Sentrifugering. Sentrifugering: typer og anvendelse av metoden Sentrifugeringsmetoden er basert på

Sentrifugering er separasjon av mekaniske blandinger i deres komponentdeler.
ved påvirkning av sentrifugalkraft. Enheter som brukes til dette
mål kalles sentrifuger.
Hoveddelen av sentrifugen er rotoren med montert
Den har spor for sentrifugerør. Rotoren roterer med
høy hastighet, som et resultat av dette skapes betydelig skade
størrelsen på sentrifugalkreftene, under påvirkning av disse
mekaniske blandinger separeres for eksempel
sedimentering av partikler suspendert i en væske.

Prosesser som skjer i en sentrifuge

Følgende prosesser separeres i sentrifuger:
1) Sentrifugalfiltrering.
2) Sentrifugal setning.
3) Sentrifugal avklaring.

Sentrifugalfiltrering

Sentrifugalfiltrering er
prosess med å separere suspensjoner i sentrifuger med
hullete trommer. Innvendig overflate
av en slik trommel er dekket med filterduk.
Suspensjonen kastes mot
trommelvegger, mens den faste fasen forblir på
overflaten av stoffet, og væsken under påvirkning
sentrifugalkraften går gjennom sedimentlaget og
stoffet fjernes ut gjennom hullene i trommelen.
Sentrifugalfiltrering består vanligvis av
tre sekvensielle fysiske prosesser:
1) filtrering med dannelse av bunnfall;
2) sedimentkomprimering;
3) fjerning av væske som holdes tilbake fra sedimentet
molekylære krefter;

Sentrifugal setning

Sentrifugal setning
Sentrifugal setning - separasjonsprosess
suspensjoner i sentrifuger med tromler med
solide vegger. Suspensjonen injiseres i den nedre
del av trommelen og under påvirkning av sentrifugalkraft
kastet mot veggene. Et lag dannes ved veggene
sediment, og væsken danner det indre laget og
tvinges ut av trommelen og går inn i separasjonen
suspensjon. Væsken stiger til toppen,
helles over kanten av trommelen og fjernes
ute.
I dette tilfellet skjer to fysiske prosesser:
1) Sedimentering av den faste fasen.
2) Sedimentkomprimering.

Sentrifugal avklaring

Sentrifugal avklaring - separasjonsprosess
tynne suspensjoner og kolloidale løsninger. Så
det utføres i solide tromler.
I henhold til dens fysiske essens, sentrifugal
avklaring er en prosess
fri avsetning av faste partikler i feltet
sentrifugalkrefter.
I tromler med solide vegger
emulsjoner separeres også. Under
komponenter på grunn av sentrifugalkraft
emulsjoner i henhold til tetthet
er ordnet i form av avgrensede lag:
ytre lag av væske med høyere tetthet
og et indre lag med lettere væske.
Væsker slippes ut separat fra trommelen.

I kliniske og sanitære laboratorier
sentrifugering brukes
for å skille røde blodceller fra
blodplasma, blodpropp fra
serum, tette partikler fra
flytende del av urin, etc. For
brukes til dette formålet eller
manuelle sentrifuger, eller
elektrisk drevne sentrifuger,
hvis rotasjonshastighet
kan justeres.
Ultrasentrifuger, hastighet
rotasjon av rotorene som
overstiger 40 000 rpm,
vanligvis brukt i
eksperimentell praksis
for organelleseparasjon
celler, kolloidale rom
partikler, makromolekyler,
polymerer.

Bruk av sentrifugering i parasitologi

Metoden brukes til å differensiere kompleks
blodblanding, urin eller avføring, etterfulgt av
isolere helminths fra den for videre
studere under et mikroskop og fikse materialet. I
sentrifugeringsprosessen som er tilstede i prøven
parasitter passerer gjennom filteret og samler seg inn
nedre koniske rom i reagensrøret. Filternett
med celler av spesiell størrelse
i et reagensrør er plassert vertikalt, som et resultat
hva skjer horisontalt (lateralt)
prøvefiltrering. Som et resultat, frekk
partikler av ufordøyd mat, fiber legger seg inn
blandekammer, og parasitter og deres egg
passere gjennom filteret uhindret. Så
Dermed konsentrerer seg parasitter i
overflatelag av fint sediment, og
laboratorielegen kan bare velge nøye
prøve for mikroskopi ved hjelp av
automatisk pipette og påfør den på
skli.

Sentrifugeringsmetode i cytologi

Differensiell metode
sentrifugering brukes til
fraksjonering av celler, dvs. deres separasjon
innholdet i fraksjoner avhengig av spesifikke
vekten av ulike organeller og cellulære inneslutninger.
For å gjøre dette roteres finmalte celler inn
en spesiell enhet - en ultrasentrifuge. I
som følge av sentrifugering av cellekomponenter
bunnfall fra løsning, lokalisert i
i henhold til dens tetthet. Mer tett
strukturer bosettes til lavere priser
sentrifugering, og mindre tette - ved høy
hastigheter De resulterende lagene separeres og studeres
separat.

10. Sentrifugering i botanikk og plantefysiologi

Sentrifugering lar deg oppnå ulike
fraksjoner av subcellulære partikler og utforske
egenskaper og funksjoner til hver fraksjon i
separat. For eksempel fra spinatblader kan du
isoler kloroplaster, vask dem med
gjentatt sentrifugering i en passende
miljø fra cellefragmenter og undersøke dem
oppførsel i ulike eksperimentelle
forhold eller bestemme deres kjemiske sammensetning.
Videre kan du ved hjelp av ulike modifikasjoner
teknikker, ødelegge disse plastidene og isolere
gjennom
differensiell sentrifugering (gjentatte ganger
av partikkelavsetning ved forskjellige verdier
akselerasjon) deres bestanddeler. Så
ved hjelp av hvilke det var mulig å vise at plastider inneholder
strukturer preget av en veldig ordnet
struktur - den såkalte grana; alle korn
befinner seg innenfor den begrensende kloroplasten
membraner (kloroplastskall). Fordeler
denne metoden er rett og slett uvurderlig fordi den
lar oss avsløre eksistensen
funksjonelle underenheter som utgjør
større subcellulære partikler; spesielt,
ved hjelp av metode

11. Sentrifugeringsmetode i virologi

Bracquet tetthetsgradient sentrifugeringsmetoden kan være
brukes til både utvalg og gjenfinning
kvantitative egenskaper ved plantevirus. Som det viste seg,
Denne metoden er full av mange muligheter selv i dag
mye brukt innen virologi og molekylær
biologi. Når man utfører forskning ved hjelp av
tetthetsgradient sentrifugering sentrifugerør
delvis fylt med en løsning hvis tetthet avtar i
retning fra bunnen til menisken. For å lage en gradient når
mest brukt i fraksjonering av plantevirus
sukrose. Før sentrifugering starter kan viruspartikler evt
enten fordeles over hele volumet av løsningen, eller påføres
toppen av gradienten. Brakke foreslo tre ulike teknikker
tetthetsgradient sentrifugering. Med isopycpic
(likevekt) sentrifugeringsprosessen fortsetter til
til alle partiklene i gradienten når et nivå der tettheten
miljø er lik deres egen tetthet. Slik,
partikkelfraksjonering skjer i dette tilfellet iht
forskjeller i deres tetthet. Sukroseløsninger har ikke
tilstrekkelig tetthet for isopycnal separasjon av mange
virus. Under høyhastighets sonesentrifugering, viruset
Først brukes en tidligere opprettet gradient. Partikler
hver type sedimenteres gjennom en gradient i form av en sone,
eller strimler, med en hastighet avhengig av størrelse, form og
tetthet. Sentrifugering er fullført når partiklene
fortsatt å sedimentere. Likevekt sone
sentrifugering ligner høyhastighets sone
sentrifugering, men i dette tilfellet sentrifugering

12. Vanskeligheter med å bruke sentrifugeringsmetoden

Anvendelse av differensial sentrifugeringsmetoden
er forbundet med mange metodiske vanskeligheter. For det første når
Frigjøring av partikler kan skade strukturen deres. Det er derfor
det var nødvendig å utvikle spesielle metoder for å ødelegge celler,
som ikke ville forårsake skade på strukturen til subcellulær
fraksjoner. For det andre, siden subcellulære partikler har
membraner, i prosessen med sekresjon kan oppstå
ulike osmotiske effekter. Derfor, for å
slik at ultrastrukturen til objektene som studeres ikke blir ødelagt
selv når du isolerer dem, er det nødvendig å velge sammensetningen nøye
miljø hvor celleødeleggelse og sedimentering skjer
partikler. Til slutt, vaske bort subcellulære partikler
(resuspensjon av dem i mediet og påfølgende gjentatt
sentrifugering) kan føre til tap av noen
stoffer inneholdt i dem, som under påvirkning av diffusjonskrefter
gå i løsning.
På grunn av dette kan det noen ganger være vanskelig å forstå hvilke små molekyler
er egentlig elementer av strukturene som studeres, og som
ble ganske enkelt adsorbert på overflaten under frigjøringsprosessen.
Denne situasjonen gjør det vanskelig å bestemme noen nøyaktig
funksjonelle egenskaper til utvalgte objekter.

Hva er sentrifugering? Hva brukes metoden til? Begrepet "sentrifugering" betyr separering av flytende eller faste partikler av et stoff i forskjellige fraksjoner ved bruk av sentrifugalkrefter. Denne separasjonen av stoffer utføres ved bruk av spesielle enheter - sentrifuger. Hva er prinsippet for metoden?

Sentrifugeringsprinsipp

La oss se på definisjonen mer detaljert. Sentrifugering er effekten på stoffer gjennom ultra-høyhastighets rotasjon i et spesialisert apparat. Hoveddelen av enhver sentrifuge er rotoren, som inneholder reir for installasjon av reagensrør med materiale som er gjenstand for separasjon i separate fraksjoner. Når rotoren roterer med høye hastigheter, separeres stoffene som er plassert i reagensrørene i forskjellige stoffer i henhold til tetthetsnivået. For eksempel separerer sentrifugering av grunnvannsprøver væsken og feller ut de faste partiklene den inneholder.

Forfatter av metoden

For første gang ble det kjent hva sentrifugering er etter eksperimenter utført av forskeren A.F. Lebedev. Metoden ble utviklet av en forsker for å bestemme sammensetningen av jordvann. Tidligere, for disse formålene, ble utfelling av væske med påfølgende separasjon av faste prøver fra den brukt. Utviklingen av sentrifugeringsmetoden gjorde det mulig å takle denne oppgaven mye raskere. Takket være denne separasjonen ble det mulig å trekke ut den faste delen av stoffer fra en væske i tørr form i løpet av få minutter.

Sentrifugeringstrinn

Differensiell sentrifugering begynner med utfelling av stoffer som er gjenstand for forskning. Denne materialbehandlingen skjer i sedimenteringsanordninger. Under bunnfelling separeres materiepartikler under påvirkning av tyngdekraften. Dette lar deg forberede stoffer for bedre separasjon ved hjelp av sentrifugalkrefter.

Deretter gjennomgår stoffene i reagensglassene filtrering. På dette stadiet brukes såkalte perforerte tromler, som har til hensikt å skille flytende partikler fra faste. Under de presenterte aktivitetene forblir alt sediment på veggene til sentrifugen.

Fordeler med metoden

Sammenlignet med andre metoder som tar sikte på å separere enkeltstoffer, som filtrering eller sedimentering, gjør sentrifugering det mulig å få et sediment med et minimum fuktighetsinnhold. Bruken av denne separasjonsmetoden tillater separering av fine suspensjoner. Resultatet er produksjon av partikler med en størrelse på 5-10 mikron. En annen viktig fordel med sentrifugering er muligheten til å utføre den ved hjelp av utstyr med små volumer og dimensjoner. Den eneste ulempen med metoden er det høye energiforbruket til enhetene.

Sentrifugering i biologi

I biologi tyr man til separering av stoffer i individuelle stoffer når det er nødvendig å forberede preparater for undersøkelse under et mikroskop. Sentrifugering her utføres ved hjelp av komplekse enheter - cytorotorer. I tillegg til spor for reagensrør, er slike enheter utstyrt med prøveholdere og alle slags lysbilder med kompleks design. Utformingen av sentrifugen når du utfører forskning i biologi påvirker direkte kvaliteten på materialene som oppnås og følgelig mengden nyttig informasjon som kan hentes fra analyseresultatene.

Sentrifugering i oljeraffineringsindustrien

Sentrifugeringsmetoden er uunnværlig i oljeproduksjon. Det er hydrokarbonmineraler som vann ikke frigjøres fullstendig fra under destillasjon. Sentrifugering gjør det mulig å fjerne overflødig væske fra oljen, noe som øker kvaliteten. I dette tilfellet blir olje oppløst i benzen, deretter oppvarmet til 60 o C, og deretter utsatt for sentrifugalkraft. Mål til slutt mengden gjenværende vann i stoffet og gjenta prosedyren om nødvendig.

Blodsentrifugering

Denne metoden er mye brukt til medisinske formål. I medisin lar det deg løse følgende antall problemer:

1. Innhenting av rensede blodprøver for plasmaferese. For disse formål blir de dannede elementene av blod separert fra plasmaet i en sentrifuge. Operasjonen gjør det mulig å kvitte blodet fra virus, overflødig antistoffer, patogene bakterier og giftstoffer.
2. Klargjøring av blod for donortransfusjon. Etter at kroppsvæsken er separert i separate fraksjoner ved sentrifugering, returneres blodcellene til giveren, og plasmaet brukes til transfusjon eller fryses for senere bruk.
3. Isolering av blodplatemasse. Stoffet er hentet fra den resulterende massen og brukes i kirurgiske og hematologiske avdelinger av medisinske institusjoner, i akuttbehandling og operasjonsrom. Bruk av blodplatemasse i medisin gjør det mulig å forbedre blodpropp hos ofre.
4. Syntese av røde blodlegemer. Sentrifugering av blodceller skjer gjennom delikat separasjon av fraksjonene i henhold til en spesiell teknikk. Den ferdige massen, rik på røde blodlegemer, brukes til transfusjon under blodtap og operasjoner. Røde blodlegemer brukes ofte til å behandle anemi og andre systemiske blodsykdommer.

I moderne medisinsk praksis brukes mange nye generasjons enheter, som gjør det mulig å akselerere en roterende trommel til en viss hastighet og stoppe den i et bestemt øyeblikk. Dette gjør at blod kan separeres mer nøyaktig i røde blodceller, blodplater, plasma, serum og blodpropper. Andre kroppsvæsker undersøkes på lignende måte, spesielt blir stoffer i urin separert.

Sentrifuger: hovedtyper

Vi fant ut hva sentrifugering er. La oss nå finne ut hvilke enheter som brukes til å implementere metoden. Sentrifuger kan være lukket eller åpne, mekanisk eller manuelt drevet. Den viktigste arbeidsdelen av håndholdte åpne instrumenter er en roterende akse plassert vertikalt. I den øvre delen er det en vinkelrett fast stang der bevegelige metallhylser er plassert. De inneholder spesielle prøverør som er innsnevret i bunnen. Bomull legges nederst på ermene, noe som unngår skader på glassreagensrøret når det kommer i kontakt med metall. Deretter settes apparatet i bevegelse. Etter en tid skiller væsken seg fra de suspenderte faststoffene. Etter dette stoppes den manuelle sentrifugen. Et tett, fast sediment konsentrerer seg i bunnen av reagensrørene. Over den er den flytende delen av stoffet.

Mekaniske sentrifuger av lukket type har et stort antall hylser for å romme reagensrør. Slike enheter er mer praktiske sammenlignet med manuelle. Rotorene deres drives av kraftige elektriske motorer og kan akselerere til 3000 rpm. Dette gjør det mulig å gjennomføre bedre separering av flytende stoffer fra faste.

Funksjoner ved å forberede rør for sentrifugering

Reagensglass som brukes til sentrifugering skal fylles med prøvemateriale med identisk masse. Derfor brukes spesielle høypresisjonsvekter for målinger her. Når det er nødvendig å balansere flere rør i en sentrifuge, brukes følgende teknikk. Etter å ha veid et par glassbeholdere og oppnådd samme masse, står en av dem igjen som standard. Påfølgende rør ekvilibreres med denne prøven før de plasseres i apparatet. Denne teknikken fremskynder arbeidet betydelig når det er nødvendig å forberede en hel serie rør for sentrifugering.

Det er verdt å merke seg at for mye av teststoffet aldri legges i reagensglass. Glassbeholdere fylles på en slik måte at avstanden til kanten er minst 10 mm. Ellers vil stoffet strømme ut av reagensrøret under påvirkning av sentrifugalkraft.

Supersentrifuger

For å skille komponentene i ekstremt tynne suspensjoner er det ikke nok å bruke konvensjonelle manuelle eller mekaniske sentrifuger. I dette tilfellet er det nødvendig med en mer imponerende effekt på stoffer fra sentrifugalkrefter. Ved implementering av slike prosesser brukes supersentrifuger.

Enhetene i den presenterte planen er utstyrt med en blindtrommel i form av et rør med liten diameter - ikke mer enn 240 mm. Lengden på en slik trommel overskrider betydelig tverrsnittet, noe som gjør det mulig å øke antall omdreininger betydelig og skape en kraftig sentrifugalkraft.

I en supersentrifuge kommer stoffet som testes inn i trommelen, beveger seg gjennom røret og treffer spesielle reflektorer, som kaster materialet på veggene til enheten. Det er også kamre designet for separat fjerning av lette og tunge væsker.

Fordelene med supersentrifuger inkluderer:

• absolutt tetthet;
• den høyeste intensiteten av substansseparasjon;
• kompakte dimensjoner;
• evnen til å skille stoffer på molekylært nivå.

Avslutningsvis

Så vi fant ut hva sentrifugering er. For tiden finner metoden sin anvendelse når det er nødvendig å isolere bunnfall fra løsninger, rense væsker og separere komponenter av biologisk aktive og kjemiske stoffer. Ultrasentrifuger brukes til å skille stoffer på molekylært nivå. Sentrifugeringsmetoden brukes aktivt i kjemisk industri, olje, kjernefysisk industri, næringsmiddelindustri, så vel som i medisin.

Sentrifugeringsmetode- dette er separasjonen (inndelingen) i komponenter av forskjellige heterogene blandinger ved bruk av sentrifugalkraft. For å oppnå dette brukes spesialiserte enheter kalt sentrifuger.

Hoveddelen av enhver sentrifuge er en rotor med reir der prøverør er installert. Ved ultrahøyhastighetsrotasjon oppstår det en sentrifugalkraft i systemet som bidrar til separasjon av det bearbeidede stoffet etter tetthet- for eksempel blir de faste partiklene som er tilstede i væsken "sedimentert". Sentrifugeringsmetoden brukes i nesten alle områder av menneskelig aktivitet: innen vitenskap og medisin, industri, landbruk, i hverdagen og i teknologiske felt.

Ulike sentrifugeringsmetoder

For å skille stoffer kan en annen metode for sedimentering brukes - sedimentering, når separasjon skjer under påvirkning av tyngdekraften. Som regel går behandling i sedimenteringsanordninger før sentrifugering og er en forberedende arbeidsfase.

Selve sentrifugeringsmetoden er delt inn i sedimentering, filtrering og klaring.

Filtrering utføres ved hjelp av en perforert trommel som et filtermedium er installert på. Væske passerer fritt gjennom den under påvirkning av sentrifugalkraft, mens faste partikler forblir utenfor. Til forsvare Det brukes tromler med solide vegger, inn i den nedre delen av hvilke opphenget leveres. Under prosessen frigjøres sediment på veggene, og væsken danner et indre lag, og renner deretter over kanten.

Og til slutt lette forekommer også i faste tromler, som representerer en prosess med fri sedimentering av partikler under påvirkning av et sentrifugalfelt.

Kjennetegn ved sentrifugeringsmetoder

I sin fysiske essens er filtrerings- og sedimentasjonsmetodene svært forskjellige.

I settling trommer behandlingen utføres for å rense en væske, hvor innholdet av forurensninger og urenheter er ganske ubetydelig, ved å komprimere sedimentet og sedimentere faste partikler.

Samtidig skiller dette seg radikalt fra prosessen ved bruk av gravitasjon - først og fremst på grunn av det faktum at sedimentering er en ganske jevn prosess, og sentrifugering, på grunn av sentrifugalfeltlinjenes ikke-parallelle, er en ganske inkonsekvent metode. De to metodene er iboende forskjellige, og dette må tas i betraktning.

Filtrering sentrifugering strukturen er noe mer komplisert, siden den vanligvis skjer i tre stadier: først er det dannelse av sediment, deretter komprimering, deretter eliminering av væske. Filtrering ved sentrifugalkraft er også veldig forskjellig fra filtrering ved "normal" tyngdekraft. Bare det første trinnet kan kalles lignende.

Bruk av sentrifugering i ulike områder

Metoden har blitt utbredt og brukes i nesten alle virksomhetsfelt. Du kan møte det innen biologi og medisin, laboratoriediagnostikk og næringsmiddelindustrien; den har lenge og vellykket erstattet de mer tradisjonelle og mindre effektive prosessene med filtrering, klemme og rengjøring.

Industrielle sentrifuger De har større kraft og en mer kompleks rotordesign, takket være at mange stoffer kan behandles samtidig. De brukes i landbruket for å utvinne honning fra honningkaker og rense korn, skille fett fra melk ved separering, og de er også svært vanlige innen malmbehandling. Du kan til og med finne en sentrifuge på et vaskerom – der snurrer de klær etter vask.

Laboratoriesentrifuger med ganske lav rotorhastighet brukes til å separere blodserum, urinsedimenter, for serologiske studier og for sedimentering av røde blodlegemer. Laboratorievarianter er videre delt inn i kliniske, stasjonære, kjølte, bordplater og små hjørner: hver brukes i sitt eget område for laboratorieforskning, avhengig av målene og målene til det medisinske senteret.

Preparativ sentrifugering er en av metodene for å isolere biologisk materiale for påfølgende biokjemisk forskning. Lar deg isolere et betydelig antall cellulære partikler for en omfattende studie av deres biologiske aktivitet, struktur og morfologi. Metoden er også anvendelig for isolering av grunnleggende biologiske makromolekyler. Bruksområde: medisinsk, kjemisk og biokjemisk forskning.

Klassifisering av preparative sentrifugeringsmetoder

Preparativ sentrifugering utføres ved hjelp av en av følgende metoder:

Differensial. Metoden er basert på forskjellen i sedimenteringshastigheten til partikler. Materialet som studeres sentrifugeres med en gradvis økning i sentrifugalakselerasjon. På hvert trinn avsettes en av mediumfraksjonene i bunnen av reagensrøret. Etter sentrifugering separeres den resulterende fraksjon fra væsken og vaskes flere ganger. Sone-hastighet. Metoden er basert på å legge testmediet på en bufferløsning med en kjent kontinuerlig tetthetsgradient. Prøven sentrifugeres deretter til partiklene er fordelt langs gradienten, og danner diskrete bånd (soner). Tetthetsgradienten lar deg eliminere blanding av soner og oppnå en relativt ren fraksjon.

• Isopycnic. Det kan utføres i en tetthetsgradient eller på vanlig måte. I det første tilfellet legges det bearbeidede materialet på overflaten av en bufferløsning med en kontinuerlig tetthetsgradient og sentrifugeres til partiklene er separert i soner. I det andre tilfellet sentrifugeres mediet som studeres inntil det dannes et sediment av partikler med høy molekylvekt, hvoretter partiklene som studeres isoleres fra den resulterende resten.
• Likevekt. Det utføres i en tetthetsgradient av tungmetallsalter. Sentrifugering lar deg etablere likevektsfordelingen av konsentrasjonen av det oppløste teststoffet. Deretter, under påvirkning av sentrifugalakselerasjonskrefter, samles partiklene av mediet i en separat sone i reagensrøret.

Den optimale metodikken velges under hensyntagen til målene og egenskapene til miljøet som studeres.

Klassifisering av preparative laboratoriesentrifuger

Avhengig av designfunksjonene og operasjonelle egenskaper, kan preparative sentrifuger deles inn i 3 hovedgrupper:

Generelt formål. Maksimal hastighet – 8000 rpm med relativ sentrifugalakselerasjon opp til 6000 g. Universelle laboratoriesentrifuger er utstyrt med vinkelrotorer eller rotorer med hengende beholdere for oppbevaring av biologisk materiale. De kjennetegnes ved en stor kapasitet fra 4 dm 3 til 6 dm 3, som tillater bruk av standard sentrifugerør med et volum på 10-100 dm 3 og kar med en kapasitet på ikke mer enn 1,25 dm 3. På grunn av særegenhetene ved å feste rotoren til drivakselen, må rørene eller karene være balansert og avvike i vekt med maksimalt 0,25 g. Det er ikke tillatt å bruke sentrifugen med et oddetall av rør. Når rotoren er delvis lastet, bør beholdere med testmediet plasseres symmetrisk i forhold til hverandre, for derved å sikre jevn fordeling i forhold til rotorens rotasjonsakse.

• Uttrykke. Maksimal hastighet – 25 000 rpm med relativ sentrifugalakselerasjon opp til 89 000 g. For å forhindre oppvarming på grunn av friksjonskrefter som oppstår når rotoren roterer, er arbeidskammeret utstyrt med et kjølesystem. De er utstyrt med vinkelrotorer eller rotorer med hengende beholdere for plassering av biologisk materiale. Kapasitet til høyhastighetspreparater
  sentrifuger – 1,5 dm 3 .
• Ultrasentrifuger. Maksimal hastighet – 75 000 rpm med relativ sentrifugalakselerasjon opp til 510 000 g. For å forhindre oppvarming på grunn av friksjonskrefter som oppstår under rotasjon av rotoren, er de utstyrt med et kjølesystem og en vakuumenhet. Ultrasentrifugerotorer er laget av ultrasterk titan eller aluminiumslegeringer. For å redusere vibrasjoner på grunn av ujevn fylling har rotorene en fleksibel aksel.

En egen kategori bør inkludere preparative sentrifuger for spesialformål designet for å utføre visse typer forskning og løse spesifikke problemer. Denne gruppen omfatter sentrifuger med varmekapper, nedkjølte sentrifuger og annet lignende utstyr.

Funksjoner ved rotordesign i forberedende sentrifuger

Preparative sentrifuger er utstyrt med vinkel- eller horisontale rotorer:

Vinklede rotorer - reagensrør er plassert i en vinkel på 20-35° i forhold til rotasjonsaksen under sentrifugedrift. Avstanden som partiklene reiser til den tilsvarende veggen i reagensrøret er liten, og derfor skjer sedimenteringen deres ganske raskt. På grunn av konveksjonsstrømmene som oppstår under sentrifugering, blir rotorer med fast vinkel sjelden brukt til å separere partikler hvis størrelse og egenskaper forårsaker betydelige forskjeller i sedimenteringshastigheter. Horisontale rotorer – rør i denne typen rotorer er montert vertikalt. Under rotasjonsprosessen, under påvirkning av sentrifugalkraft, beveger karene med det behandlede materialet seg til en horisontal posisjon. Disse design- og driftsfunksjonene gjør det mulig å redusere konveksjonsfenomener, så rotorer av denne typen er optimale for å separere partikler med forskjellige sedimentasjonshastigheter. Bruken av sektorrør tillater en ytterligere reduksjon i virkningene av virvel- og konveksjonsfenomener.

Rotortypen bestemmer bruksomfanget til utstyret. Muligheten til å endre rotoren lar deg bruke samme sentrifugemodell for å løse ulike problemer. Medisinske sentrifuger til Centurion-laboratoriet finnes i gulvstående eller bord-versjon, noe som gjør det mulig å bruke utstyret i alle rom, uavhengig av tilgjengelig plass.

Forelesning nr. 5

Separasjonen av flytende heterogene blandinger utføres effektivt ved sentrifugeringsmetoden, basert på bruk av sentrifugalkraft. Enheter der flytende heterogene blandinger separeres under påvirkning av sentrifugalkraft kalles sentrifuger.

Sentrifugeringsmetoden er mye brukt i ulike teknologiområder; Antallet typer og design av sentrifuger er svært stort.

Hoveddelen av sentrifugen er en trommel (en rotor med solide eller perforerte vegger), som roterer med høy hastighet på en vertikal eller horisontal aksel. Separasjonen av heterogene blandinger i sentrifuger kan utføres enten ved bunnfellingsprinsippet eller ved filtreringsprinsippet. I det første tilfellet brukes trommer med solide vegger, i det andre - med hull; tromler med hull er dekket med et filter. Hvis veggene i trommelen er solide, er materialet, under påvirkning av sentrifugalkraft, anordnet i lag i henhold til dens egenvekt, og et lag av materiale med høy egenvekt er plassert rett ved siden av trommelens vegger . Hvis veggene i trommelen har hull og er utstyrt på den indre overflaten med en filterskillevegg, for eksempel en filterduk, forblir de faste partiklene i blandingen på filterskilleveggen, og væskefasen passerer gjennom porene til det faste stoffet. sediment og filterskilleveggen og fjernes fra trommelen. Væskefasen separert i en sentrifuge kalles konsentrere.

Sentrifugalkraft; separasjonsfaktor. Når sentrifugetrommelen og væsken i den roterer, oppstår sentrifugalkraften som en treghetskraft.

C=m W 2 / r (1)

m-vekten av en roterende kropp (væske) i kgf;

r - rotasjonsradius inn m

W - perifer rotasjonshastighet inn m/s;

Den perifere rotasjonshastigheten er definert som:

W=ω r = 2 π n r/60 (2)

n- antall omdreininger per minutt;

ω-vinkelrotasjonshastighet i radianer

g-gravitasjonsakselerasjon inn m/sek 2, hvis m=G/g, så sentrifugalkraft MED, virker på et roterende legeme med masse m og vekt G, er lik C= G(2π n r/60) 2 /rg Eller C ≈ G n 2 r/900 (3)

Ligning (2.3) viser at en økning i sentrifugalkraften lettere oppnås ved å øke antall omdreininger enn ved å øke diameteren på trommelen. Trommer med liten diameter og høyt antall omdreininger kan utvikle større sentrifugalkraft enn tromler med stor diameter med lavt antall omdreininger.

Dermed kan sentrifugalkraften som virker på en partikkel være større enn tyngdekraften like mange ganger som akselerasjonen til sentrifugalkraften er større enn tyngdeakselerasjonen. Forholdet mellom disse akselerasjonene kalles separasjonsfaktor og angi Kr:

W 2 / r – akselerasjon av sentrifugalkraft.

Tar vi G=1n, får vi: Kr=n 2 r /900

For eksempel, for en sentrifuge med en rotor med en diameter på 1000 mm (r=0,5 m) som roterer med en hastighet på n=1200 rpm, vil separasjonsfaktoren være 800. Separasjonseffekten til sentrifugen øker proporsjonalt med verdien av Kp.

Verdien av K for sykloner er i størrelsesorden hundrevis. Og for sentrifuger - omtrent 3000, dermed er drivkraften til sedimentasjonsprosessen i sykloner og sentrifuger 2-3 størrelsesordener større enn i sedimentasjonstanker. Takket være dette er produktiviteten til sykloner og sentrifuger høyere enn produktiviteten til sedimenteringstanker, og små partikler kan effektivt separeres i dem: i sentrifuger med en størrelse på omtrent 1 mikron. I sykloner - ca 10 mikron.

Fra en sammenligning av ligningene er det klart at separasjonsfaktoren K p er numerisk lik sentrifugalkraften som utvikles under rotasjonen av et legeme som veier 1 kg.

Kjennetegn ved sentrifugeringsprosesser . Som nevnt ovenfor kan sentrifugering utføres ved bunnfellingsprinsippet (i faste tromler) eller etter prinsippet om filtrering (i perforerte tromler). I sin fysiske essens skiller begge prosessene seg fra hverandre. I tillegg er det separate varianter av hver av disse prosessene, som bestemmes av innholdet av den faste fasen og graden av dens dispersjon, samt de fysiske egenskapene til suspensjonen.

Sentrifugering i sedimenteringsfat utføres både for å rense væsker fra forurensninger inneholdt i små mengder (væskeklaring) og for å separere suspensjoner som inneholder en betydelig mengde fast fase (sedimenteringssentrifugering).

Sentrifugering i sedimenteringsfat består generelt av to fysiske prosesser: sedimentering av den faste fasen (prosessen følger hydrodynamikkens lover) og komprimering av sedimentet; De grunnleggende lovene for jordmekanikk (spredte medier) gjelder for sistnevnte prosess.

Opp til en viss konsentrasjonsgrense for den faste fasen (lik ca. 3-4 volum%) skjer dens avsetning i sedimenteringstrommelen uten at det dannes en grenseflate mellom faststoffet og væsken. Med økende konsentrasjon dannes en slik overflate på grunn av utvidelsen og sedimenteringen av faste partikler i væsken.

Sentrifugeringsprosessen i bunnfellingsfat er fundamentalt forskjellig fra separasjonsprosessen i bunnfellingstanker. I sistnevnte kan avsetningshastigheten praktisk talt betraktes som konstant, siden prosessen skjer i et gravitasjonsfelt, hvis akselerasjon ikke avhenger av koordinatene til den fallende partikkelen.

Akselerasjon av feltet for sentrifugalkrefter er en variabel størrelse og avhenger, ved konstant vinkelhastighet, av partikkelens rotasjonsradius. I tillegg er sentrifugalfeltets kraftlinjer ikke parallelle med hverandre, og derfor vil virkeretningen til sentrifugalkreftene være forskjellig for forskjellige partikler (ikke ligge på samme rotasjonsradius).

Derfor kan ikke lovene for sedimenteringsprosesser utvides til sentrifugeringsprosessen i sedimenteringsfat.

Separasjonskapasiteten til sedimenterende sentrifuger er preget av ytelsesindeksen (sigma) Σ, som er produktet av arealet til den sylindriske sedimenteringsflaten F i rotoren og separasjonsfaktoren Kp.

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

Tatt i betraktning at separasjonsfaktoren uttrykker forholdet mellom sedimenteringshastighetene til partikler i sedimenteringssentrifugen og sedimenteringstanken, i samsvar med likhet (2), bør verdien av Σ anses som lik arealet til sedimenteringstanken, tilsvarende i ytelse for en gitt suspensjon til den aktuelle sentrifugen. Ytelsesindeksen gjenspeiler påvirkningen av alle designfunksjonene til nedbørsentrifugen som bestemmer dens separasjonsevne.

Når du bestemmer produktiviteten til batch-sedimenteringssentrifuger, er det nødvendig å ta hensyn til tiden som brukes på start, bremsing og lossing av sentrifugen. Å bestemme produktiviteten til en filtersentrifuge er like vanskelig som å bestemme produktiviteten til et hvilket som helst filter.

Enda mer kompleks er prosessen med sentrifugering i filterfat. Prosessen foregår i tre stadier:

dannelse av sediment, komprimering av sediment, og til slutt fjerning fra porene i sedimentet av væske som holdes tilbake av kapillære og molekylære krefter.

Som et resultat kan ikke hele prosessen med sentrifugalfiltrering identifiseres med konvensjonell filtrering som skjer under påvirkning av tyngdekraften. Bare dens første periode er fundamentalt nær konvensjonell filtrering og skiller seg fra den bare i størrelsen på det hydrauliske trykket til væsken som strømmer gjennom sedimentlaget under påvirkning av sentrifugalkrefter. I løpet av denne perioden er fuktigheten i sedimentet i fri form og fjernes mest intensivt fra det. Den andre perioden er lik den tilsvarende perioden under sedimenteringssentrifugering, og til slutt er den tredje karakterisert ved inntrengning av luft inn i det komprimerte sedimentet, dvs. mekanisk tørking av sedimentet

Varigheten av de ovennevnte periodene avhenger av de fysiske egenskapene og konsentrasjonen til suspensjonene, så vel som av sentrifugens egenskaper.

Kompleksiteten og mangfoldet av sentrifugeringsprosesser gjør det vanskelig å utvikle en teori om prosessen (spesielt dens kinetikk) og presise metoder for å beregne sentrifuger.

Sentrifuge ytelse. Typisk er produktiviteten til sentrifuger uttrykt ved volumet av suspensjon som kommer inn i sentrifugen per tidsenhet (l/time), eller vekten av sedimentet oppnådd etter sentrifugering (kg/time).