Centrifugazione. Centrifugazione: tipologie e applicazione del metodo Il metodo della centrifugazione si basa su

La centrifugazione è la separazione meccanica delle miscele nelle loro parti componenti.
dall'azione della forza centrifuga. Dispositivi utilizzati per questo
gli obiettivi sono chiamati centrifughe.
La parte principale della centrifuga è il rotore montato
Dispone di slot per provette da centrifuga. Il rotore ruota con
alta velocità, a seguito della quale si creano danni significativi
grandezza delle forze centrifughe, sotto l'influenza delle quali
vengono separate ad esempio miscele meccaniche
sedimentazione di particelle sospese in un liquido.

Processi che avvengono in una centrifuga

Nelle centrifughe vengono separati i seguenti processi:
1) Filtrazione centrifuga.
2) Decantazione centrifuga.
3) Chiarificazione centrifuga.

Filtrazione centrifuga

La filtrazione centrifuga lo è
processo di separazione delle sospensioni in centrifughe con
tamburi bucati. Superficie interna
di tale tamburo è coperto con un tessuto filtrante.
La sospensione è lanciata verso il
pareti del tamburo, mentre rimane attiva la fase solida
superficie del tessuto e il liquido sotto l'influenza
la forza centrifuga passa attraverso lo strato di sedimenti e
il tessuto viene rimosso attraverso i fori del tamburo.
La filtrazione centrifuga di solito consiste in
tre processi fisici sequenziali:
1)filtrazione con formazione di precipitato;
2) compattazione dei sedimenti;
3)rimozione del liquido trattenuto dal sedimento
forze molecolari;

Decantazione centrifuga

Decantazione centrifuga
Decantazione centrifuga - processo di separazione
sospensioni in centrifughe dotate di fusti con
pareti solide. La sospensione viene iniettata nella parte inferiore
parte del tamburo e sotto l'influenza della forza centrifuga
scagliato contro le pareti. Si forma uno strato sulle pareti
sedimento e il liquido forma lo strato interno e
viene espulso dal tamburo entrando nella separazione
sospensione. Il liquido sale verso l'alto,
trabocca oltre il bordo del fusto e viene rimosso
fuori.
In questo caso si verificano due processi fisici:
1) Sedimentazione della fase solida.
2) Compattazione dei sedimenti.

Chiarificazione centrifuga

Chiarificazione centrifuga - processo di separazione
sospensioni sottili e soluzioni colloidali. COSÌ
viene effettuata in fusti pieni.
Secondo la sua essenza fisica, centrifuga
il chiarimento è un processo
libera deposizione di particelle solide in campo
forze centrifughe.
In fusti con pareti solide
vengono separate anche le emulsioni. Sotto
componenti a causa della forza centrifuga
emulsioni in base alla densità
sono disposti sotto forma di strati delimitati:
strato esterno di liquido con maggiore densità
e uno strato interno di liquido più leggero.
I liquidi vengono scaricati separatamente dal fusto.

Nei laboratori clinici e sanitari
viene utilizzata la centrifugazione
per separare i globuli rossi
plasma sanguigno, coaguli di sangue da
siero, particelle dense da
parte liquida dell'urina, ecc. Per
utilizzato per questo scopo o
centrifughe manuali, o
centrifughe elettriche,
la cui velocità di rotazione
può essere regolato.
Ultracentrifughe, velocità
rotazione dei rotori di cui
supera i 40.000 giri/min,
solitamente utilizzato in
pratica sperimentale
per la separazione degli organelli
cellule, compartimenti colloidali
particelle, macromolecole,
polimeri.

Uso della centrifugazione in parassitologia

Il metodo viene utilizzato per differenziare complessi
miscela di sangue, urina o feci, seguita da
isolando ulteriormente gli elminti da esso
studiare al microscopio e fissare il materiale. IN
processo di centrifugazione presente nel campione
i parassiti passano attraverso il filtro e si accumulano
compartimento conico inferiore della provetta. Rete filtrante
con celle di dimensioni speciali
in una provetta si trova di conseguenza verticalmente
cosa succede orizzontale (laterale)
filtrazione del campione. Di conseguenza, scortese
particelle di cibo non digerito e fibre si depositano
camera di miscelazione e parassiti e le loro uova
passare senza ostacoli attraverso il filtro. COSÌ
Pertanto, i parassiti si concentrano
strato superficiale di sedimento fine, e
il medico di laboratorio può solo selezionare attentamente
campione per microscopia utilizzando
pipetta automatica e applicarla
diapositiva.

Metodo di centrifugazione in citologia

Metodo differenziale
viene utilizzata la centrifugazione
frazionamento delle cellule, cioè la loro separazione
contenuto in frazioni a seconda dello specifico
peso di vari organelli e inclusioni cellulari.
A tale scopo vengono ruotate le cellule finemente macinate
un dispositivo speciale: un'ultracentrifuga. IN
derivanti dalla centrifugazione dei componenti cellulari
precipitato dalla soluzione, situato in
in base alla sua densità. Più denso
le strutture si stabilizzano a tassi più bassi
centrifugazione e quelli meno densi - ad alta
velocità Gli strati risultanti vengono separati e studiati
separatamente.

10. La centrifugazione in botanica e fisiologia vegetale

La centrifugazione permette di ottenere vari
frazioni di particelle subcellulari ed esplorare
proprietà e funzioni di ciascuna fazione in
separatamente. Ad esempio, dalle foglie di spinaci puoi
isolare i cloroplasti, lavarli con
centrifugazione ripetuta in modo appropriato
ambiente dai frammenti cellulari ed esaminarli
comportamento in vari esperimenti
condizioni o determinarne la composizione chimica.
Inoltre puoi, utilizzando varie modifiche
tecniche, distruggono questi plastidi e li isolano
Attraverso
centrifugazione differenziale (ripetutamente
della deposizione di particelle a vari valori
accelerazione) i loro elementi costitutivi. COSÌ
per mezzo del quale è stato possibile dimostrare che i plastidi contengono
strutture caratterizzate da una struttura molto ordinata
struttura - la cosiddetta grana; tutti i cereali
si trovano all'interno del cloroplasto limitante
membrane (guscio di cloroplasto). Vantaggi
questo metodo è semplicemente inestimabile perché
ci permette di rivelarne l'esistenza
subunità funzionali che lo compongono
particelle subcellulari più grandi; in particolare,
utilizzando il metodo

11. Metodo di centrifugazione in virologia

Il metodo di centrifugazione in gradiente di densità di Bracquet può essere
utilizzare sia per la selezione che per il recupero
Caratteristiche quantitative dei virus vegetali. Come si è scoperto,
Questo metodo è pieno di molte possibilità anche oggi
ampiamente utilizzato nel campo della virologia e molecolare
biologia. Quando si conducono ricerche utilizzando
provetta per centrifuga per centrifugazione in gradiente di densità
parzialmente riempito con una soluzione la cui densità diminuisce
direzione dal basso al menisco. Per creare una sfumatura quando
più comunemente usato nel frazionamento dei virus vegetali
saccarosio. Prima che inizi la centrifugazione, le particelle virali possono
essere distribuito nell'intero volume della soluzione o applicato
la parte superiore del gradiente. Brakeke ha proposto tre diverse tecniche
centrifugazione in gradiente di densità. Con isopicico
Il processo di centrifugazione (equilibrio) continua fino a quando
finché tutte le particelle nel gradiente raggiungono un livello in cui la densità
l'ambiente è uguale alla loro stessa densità. Così,
il frazionamento delle particelle avviene in questo caso secondo
differenze nella loro densità. Le soluzioni di saccarosio non hanno
densità sufficiente per la separazione isopicnale di molti
virus. Durante la centrifugazione zonale ad alta velocità, il virus
Innanzitutto, viene applicato un gradiente creato in precedenza. Particelle
ogni tipo è sedimentato attraverso un gradiente sotto forma di zona,
o strisce, ad una velocità che dipende dalla loro dimensione, forma e
densità. La centrifugazione è completata quando le particelle
continuano ancora a sedimentare. Equilibrio zonale
la centrifugazione è simile alla zonale ad alta velocità
centrifugazione, ma in questo caso centrifugazione

12. Difficoltà nell'utilizzo del metodo della centrifugazione

Applicazione del metodo della centrifugazione differenziale
comporta numerose difficoltà metodologiche. Innanzitutto, quando
Il rilascio di particelle può danneggiare la loro struttura. Ecco perché
era necessario sviluppare metodi speciali per distruggere le cellule,
che non causerebbe danni alla struttura subcellulare
fazioni. In secondo luogo, poiché le particelle subcellulari hanno
possono formarsi membrane nel processo della loro secrezione
vari effetti osmotici. Pertanto, al fine di
in modo che l'ultrastruttura degli oggetti studiati non venga distrutta
anche isolandoli è necessario selezionare attentamente la composizione
ambiente in cui avviene la distruzione e la sedimentazione delle cellule
particelle. Infine, lavando via le particelle subcellulari
(risospensione degli stessi nel terreno e successiva ripetizione
centrifugazione) può comportare la perdita di alcuni
sostanze in essi contenute, che sotto l'influenza delle forze di diffusione
andare in soluzione.
Per questo motivo a volte può essere difficile capire quali piccole molecole
sono realmente elementi delle strutture oggetto di studio, e quali
venivano semplicemente adsorbiti sulla loro superficie durante il processo di rilascio.
Questa situazione rende difficile determinarne con precisione alcuni
proprietà funzionali degli oggetti selezionati.

Cos'è la centrifugazione? A cosa serve il metodo? Con il termine "centrifugazione" si intende la separazione di particelle liquide o solide di una sostanza in varie frazioni mediante forze centrifughe. Questa separazione delle sostanze viene effettuata mediante l'uso di dispositivi speciali: centrifughe. Qual è il principio del metodo?

Principio di centrifugazione

Vediamo la definizione più nel dettaglio. La centrifugazione è l'effetto sulle sostanze attraverso la rotazione ad altissima velocità in un apparato specializzato. La parte principale di ogni centrifuga è il rotore, che contiene nidi per l'installazione di provette con materiale soggetto a separazione in frazioni separate. Quando il rotore ruota ad alta velocità, le sostanze poste nelle provette vengono separate in diverse sostanze a seconda del livello di densità. Ad esempio, la centrifugazione dei campioni di acque sotterranee separa il liquido e fa precipitare le particelle solide in esso contenute.

Autore del metodo

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 questi scopi veniva utilizzata la sedimentazione del liquido con successiva separazione dei campioni solidi da esso. Lo sviluppo del metodo di centrifugazione ha permesso di affrontare questo compito molto più rapidamente. Grazie a questa separazione è stato possibile estrarre in pochi minuti la parte solida delle sostanze da un liquido in forma secca.

Fasi di centrifugazione

La centrifugazione differenziale inizia con la sedimentazione delle sostanze oggetto di ricerca. Questa lavorazione del materiale avviene in dispositivi di sedimentazione. Durante la sedimentazione, 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.

Successivamente, le sostanze nelle provette vengono sottoposte a filtrazione. In questa fase vengono utilizzati i cosiddetti fusti forati, che hanno la funzione di separare le particelle liquide da quelle solide. Durante le attività presentate, tutti i sedimenti rimangono sulle pareti della centrifuga.

Vantaggi del metodo

Rispetto ad altri metodi volti a separare singole sostanze, come la filtrazione o la sedimentazione, la centrifugazione consente di ottenere un sedimento con un contenuto di umidità minimo. L'utilizzo di questo metodo di separazione consente la separazione di sospensioni fini. Il risultato è la produzione di particelle con una dimensione di 5-10 micron. Un altro importante vantaggio della centrifugazione è la possibilità di eseguirla utilizzando apparecchiature di piccoli volumi e dimensioni. L'unico inconveniente del metodo è l'elevato consumo energetico dei dispositivi.

Centrifugazione in biologia

In biologia si ricorre alla separazione delle sostanze in singole sostanze quando è necessario preparare i preparativi per l'esame al microscopio. La centrifugazione qui viene eseguita utilizzando dispositivi complessi: i citorotori. Oltre agli slot per le provette, tali dispositivi sono dotati di portacampioni e tutti i tipi di vetrini dal design complesso. Il design della centrifuga quando si conducono ricerche in biologia influisce direttamente sulla qualità dei materiali ottenuti e, di conseguenza, sulla quantità di informazioni utili che possono essere raccolte dai risultati dell'analisi.

Centrifugazione nell'industria della raffinazione del petrolio

Il metodo della centrifugazione è indispensabile nella produzione dell'olio. Esistono minerali idrocarburici dai quali l'acqua non viene completamente rilasciata durante la distillazione. La centrifugazione permette di eliminare il liquido in eccesso dall'olio, aumentandone la qualità. In questo caso, l'olio viene disciolto nel benzene, quindi riscaldato a 60 oC e quindi sottoposto alla forza centrifuga. Infine, misurare la quantità di acqua rimanente nella sostanza e ripetere la procedura se necessario.

Centrifugazione del sangue

Questo metodo è ampiamente utilizzato per scopi medicinali. In medicina, consente di risolvere il seguente numero di problemi:

1. Ottenere campioni di sangue purificato per la plasmaferesi. A tal fine, gli elementi formati del sangue vengono separati dal plasma in una centrifuga. L'operazione consente di liberare il sangue da virus, anticorpi in eccesso, batteri patogeni e tossine.
2. Preparazione del sangue per la trasfusione del donatore. Dopo che il fluido corporeo è stato separato in frazioni separate mediante centrifugazione, le cellule del sangue vengono restituite al donatore e il plasma viene utilizzato per la trasfusione o congelato per un uso successivo.
3. Isolamento della massa piastrinica. La sostanza è ottenuta dalla massa risultante e viene utilizzata nei reparti chirurgici ed ematologici delle istituzioni mediche, nella terapia d'urgenza e nelle sale operatorie. L'uso della massa piastrinica in medicina consente di migliorare la coagulazione del sangue nelle vittime.
4. Sintesi dei globuli rossi. La centrifugazione delle cellule del sangue avviene attraverso la delicata separazione delle sue frazioni secondo una tecnica speciale. La massa finita, ricca di globuli rossi, viene utilizzata per le trasfusioni durante le perdite di sangue e gli interventi chirurgici. I globuli rossi sono spesso usati 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 fino a una certa velocità e di fermarlo in un determinato momento. Ciò consente una separazione più accurata del sangue in globuli rossi, piastrine, plasma, siero e coaguli. Altri fluidi corporei vengono esaminati in modo simile, in particolare vengono separate le sostanze presenti nelle urine.

Centrifughe: principali tipologie

Abbiamo capito cos'è la centrifugazione. Scopriamo ora quali sono i dispositivi utilizzati per implementare il metodo. Le centrifughe possono essere chiuse o aperte, azionate meccanicamente o manualmente. La parte operativa principale degli strumenti aperti portatili è un asse rotante situato verticalmente. Nella sua parte superiore è presente una barra fissa perpendicolarmente dove si trovano i manicotti metallici mobili. Contengono provette speciali che sono ristrette sul fondo. Sul fondo delle maniche è posizionato del cotone idrofilo, che evita danni alla provetta di vetro quando entra in contatto con il metallo. Successivamente l'apparato viene messo in moto. Dopo qualche tempo il liquido si separa dai solidi sospesi. Successivamente la centrifuga manuale viene arrestata. Un sedimento denso e solido si concentra sul fondo delle provette. Sopra c'è la parte liquida della sostanza.

Le centrifughe meccaniche di tipo chiuso hanno un gran numero di manicotti per accogliere le provette. Tali dispositivi sono più convenienti rispetto a quelli manuali. I loro rotori sono azionati da potenti motori elettrici e possono accelerare fino a 3000 giri al minuto. Ciò consente di effettuare una migliore separazione delle sostanze liquide da quelle solide.

Caratteristiche della preparazione delle provette per la centrifugazione

Le provette utilizzate per la centrifugazione devono essere riempite con il materiale di prova di massa identica. Pertanto, per le misurazioni vengono utilizzate speciali scale ad alta precisione. Quando è necessario bilanciare numerose provette in una centrifuga, viene utilizzata la seguente tecnica. Dopo aver pesato un paio 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 inserite nell'apparecchio. Questa tecnica velocizza notevolmente il lavoro quando è necessario preparare tutta una serie di provette per la centrifugazione.

Vale la pena notare che nelle provette non viene mai inserita una quantità eccessiva della sostanza in esame. I contenitori di vetro sono riempiti in modo tale che la distanza dal bordo sia di almeno 10 mm. Altrimenti, la sostanza uscirà dalla provetta sotto l'influenza della forza centrifuga.

Supercentrifughe

Per separare i componenti di sospensioni estremamente sottili non è sufficiente utilizzare le tradizionali centrifughe manuali o meccaniche. In questo caso, è richiesto un effetto più impressionante sulle sostanze derivanti dalle forze centrifughe. Quando si implementano tali processi, vengono utilizzate le supercentrifughe.

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.

In una supercentrifuga, la sostanza da testare entra nel tamburo, si muove attraverso il tubo e colpisce speciali riflettori che proiettano il materiale sulle pareti del dispositivo. Esistono anche camere progettate per la rimozione separata di liquidi leggeri e pesanti.

I vantaggi delle supercentrifughe includono:

• tenuta assoluta;
• la massima intensità di separazione delle sostanze;
• dimensioni compatte;
• la capacità di separare le sostanze a livello molecolare.

Insomma

Quindi abbiamo scoperto cos'è la centrifugazione. Attualmente il metodo trova la sua applicazione quando è necessario isolare i precipitati da 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 nell'industria chimica, petrolifera, nucleare, alimentare e in medicina.

Metodo di centrifugazione- questa è la separazione (divisione) in componenti di varie miscele eterogenee utilizzando la forza centrifuga. Per raggiungere questo obiettivo vengono utilizzati dispositivi specializzati chiamati centrifughe.

La parte principale di ogni centrifuga è un rotore con nidi in cui sono installate le provette. Durante la rotazione ad altissima velocità, nel sistema si forma una forza centrifuga che contribuisce a separazione della sostanza lavorata per densità- ad esempio le particelle solide presenti nel liquido vengono “sedimentate”. Il metodo della centrifugazione viene utilizzato in quasi tutti i settori dell'attività umana: nella scienza e nella medicina, nell'industria, nell'agricoltura, nella vita quotidiana e nei campi tecnologici.

Vari metodi di centrifugazione

Per separare le sostanze, è possibile utilizzare un altro metodo di sedimentazione: la sedimentazione, quando la separazione avviene sotto l'influenza della gravità. Di norma, il trattamento nei dispositivi di decantazione precede la centrifugazione ed è una fase preparatoria del lavoro.

Il metodo di centrifugazione stesso è suddiviso in sedimentazione, filtrazione e chiarificazione.

Filtrazione effettuata utilizzando un tamburo forato sul quale è installato un mezzo filtrante. Il liquido lo attraversa liberamente sotto l'influenza della forza centrifuga, mentre le particelle solide rimangono all'esterno. Per difendere Vengono utilizzati fusti con pareti solide, nella parte inferiore dei quali viene fornita la sospensione. Durante il processo, il sedimento viene rilasciato sulle pareti e il liquido forma uno strato interno, quindi trabocca oltre il bordo.

E infine alleggerimento avviene anche in fusti solidi, rappresentando un processo di sedimentazione libera di particelle sotto l'influenza di un campo centrifugo.

Caratteristiche dei metodi di centrifugazione

Nella loro essenza fisica, i metodi di filtrazione e sedimentazione sono molto diversi.

Nel sistemare i tamburi la lavorazione viene effettuata per purificare un liquido, il cui contenuto di contaminanti e impurità è del tutto insignificante, compattando il sedimento e facendo sedimentare le particelle solide.

Allo stesso tempo, questo differisce radicalmente dal processo che utilizza la gravità, principalmente perché la sedimentazione è un processo abbastanza uniforme e la centrifugazione, a causa del non parallelismo delle linee del campo centrifugo, è un metodo piuttosto incoerente. I due metodi sono intrinsecamente diversi e di questo bisogna tenerne conto.

Centrifugazione per filtrazione la struttura è un po' più complicata, poiché solitamente avviene in tre fasi: prima c'è la formazione del sedimento, poi la compattazione, quindi l'eliminazione del liquido. Anche la filtrazione per forza centrifuga è molto diversa dalla filtrazione per gravità “normale”. Solo la prima fase può essere definita simile.

Utilizzo della centrifugazione in diversi ambiti

Il metodo è diventato molto diffuso e viene utilizzato in quasi tutti i campi di attività. Puoi incontrarlo in biologia e medicina, diagnostica di laboratorio e nell'industria alimentare; ha da tempo sostituito con successo i processi più tradizionali e meno efficienti di filtraggio, spremitura e pulitura.

Centrifughe industriali Hanno una maggiore potenza e un design del rotore più complesso, grazie al quale è possibile elaborare molte sostanze contemporaneamente. Sono utilizzati in agricoltura per estrarre il miele dai favi e pulire i cereali, separare il grasso dal latte mediante separazione, e sono molto comuni anche nel campo dell'arricchimento dei minerali. Puoi anche trovare una centrifuga in una lavanderia: lì centrifugano i vestiti dopo il lavaggio.

Le centrifughe da laboratorio con una velocità del rotore piuttosto bassa vengono utilizzate per separare il siero sanguigno, i sedimenti urinari, per studi sierologici e per la sedimentazione dei globuli rossi. Le varietà da laboratorio sono ulteriormente suddivise in cliniche, stazionarie, refrigerate, da tavolo e angolari: ciascuna viene utilizzata nella propria area di ricerca di laboratorio, a seconda degli scopi e degli obiettivi del centro medico.

La centrifugazione preparativa è uno dei metodi per isolare materiale biologico per la successiva ricerca biochimica. Consente di isolare un numero significativo di particelle cellulari per uno studio completo della loro attività biologica, struttura e morfologia. Il metodo è applicabile anche per isolare macromolecole biologiche di base. Campo di utilizzo: ricerca medica, chimica e biochimica.

Classificazione dei metodi di centrifugazione preparativa

La centrifugazione preparativa viene eseguita utilizzando uno dei seguenti metodi:

Differenziale. Il metodo si basa sulla differenza nella velocità di sedimentazione delle particelle. Il materiale in studio viene centrifugato con un graduale aumento dell'accelerazione centrifuga. Ad ogni fase, una delle frazioni medie viene depositata sul fondo della provetta. Dopo la centrifugazione, la frazione risultante viene separata dal liquido e lavata più volte. Velocità di zona. Il metodo si basa sulla stratificazione del mezzo di prova su una soluzione tampone con un gradiente di densità continuo noto. Il campione viene quindi centrifugato finché le particelle non si distribuiscono lungo il gradiente, formando bande (zone) discrete. Il gradiente di densità consente di eliminare la miscelazione delle zone e ottenere una frazione relativamente pura.

• Isopicnico. Può essere effettuato secondo un gradiente di densità o nel modo consueto. Nel primo caso il materiale lavorato viene stratificato sulla superficie di una soluzione tampone con gradiente di densità continuo e centrifugato fino alla separazione delle particelle in zone. Nel secondo caso il mezzo in studio viene centrifugato fino alla formazione di un sedimento di particelle ad alto peso molecolare, dopodiché le particelle in studio vengono isolate dal residuo risultante.
• Equilibrio. Viene effettuato in un gradiente di densità di sali di metalli pesanti. La centrifugazione consente di stabilire la distribuzione di equilibrio della concentrazione della sostanza di prova disciolta. Quindi, sotto l'influenza delle forze di accelerazione centrifuga, le particelle del mezzo vengono raccolte in una zona separata della provetta.

La metodologia ottimale viene selezionata tenendo conto degli obiettivi e delle caratteristiche dell'ambiente studiato.

Classificazione delle centrifughe preparative da laboratorio

A seconda delle caratteristiche progettuali e operative, le centrifughe preparative possono essere suddivise in 3 gruppi principali:

Scopo generale. Velocità massima – 8.000 giri/min con relativa accelerazione centrifuga fino a 6.000 g. Le centrifughe universali da laboratorio sono dotate di rotori angolari o rotori con contenitori sospesi per la conservazione di materiale biologico. Si distinguono per una grande capacità da 4 dm 3 a 6 dm 3, che consente l'uso di provette da centrifuga standard con un volume di 10-100 dm 3 e recipienti con una capacità non superiore a 1,25 dm 3. A causa delle particolarità del fissaggio del rotore all'albero motore, le provette o i recipienti devono essere bilanciati e differire in peso al massimo di 0,25 g. Non è consentito far funzionare la centrifuga con un numero dispari di provette. Quando il rotore è parzialmente carico, i contenitori con il mezzo di prova devono essere posizionati simmetricamente l'uno rispetto all'altro, garantendo così la loro distribuzione uniforme rispetto all'asse di rotazione del rotore.

• Esprimere. Velocità massima – 25.000 giri/min con relativa accelerazione centrifuga fino a 89.000 g. Per evitare il riscaldamento dovuto alle forze di attrito che si creano durante la rotazione del rotore, la camera di lavoro è dotata di un sistema di raffreddamento. Sono dotati di rotori angolari o rotori con contenitori sospesi per l'immissione di materiale biologico. Capacità dei preparativi ad alta velocità
  centrifughe – 1,5 dm 3 .
• Ultracentrifughe. Velocità massima – 75.000 giri/min con relativa accelerazione centrifuga fino a 510.000 g. Per evitare il riscaldamento dovuto alle forze di attrito che si creano durante la rotazione del rotore, sono dotati di un sistema di raffreddamento e di un'unità di aspirazione. I rotori per ultracentrifuga sono realizzati in titanio o leghe di alluminio ultraresistenti. Per ridurre le vibrazioni dovute a un riempimento non uniforme, i rotori sono dotati di albero flessibile.

Una categoria separata dovrebbe includere le centrifughe preparative per scopi speciali progettate per svolgere determinati tipi di ricerca e risolvere problemi specifici. Questo gruppo comprende centrifughe con camicie riscaldanti, centrifughe refrigerate e altre apparecchiature simili.

Caratteristiche del design del rotore nelle centrifughe preparative

Le centrifughe preparative sono dotate di rotori angolari o orizzontali:

Rotori angolati: durante il funzionamento della centrifuga le provette si trovano ad un angolo di 20-35° rispetto all'asse di rotazione. La distanza percorsa dalle particelle fino alla parete corrispondente della provetta è piccola e quindi la loro sedimentazione avviene abbastanza rapidamente. A causa delle correnti di convezione che si verificano durante la centrifugazione, i rotori ad angolo fisso vengono raramente utilizzati per separare particelle le cui dimensioni e proprietà causano differenze significative nella velocità di sedimentazione. Rotori orizzontali: i tubi in questo tipo di rotore sono montati verticalmente. Durante il processo di rotazione, sotto l'influenza della forza centrifuga, i vasi con il materiale lavorato si spostano in posizione orizzontale. Queste caratteristiche progettuali e di funzionamento consentono di ridurre i fenomeni di convezione, quindi i rotori di questo tipo sono ottimali per separare particelle con velocità di sedimentazione diverse. L'utilizzo di tubi settoriali consente un'ulteriore riduzione degli effetti dei fenomeni vorticosi e convettivi.

Il tipo di rotore determina l'ambito di utilizzo dell'attrezzatura. La possibilità di cambiare il rotore consente di utilizzare lo stesso modello di centrifuga per risolvere problemi diversi. Le centrifughe mediche per il laboratorio Centurion sono disponibili nella versione da pavimento o da tavolo, il che rende possibile l'utilizzo dell'attrezzatura in qualsiasi stanza, indipendentemente dallo spazio disponibile.

Lezione n. 5

La separazione di miscele eterogenee liquide viene effettuata efficacemente mediante il metodo della centrifugazione, basato sull'uso della forza centrifuga. I dispositivi in ​​cui miscele liquide eterogenee vengono separate sotto l'influenza della forza centrifuga sono chiamati centrifughe.

Il metodo della centrifugazione è ampiamente utilizzato in vari campi della tecnologia; Il numero di tipi e modelli di centrifughe è molto ampio.

La parte principale della centrifuga è un tamburo (un rotore con pareti piene o forate), che ruota ad alta velocità su un albero verticale o orizzontale. La separazione di miscele eterogenee nelle centrifughe può essere effettuata sia mediante il principio della sedimentazione, sia mediante il principio della filtrazione. Nel primo caso vengono utilizzati tamburi con pareti solide, nel secondo con fori; i fusti forati sono coperti da un filtro. Se le pareti del tamburo sono solide, il materiale, sotto l'azione della forza centrifuga, viene disposto in strati in base al suo peso specifico e uno strato di materiale con un peso specifico elevato si trova direttamente accanto alle pareti del tamburo . Se le pareti del tamburo sono forate e sono dotate sulla superficie interna di un setto filtrante, ad esempio un tessuto filtrante, le particelle solide della miscela rimangono sul setto filtrante e la fase liquida passa attraverso i pori del solido sedimenti e il divisorio del filtro e viene rimosso dal tamburo. Viene chiamata la fase liquida separata in una centrifuga centrare.

Forza centrifuga; fattore di separazione. Quando il tamburo della centrifuga e il liquido in esso contenuto ruotano, la forza centrifuga si presenta come forza inerziale.

C=m L 2 / r (1)

M-peso di un corpo rotante (fluido) in kgf;

r - raggio di rotazione in M

W - velocità di rotazione periferica in SM;

La velocità di rotazione periferica è definita come:

W=ω r = 2 π n r/60 (2)

N- numero di giri al minuto;

Velocità di rotazione ω-angolare in radianti

accelerazione di gravità g in m/sec 2, se m=G/g, allora la forza centrifuga CON, che agisce su un corpo rotante di massa m e peso G,è uguale a C= G(2π n r/60) 2 /rg Oppure C ≈ G n 2 r/900 (3)

L'equazione (2.3) mostra che un aumento della forza centrifuga si ottiene più facilmente aumentando il numero di giri che aumentando il diametro del tamburo. I tamburi di piccolo diametro con un elevato numero di giri possono sviluppare una forza centrifuga maggiore rispetto ai tamburi di grande diametro con un basso numero di giri.

Pertanto, la forza centrifuga che agisce su una particella può essere maggiore della forza di gravità tante volte quanto l'accelerazione della forza centrifuga è maggiore dell'accelerazione di gravità. Il rapporto di queste accelerazioni è chiamato fattore di separazione e denotiamo Kr:

W 2 / r – accelerazione della forza centrifuga.

Prendendo G=1n, otteniamo: Kr=n 2 r /900

Ad esempio, per una centrifuga con rotore di diametro 1000 mm (r=0,5 m) che ruota ad una velocità di n=1200 giri/min, il fattore di separazione sarà 800. L'effetto separante della centrifuga aumenta proporzionalmente al valore di Kp.

Il valore di K per i cicloni è dell'ordine di centinaia. E per le centrifughe - circa 3000, quindi, la forza trainante del processo di sedimentazione nei cicloni e nelle centrifughe è 2-3 ordini di grandezza maggiore rispetto ai serbatoi di decantazione. Grazie a ciò, la produttività dei cicloni e delle centrifughe è superiore alla produttività dei serbatoi di decantazione e al loro interno è possibile separare efficacemente piccole particelle: in centrifughe con una dimensione di circa 1 micron. Nei cicloni: circa 10 micron.

Dal confronto delle equazioni risulta chiaro che il fattore di separazione K p è numericamente uguale alla forza centrifuga che si sviluppa durante la rotazione di un corpo del peso di 1 kg.

Caratteristiche dei processi di centrifugazione . Come accennato in precedenza, la centrifugazione può essere effettuata secondo il principio della decantazione (in fusti pieni) o secondo il principio della filtrazione (in fusti forati). Nella loro essenza fisica, entrambi i processi differiscono l'uno dall'altro. Inoltre, esistono varietà separate di ciascuno di questi processi, determinate dal contenuto della fase solida e dal grado della sua dispersione, nonché dalle proprietà fisiche della sospensione.

La centrifugazione in botti di decantazione viene effettuata sia per purificare i liquidi dai contaminanti contenuti in piccole quantità (chiarificazione dei liquidi) sia per separare sospensioni contenenti una quantità significativa di fase solida (centrifugazione a decantazione).

La centrifugazione in botti di decantazione consiste generalmente in due processi fisici: sedimentazione della fase solida (il processo segue le leggi dell'idrodinamica) e compattazione del sedimento; A quest'ultimo processo si applicano le leggi fondamentali della meccanica del suolo (mezzi dispersi).

Fino ad un certo limite di concentrazione della fase solida (pari a circa il 3-4% in volume), la sua deposizione nel tamburo di decantazione avviene senza la formazione di un'interfaccia tra il solido ed il liquido. Con l'aumentare della concentrazione, tale superficie si forma a causa dell'ingrossamento e della sedimentazione delle particelle solide nel liquido.

Il processo di centrifugazione nei cilindri di decantazione è fondamentalmente diverso dal processo di separazione nelle vasche di decantazione. In quest'ultimo, la velocità di deposizione può essere praticamente considerata costante, poiché il processo avviene in un campo gravitazionale, la cui accelerazione non dipende dalle coordinate della particella in caduta.

Accelerazione del campo delle forze centrifugheè una quantità variabile e dipende, a velocità angolare costante, dal raggio di rotazione della particella. Inoltre, le linee di forza del campo centrifugo non sono parallele tra loro e, quindi, la direzione di azione delle forze centrifughe sarà diversa per particelle diverse (che non giacciono sullo stesso raggio di rotazione).

Pertanto le leggi dei processi di decantazione non possono essere estese al processo di centrifugazione in botti di decantazione.

La capacità di separazione delle centrifughe di sedimentazione è caratterizzata dall'indice di prestazione (sigma) Σ, che è il prodotto dell'area della superficie di sedimentazione cilindrica F nel rotore e dal fattore di separazione Kp.

Σ=F Kr (1), Kr= W2/rg ≈n2 r/900, da cui Σ /F=Kr (2)

Considerando che il fattore di separazione esprime il rapporto tra i tassi di sedimentazione delle particelle nella centrifuga di decantazione e nel serbatoio di decantazione, secondo l'uguaglianza (2), il valore di Σ deve essere considerato uguale all'area del serbatoio di decantazione, equivalente in prestazione di una determinata sospensione alla centrifuga in questione. L'indice di prestazione riflette l'influenza di tutte le caratteristiche di progettazione della centrifuga a precipitazione che ne determinano la capacità di separazione.

Quando si determina la produttività delle centrifughe a sedimentazione batch, è necessario tenere conto del tempo impiegato per l'avvio, la frenatura e lo scarico della centrifuga. Determinare la produttività di una centrifuga con filtro è difficile quanto determinare la produttività di qualsiasi filtro.

Ancora più complesso è il processo di centrifugazione tamburi filtranti. Il processo avviene in tre fasi:

formazione del sedimento, compattazione del sedimento e infine rimozione dai pori del sedimento del liquido trattenuto dalle forze capillari e molecolari.

Di conseguenza, l'intero processo di filtrazione centrifuga non può essere identificato con la filtrazione convenzionale che avviene sotto l'influenza della gravità. Solo il suo primo periodo è fondamentalmente vicino alla filtrazione convenzionale e differisce da essa solo nell'entità della pressione idraulica del liquido che scorre attraverso lo strato di sedimento sotto l'influenza delle forze centrifughe. Durante questo periodo, l'umidità nel sedimento è in forma libera e viene rimossa da esso in modo più intenso. Il secondo periodo è simile al periodo corrispondente durante la sedimentazione centrifugata e, infine, il terzo è caratterizzato dalla penetrazione dell'aria nel sedimento compattato, cioè dall'essiccazione meccanica del sedimento

La durata dei periodi sopra indicati dipende dalle proprietà fisiche e dalla concentrazione delle sospensioni, nonché dalle caratteristiche della centrifuga.

La complessità e la diversità dei processi di centrifugazione rende difficile sviluppare una teoria del processo (in particolare la sua cinetica) e metodi precisi per il calcolo delle centrifughe.

Prestazioni della centrifuga. Tipicamente, la produttività delle centrifughe è espressa dal volume di sospensione che entra nella centrifuga per unità di tempo (l/ora), oppure il peso del sedimento ottenuto dopo la centrifugazione (kg/ora).