله رخ می دهد: ابتدا تشکیل رسوب، سپس تراکم و سپس حذف مایع وجود دارد. فیلتراسیون توسط نیروی گریز از مرکز نیز بسیار متفاوت از فیلتراسیون توسط گرانش "عادی" است. فقط مرحله اول را می توان مشابه نامید.

استفاده از سانتریفیوژ در مناطق مختلف

این روش گسترده شده است و تقریباً در هر زمینه ای از فعالیت استفاده می شود. شما می توانید آن را در زیست شناسی و پزشکی، تشخیص آزمایشگاهی، و صنایع غذایی ملاقات کنید. این مدت طولانی و با موفقیت جایگزین فرآیندهای سنتی تر و کم کارآمدتر فیلتر، فشردن و تمیز کردن شده است.

سانتریفیوژهای صنعتیآنها دارای قدرت بیشتر و طراحی روتور پیچیده تری هستند که به لطف آن می توان بسیاری از مواد را به طور همزمان پردازش کرد. در کشاورزی برای استخراج عسل از لانه زنبوری و تمیز کردن دانه، جداسازی چربی از شیر با جداسازی استفاده می شود و همچنین در زمینه استخراج سنگ معدن بسیار رایج است. شما حتی می توانید یک سانتریفیوژ را در یک اتاق لباسشویی پیدا کنید - در آنجا لباس ها را بعد از شستن می چرخانند.

سانتریفیوژهای آزمایشگاهی با سرعت روتور نسبتاً آهسته برای جداسازی سرم خون، رسوبات ادرار، برای مطالعات سرولوژیکی و برای ته نشینی گلبول های قرمز استفاده می شود. انواع آزمایشگاهی بیشتر به بالینی، ثابت، یخچال دار، رومیزی و گوشه کوچک تقسیم می شوند: هر کدام بسته به اهداف و اهداف مرکز پزشکی در حوزه تحقیقات آزمایشگاهی خود استفاده می شود.

سانتریفیوژ آماده سازی یکی از روش های جداسازی مواد بیولوژیکی برای تحقیقات بیوشیمیایی بعدی است. به شما امکان می دهد تعداد قابل توجهی از ذرات سلولی را برای مطالعه جامع فعالیت بیولوژیکی، ساختار و مورفولوژی آنها جدا کنید. این روش همچنین برای جداسازی ماکرومولکول‌های بیولوژیکی اساسی کاربرد دارد. زمینه استفاده: تحقیقات پزشکی، شیمیایی و بیوشیمیایی.

طبقه بندی روش های سانتریفیوژ آماده سازی

سانتریفیوژ آماده سازی با استفاده از یکی از روش های زیر انجام می شود:

دیفرانسیل. این روش بر اساس تفاوت در نرخ رسوب ذرات است. ماده مورد مطالعه با افزایش تدریجی شتاب گریز از مرکز سانتریفیوژ می شود. در هر مرحله یکی از فراکسیون های متوسط ​​در پایین لوله آزمایش رسوب می کند. پس از سانتریفیوژ، کسر حاصل از مایع جدا شده و چندین بار شسته می شود. سرعت منطقه. این روش مبتنی بر لایه بندی محیط آزمایش بر روی یک محلول بافر با گرادیان چگالی پیوسته شناخته شده است. سپس نمونه سانتریفیوژ می شود تا ذرات در امتداد گرادیان توزیع شوند و نوارهای مجزا (مناطق) را تشکیل دهند. گرادیان چگالی به شما امکان می دهد اختلاط مناطق را از بین ببرید و کسری نسبتاً خالص به دست آورید.

• ایزوپیکنیک. می توان آن را در شیب چگالی یا به روش معمول انجام داد. در حالت اول، مواد فرآوری شده بر روی سطح محلول بافر با گرادیان چگالی پیوسته لایه لایه می شوند و تا زمانی که ذرات به مناطق جدا شوند سانتریفیوژ می شود. در حالت دوم، محیط مورد مطالعه سانتریفیوژ می شود تا رسوبی از ذرات با وزن مولکولی بالا تشکیل شود و پس از آن ذرات مورد مطالعه از باقیمانده به دست آمده جدا می شوند.
• تعادل. این در شیب چگالی نمک های فلزات سنگین انجام می شود. سانتریفیوژ به شما امکان می دهد توزیع تعادلی غلظت ماده آزمایش محلول را ایجاد کنید. سپس تحت تأثیر نیروهای شتاب گریز از مرکز، ذرات محیط در ناحیه جداگانه ای از لوله آزمایش جمع آوری می شوند.

روش شناسی بهینه با در نظر گرفتن اهداف و ویژگی های محیط مورد مطالعه انتخاب می شود.

طبقه بندی سانتریفیوژهای آزمایشگاهی آماده سازی

بسته به ویژگی های طراحی و ویژگی های عملیاتی، سانتریفیوژهای آماده سازی را می توان به 3 گروه اصلی تقسیم کرد:

هدف کلی حداکثر سرعت - 8000 دور در دقیقه با شتاب نسبی گریز از مرکز تا 6000 گرم. سانتریفیوژهای آزمایشگاهی جهانی مجهز به روتورهای زاویه ای یا روتورهایی با ظروف آویزان برای ذخیره مواد بیولوژیکی هستند. آنها با ظرفیت زیاد از 4 dm 3 تا 6 dm 3 متمایز می شوند که امکان استفاده از لوله های سانتریفیوژ استاندارد با حجم 10-100 dm 3 و ظروف با ظرفیت بیش از 1.25 dm 3 را فراهم می کند. با توجه به ویژگی های اتصال روتور به محور محرک، لوله ها یا مخازن باید متعادل باشند و حداکثر 0.25 گرم از نظر وزن متفاوت باشند. هنگامی که روتور تا حدی بارگذاری می شود، ظروف دارای محیط آزمایش باید به طور متقارن نسبت به یکدیگر قرار داده شوند و در نتیجه توزیع یکنواخت آنها نسبت به محور چرخش روتور تضمین شود.

• اکسپرس. حداکثر سرعت - 25000 دور در دقیقه با شتاب نسبی گریز از مرکز تا 89000 گرم. برای جلوگیری از گرم شدن ناشی از نیروهای اصطکاک ناشی از چرخش روتور، محفظه کار مجهز به سیستم خنک کننده است. آنها مجهز به روتورهای زاویه ای یا روتورهایی با ظروف آویزان برای قرار دادن مواد بیولوژیکی هستند. ظرفیت مواد آماده سازی با سرعت بالا
  سانتریفیوژها - 1.5 dm 3.
• اولتراسانتریفیوژها حداکثر سرعت - 75000 دور در دقیقه با شتاب نسبی گریز از مرکز تا 510000 گرم. برای جلوگیری از گرم شدن ناشی از نیروهای اصطکاک ناشی از چرخش روتور، آنها مجهز به سیستم خنک کننده و واحد خلاء هستند. روتورهای اولتراسانتریفیوژ از آلیاژهای تیتانیوم یا آلومینیوم فوق العاده قوی ساخته شده اند. برای کاهش ارتعاشات ناشی از پر شدن ناهموار، روتورها دارای شفت انعطاف پذیر هستند.

یک دسته جداگانه باید شامل سانتریفیوژهای آماده سازی ویژه طراحی شده برای انجام انواع خاصی از تحقیقات و حل مشکلات خاص باشد. این گروه شامل سانتریفیوژهای دارای ژاکت گرمایشی، سانتریفیوژهای یخچال دار و سایر تجهیزات مشابه می باشد.

ویژگی های طراحی روتور در سانتریفیوژهای آماده سازی

سانتریفیوژهای آماده سازی مجهز به روتورهای زاویه ای یا افقی هستند:

روتورهای زاویه دار - لوله های آزمایش در حین کار با سانتریفیوژ در زاویه 20-35 درجه نسبت به محور چرخش قرار دارند. مسافت طی شده توسط ذرات تا دیواره مربوطه لوله آزمایش کم است و بنابراین رسوب گذاری آنها بسیار سریع اتفاق می افتد. به دلیل جریان های همرفتی که در طول سانتریفیوژ رخ می دهد، روتورهای با زاویه ثابت به ندرت برای جداسازی ذرات استفاده می شوند که اندازه و خواص آنها باعث تفاوت های قابل توجهی در نرخ ته نشینی می شود. روتورهای افقی - لوله ها در این نوع روتور به صورت عمودی نصب می شوند. در طی فرآیند چرخش، تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز، رگ های دارای مواد پردازش شده به یک موقعیت افقی حرکت می کنند. این ویژگی‌های طراحی و عملیات، کاهش پدیده همرفت را ممکن می‌سازد، بنابراین روتورهای این نوع برای جداسازی ذرات با نرخ‌های رسوب‌گذاری متفاوت بهینه هستند. استفاده از لوله های سکتوری باعث کاهش بیشتر اثرات پدیده های گردابی و همرفتی می شود.

نوع روتور محدوده استفاده از تجهیزات را تعیین می کند. قابلیت تغییر روتور به شما امکان می دهد از همان مدل سانتریفیوژ برای حل مشکلات مختلف استفاده کنید. سانتریفیوژهای پزشکی آزمایشگاه Centurion در انواع روی زمین یا رومیزی موجود می باشد که استفاده از تجهیزات را در هر اتاقی بدون توجه به فضای موجود امکان پذیر می سازد.

سخنرانی شماره 5

جداسازی مخلوط های ناهمگن مایع به طور موثر با روش سانتریفیوژ، بر اساس استفاده از نیروی گریز از مرکز انجام می شود. دستگاه هایی که در آنها مخلوط های ناهمگن مایع تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز از هم جدا می شوند، سانتریفیوژ نامیده می شوند.

روش سانتریفیوژ به طور گسترده ای در زمینه های مختلف فناوری استفاده می شود. تعداد انواع و طرح های سانتریفیوژ بسیار زیاد است.

قسمت اصلی سانتریفیوژ یک درام (روتور با دیواره های محکم یا سوراخ دار) است که با سرعت زیاد روی یک محور عمودی یا افقی می چرخد. جداسازی مخلوط های ناهمگن در سانتریفیوژها می تواند با اصل ته نشینی یا با اصل فیلتراسیون انجام شود. در مورد اول، درام هایی با دیواره های جامد استفاده می شود، در مورد دوم - با سوراخ. درام های دارای سوراخ با یک فیلتر پوشیده شده اند. اگر دیواره های درام جامد باشد، آنگاه مواد تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز، طبق وزن مخصوص خود به صورت لایه ای قرار می گیرند و لایه ای از مواد با وزن مخصوص بالا مستقیماً در کنار دیواره های درام قرار می گیرد. . اگر دیواره‌های درام سوراخ‌هایی داشته باشند و در سطح داخلی با یک پارتیشن فیلتر، مثلاً یک پارچه فیلتر، مجهز باشند، ذرات جامد مخلوط روی پارتیشن فیلتر باقی می‌مانند و فاز مایع از منافذ جامد عبور می‌کند. رسوب و پارتیشن فیلتر و از درام حذف می شود. فاز مایع جدا شده در سانتریفیوژ نامیده می شود متمرکز کنید.

نیروی گریز از مرکز؛ عامل جداییهنگامی که درام سانتریفیوژ و مایع موجود در آن می چرخند، نیروی گریز از مرکز به عنوان یک نیروی اینرسی ایجاد می شود.

C=m W 2 / r (1)

متر-وزن یک جسم دوار (سیال) در kgf;

r - شعاع چرخش در متر

W - سرعت چرخش محیطی در ام‌اس؛

سرعت چرخش محیطی به صورت زیر تعریف می شود:

W=ω r = 2 π n r/60 (2)

n- تعداد دور در دقیقه؛

سرعت ω-زاویه ای چرخش بر حسب رادیان

g-شتاب گرانش در متر بر ثانیه 2اگر m=G/g باشد، نیروی گریز از مرکز با،بر روی یک جسم دوار با جرم m و وزن عمل می کند جی،برابر است با C= G(2π n r/60) 2 /rg یا C ≈ G n 2 r/900 (3)

معادله (2.3) نشان می دهد که افزایش نیروی گریز از مرکز با افزایش تعداد دور آسانتر از افزایش قطر درام به دست می آید. درام های با قطر کوچک با تعداد دور بالا می توانند نیروی گریز از مرکز بیشتری نسبت به درام های با قطر بزرگ با تعداد دور کم ایجاد کنند.

بنابراین، نیروی گریز از مرکز وارد بر یک ذره می تواند بیشتر از نیروی گرانش باشد به همان اندازه که شتاب نیروی گریز از مرکز از شتاب گرانش بیشتر باشد. نسبت این شتاب ها نامیده می شود عامل جدایی و Kr را نشان دهید:

W 2 / r - شتاب نیروی گریز از مرکز.

با گرفتن G=1n، به دست می آوریم: Kr=n 2 r /900

به عنوان مثال، برای یک سانتریفیوژ با روتور با قطر 1000 میلی متر (r=0.5 متر) که با سرعت n=1200 دور در دقیقه می چرخد، ضریب جداسازی 800 خواهد بود. اثر جداسازی سانتریفیوژ متناسب با مقدار افزایش می یابد. از Kp.

مقدار K برای طوفان ها در حد صدها است. و برای سانتریفیوژها - حدود 3000، بنابراین، نیروی محرکه فرآیند ته نشینی در سیکلون ها و سانتریفیوژها 2-3 مرتبه بزرگتر از مخازن ته نشینی است. به لطف این، بهره وری سیکلون ها و سانتریفیوژها بیشتر از بهره وری مخازن ته نشینی است و ذرات کوچک را می توان به طور موثر در آنها جدا کرد: در سانتریفیوژهایی با اندازه حدود 1 میکرون. در طوفان ها - حدود 10 میکرون.

از مقایسه معادلات مشخص می شود که ضریب جداسازی K p از نظر عددی برابر با نیروی گریز از مرکز است که در طول چرخش جسمی با وزن 1 کیلوگرم ایجاد می شود.

ویژگی های فرآیندهای سانتریفیوژ . همانطور که در بالا ذکر شد، سانتریفیوژ را می توان با اصل ته نشینی (در درام های جامد) یا با اصل فیلتراسیون (در درام های سوراخ دار) انجام داد. در ماهیت فیزیکی خود، هر دو فرآیند با یکدیگر متفاوت هستند. علاوه بر این، انواع جداگانه ای از هر یک از این فرآیندها وجود دارد که با محتوای فاز جامد و درجه پراکندگی آن و همچنین خواص فیزیکی سوسپانسیون تعیین می شود.

سانتریفیوژ در درام های ته نشینی هم برای تصفیه مایعات از آلاینده های موجود در مقادیر کم (شفاف سازی مایع) و هم برای جداسازی سوسپانسیون های حاوی مقدار قابل توجهی فاز جامد (سانتریفیوژ ته نشینی) انجام می شود.

سانتریفیوژ در درام های ته نشینی به طور کلی از دو فرآیند فیزیکی تشکیل شده است: ته نشینی فاز جامد (فرایند از قوانین هیدرودینامیک پیروی می کند) و تراکم رسوب. قوانین اساسی مکانیک خاک (محیط های پراکنده) برای فرآیند دوم اعمال می شود.

تا حد غلظت معینی از فاز جامد (برابر تقریباً 3-4٪ حجمی)، رسوب آن در درام ته نشینی بدون تشکیل رابط بین جامد و مایع رخ می دهد. با افزایش غلظت، به دلیل بزرگ شدن و ته نشین شدن ذرات جامد در مایع، چنین سطحی تشکیل می شود.

فرآیند سانتریفیوژ در درام های ته نشینی با فرآیند جداسازی در مخازن ته نشینی تفاوت اساسی دارد. در دومی، سرعت رسوب را عملا می توان ثابت در نظر گرفت، زیرا این فرآیند در یک میدان گرانشی رخ می دهد، که شتاب آن به مختصات ذره در حال سقوط بستگی ندارد.

شتاب میدان نیروهای گریز از مرکزیک کمیت متغیر است و در یک سرعت زاویه ای ثابت به شعاع چرخش ذره بستگی دارد. علاوه بر این، خطوط نیروی میدان گریز از مرکز با یکدیگر موازی نیستند و بنابراین، جهت عمل نیروهای گریز از مرکز برای ذرات مختلف متفاوت خواهد بود (نه در یک شعاع چرخش).

بنابراین، قوانین فرآیندهای ته نشینی را نمی توان به فرآیند سانتریفیوژ در درام های ته نشینی تعمیم داد.

ظرفیت جداسازی سانتریفیوژهای ته نشینی با شاخص عملکرد (سیگما) Σ مشخص می شود که حاصلضرب مساحت سطح ته نشینی استوانه ای F در روتور و ضریب جداسازی Kp است.

Σ=F Kr (1)، Kr= W2/rg ≈n2 r/900، از آنجا Σ /F=Kr (2)

با توجه به اینکه ضریب جداسازی نسبت میزان ته نشینی ذرات در سانتریفیوژ و مخزن ته نشینی را بیان می کند، مطابق برابری (2)، مقدار Σ باید برابر با مساحت مخزن ته نشینی، معادل در نظر گرفته شود. عملکرد برای تعلیق معین به سانتریفیوژ مورد نظر. شاخص عملکرد منعکس کننده تأثیر تمام ویژگی های طراحی سانتریفیوژ بارش است که توانایی جداسازی آن را تعیین می کند.

هنگام تعیین بهره وری سانتریفیوژهای ته نشینی دسته ای، باید زمان صرف شده برای راه اندازی، ترمز و تخلیه سانتریفیوژ را در نظر گرفت.

حتی پیچیده تر از این فرآیند سانتریفیوژ در درام های فیلتر. این فرآیند در سه مرحله انجام می شود:

تشکیل رسوب، متراکم شدن رسوب و در نهایت خروج از منافذ رسوب مایع باقیمانده توسط نیروهای مویرگی و مولکولی.

در نتیجه، کل فرآیند فیلتراسیون گریز از مرکز را نمی توان با فیلتراسیون معمولی که تحت تأثیر گرانش رخ می دهد شناسایی کرد. فقط دوره اول آن اساساً به فیلتراسیون معمولی نزدیک است و تنها در اندازه فشار هیدرولیکی مایعی که تحت تأثیر نیروهای گریز از مرکز از لایه رسوب عبور می کند با آن تفاوت دارد. در این مدت رطوبت رسوب به صورت آزاد است و به شدت از آن خارج می شود. دوره دوم مشابه دوره مربوطه در هنگام ته نشینی سانتریفیوژ است و در نهایت، دوره سوم با نفوذ هوا به رسوب فشرده، یعنی خشک شدن مکانیکی رسوب مشخص می شود.

طول دوره های فوق به خواص فیزیکی و غلظت سوسپانسیون ها و همچنین به ویژگی های سانتریفیوژ بستگی دارد.

پیچیدگی و تنوع فرآیندهای سانتریفیوژ، توسعه تئوری فرآیند (به ویژه سینتیک آن) و روش های دقیق برای محاسبه سانتریفیوژها را دشوار می کند.

عملکرد سانتریفیوژ. به طور معمول، بهره وری سانتریفیوژها با حجم تعلیق وارد شده به سانتریفیوژ در واحد زمان بیان می شود. (ل/ساعت)،یا وزن رسوب به دست آمده پس از سانتریفیوژ (کیلوگرم در ساعت).