Ly tâm. Ly tâm: các loại và ứng dụng của phương pháp Phương pháp ly tâm dựa trên

Ly tâm là quá trình tách hỗn hợp cơ học thành các bộ phận cấu thành của chúng.
nhờ tác dụng của lực ly tâm. Các thiết bị được sử dụng cho việc này
mục tiêu được gọi là máy ly tâm.
Bộ phận chính của máy ly tâm là rôto được gắn
Nó có khe cho ống ly tâm. Rôto quay với
tốc độ cao, do đó gây ra thiệt hại đáng kể
độ lớn của lực ly tâm, dưới tác dụng của nó
hỗn hợp cơ học được tách ra, ví dụ
sự lắng đọng của các hạt lơ lửng trong chất lỏng.

Các quá trình xảy ra trong máy ly tâm

Các quá trình sau đây được tách ra trong máy ly tâm:
1) Lọc ly tâm.
2) Lắng ly tâm.
3) Làm rõ bằng ly tâm.

Lọc ly tâm

Lọc ly tâm là
quá trình tách huyền phù trong máy ly tâm bằng
trống Holey. Bề mặt bên trong
của một cái trống như vậy được phủ bằng vải lọc.
Hệ thống treo được ném về phía
tường trống, trong khi pha rắn vẫn còn
bề mặt của vải và chất lỏng dưới tác dụng
lực ly tâm đi qua lớp trầm tích và
vải được lấy ra qua các lỗ trên trống.
Lọc ly tâm thường bao gồm
ba quá trình vật lý tuần tự:
1) lọc để tạo thành kết tủa;
2) nén trầm tích;
3) loại bỏ chất lỏng được giữ lại từ trầm tích
lực phân tử;

Lắng ly tâm

Lắng ly tâm
Quá trình lắng - tách ly tâm
huyền phù trong máy ly tâm có trống với
những bức tường vững chắc. Hệ thống treo được bơm vào phía dưới
một phần của trống và chịu tác dụng của lực ly tâm
ném vào tường. Một lớp hình thành ở các bức tường
trầm tích, và chất lỏng tạo thành lớp bên trong và
bị buộc ra khỏi trống đi vào phần tách
đình chỉ. Chất lỏng dâng lên trên cùng,
đổ qua mép trống và được lấy ra
ngoài.
Trong trường hợp này, có hai quá trình vật lý xảy ra:
1) Sự lắng đọng của pha rắn.
2) Nén trầm tích.

Làm rõ ly tâm

Quá trình làm rõ ly tâm - tách
huyền phù mỏng và dung dịch keo. Vì thế
nó được thực hiện trong trống rắn.
Theo bản chất vật lý của nó, ly tâm
làm rõ là một quá trình
sự lắng đọng tự do của các hạt rắn trên hiện trường
lực ly tâm.
Trong trống có vách kiên cố
nhũ tương cũng được tách ra. Dưới
các bộ phận do lực ly tâm
nhũ tương theo mật độ
được sắp xếp dưới dạng các lớp được phân cách:
lớp chất lỏng bên ngoài có mật độ cao hơn
và một lớp chất lỏng nhẹ hơn bên trong.
Chất lỏng được thải ra riêng biệt từ trống.

Trong phòng thí nghiệm lâm sàng và vệ sinh
ly tâm được sử dụng
để tách các tế bào hồng cầu ra khỏi
huyết tương, cục máu đông từ
huyết thanh, các hạt dày đặc từ
phần chất lỏng của nước tiểu, vv Đối với
được sử dụng cho mục đích này hoặc
máy ly tâm thủ công, hoặc
máy ly tâm điều khiển bằng điện,
tốc độ quay của nó
có thể được điều chỉnh.
Máy siêu ly tâm, tốc độ
vòng quay của cánh quạt trong đó
vượt quá 40.000 vòng/phút,
thường được sử dụng trong
thực hành thí nghiệm
để tách các bào quan
tế bào, khoang keo
các hạt, đại phân tử,
polyme.

Sử dụng ly tâm trong ký sinh trùng

Phương pháp này được sử dụng để phân biệt phức chất
hỗn hợp máu, nước tiểu hoặc phân, sau đó là
cách ly giun sán khỏi nó để biết thêm
nghiên cứu dưới kính hiển vi và cố định vật liệu. TRONG
quá trình ly tâm có trong mẫu
ký sinh trùng đi qua bộ lọc và tích tụ trong
ngăn hình nón phía dưới của ống nghiệm. Lưới lọc
với các tế bào có kích thước đặc biệt
trong ống nghiệm nằm thẳng đứng nên
điều gì xảy ra theo chiều ngang (bên)
lọc mẫu. Kết quả là, thô lỗ
các mảnh thức ăn chưa tiêu hóa, chất xơ lắng đọng trong
buồng trộn, ký sinh trùng và trứng của chúng
đi qua bộ lọc mà không bị cản trở. Vì thế
Vì vậy, ký sinh trùng tập trung ở
lớp trầm tích mịn trên bề mặt, và
bác sĩ phòng thí nghiệm chỉ có thể lựa chọn cẩn thận
mẫu cho kính hiển vi sử dụng
pipet tự động và áp dụng nó vào
cầu trượt.

Phương pháp ly tâm trong tế bào học

Phương pháp vi phân
ly tâm được sử dụng để
phân chia các tế bào, tức là sự phân tách của chúng
nội dung thành các phân số tùy theo nội dung cụ thể
trọng lượng của các bào quan và thể vùi tế bào khác nhau.
Để làm điều này, các tế bào được nghiền mịn được xoay trong
một thiết bị đặc biệt - máy siêu ly tâm. TRONG
thu được từ quá trình ly tâm của các thành phần tế bào
kết tủa từ dung dịch nằm ở
theo mật độ của nó. Dày đặc hơn
cấu trúc giải quyết ở mức thấp hơn
ly tâm và những cái ít đậm đặc hơn - ở mức cao
tốc độ Các lớp kết quả được tách ra và nghiên cứu
riêng.

10. Ly tâm trong thực vật học và sinh lý thực vật

Quá trình ly tâm cho phép bạn thu được nhiều loại
phân số của các hạt dưới tế bào và khám phá
tính chất, chức năng của từng phe trong
riêng. Ví dụ, từ lá rau chân vịt bạn có thể
tách lục lạp, rửa chúng bằng
ly tâm lặp lại ở điều kiện thích hợp
môi trường từ các mảnh tế bào và kiểm tra chúng
hành vi trong các thí nghiệm khác nhau
điều kiện hoặc xác định thành phần hóa học của chúng.
Hơn nữa bạn có thể, sử dụng các sửa đổi khác nhau
kỹ thuật, phá hủy các plastid này và cô lập
bởi vì
ly tâm vi phân (liên tục
sự lắng đọng hạt ở các giá trị khác nhau
gia tốc) các yếu tố cấu thành của chúng. Vì thế
bằng cách đó có thể chỉ ra rằng plastid có chứa
cấu trúc đặc trưng bởi một trật tự rất
cấu trúc - cái gọi là grana; tất cả các loại ngũ cốc
nằm trong lục lạp giới hạn
màng (vỏ lục lạp). Thuận lợi
phương pháp này đơn giản là vô giá vì nó
cho phép chúng ta tiết lộ sự tồn tại
các đơn vị chức năng tạo nên
các hạt dưới tế bào lớn hơn; đặc biệt,
sử dụng phương pháp

11. Phương pháp ly tâm trong virus học

Phương pháp ly tâm gradient mật độ Bracquet có thể
sử dụng cho cả lựa chọn và truy xuất
đặc điểm định lượng của virus thực vật. Hóa ra,
Phương pháp này có nhiều khả năng ngay cả ngày nay
được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực virus học và phân tử
sinh vật học. Khi tiến hành nghiên cứu sử dụng
ống ly tâm ly tâm gradient mật độ
chứa đầy một phần dung dịch có mật độ giảm dần
hướng từ dưới lên sụn chêm. Để tạo một gradient khi
được sử dụng phổ biến nhất trong việc phân tách virus thực vật
sucrose. Trước khi quá trình ly tâm bắt đầu, các hạt virus có thể
hoặc được phân phối khắp toàn bộ thể tích của dung dịch, hoặc áp dụng cho
đỉnh của gradient. Brakke đề xuất ba kỹ thuật khác nhau
ly tâm gradient mật độ. Với isopycpic
(cân bằng) quá trình ly tâm tiếp tục cho đến khi
cho đến khi tất cả các hạt trong gradient đạt đến mức mà mật độ
môi trường bằng mật độ của chính chúng. Như vậy,
sự phân đoạn hạt xảy ra trong trường hợp này theo
sự khác biệt về mật độ của chúng. Dung dịch sucrose không có
mật độ đủ để tách isopycnal của nhiều
virus. Trong quá trình ly tâm vùng tốc độ cao, virus
Đầu tiên, một gradient đã tạo trước đó sẽ được áp dụng. hạt
mỗi loại được lắng đọng thông qua một gradient dưới dạng một vùng,
hoặc dải, với tốc độ tùy thuộc vào kích thước, hình dạng và
Tỉ trọng. Quá trình ly tâm hoàn tất khi các hạt
vẫn tiếp tục lắng đọng. Vùng cân bằng
ly tâm tương tự như ly tâm vùng tốc độ cao
ly tâm, nhưng trong trường hợp này là ly tâm

12. Khó khăn khi sử dụng phương pháp ly tâm

Ứng dụng của phương pháp ly tâm vi phân
gắn liền với nhiều khó khăn về mặt phương pháp. Thứ nhất, khi
Việc giải phóng các hạt có thể làm hỏng cấu trúc của chúng. Đó là lý do tại sao
cần phải phát triển các phương pháp đặc biệt để tiêu diệt tế bào,
không gây tổn hại đến cấu trúc của tế bào dưới
phe phái. Thứ hai, vì các hạt dưới tế bào có
màng, trong quá trình bài tiết của chúng có thể phát sinh
tác dụng thẩm thấu khác nhau. Vì vậy, để
để cấu trúc cơ sở hạ tầng của đối tượng nghiên cứu không bị phá hủy
ngay cả khi cách ly chúng cũng cần phải lựa chọn cẩn thận thành phần
môi trường trong đó xảy ra sự phá hủy và lắng đọng tế bào
các hạt. Cuối cùng, rửa sạch các hạt dưới tế bào
(sự phân tán lại của chúng trong môi trường và lặp đi lặp lại sau đó
ly tâm) có thể làm mất đi một số
các chất chứa trong chúng, dưới tác dụng của lực khuếch tán
đi vào giải pháp.
Vì điều này, đôi khi có thể khó hiểu được những phân tử nhỏ nào
thực sự là các yếu tố của cấu trúc đang được nghiên cứu và
chỉ đơn giản là được hấp phụ trên bề mặt của chúng trong quá trình giải phóng.
Tình trạng này gây khó khăn cho việc xác định chính xác một số
thuộc tính chức năng của các đối tượng được chọn.

ly tâm là gì? Phương pháp được sử dụng để làm gì? Thuật ngữ "ly tâm" có nghĩa là sự tách các hạt lỏng hoặc rắn của một chất thành các phần khác nhau bằng cách sử dụng lực ly tâm. Việc tách các chất này được thực hiện thông qua việc sử dụng các thiết bị đặc biệt - máy ly tâm. Nguyên tắc của phương pháp là gì?

Nguyên lý ly tâm

Chúng ta hãy xem định nghĩa chi tiết hơn. Ly tâm là tác động lên các chất thông qua quá trình quay tốc độ cực cao trong một thiết bị chuyên dụng. Bộ phận chính của bất kỳ máy ly tâm nào là rôto, chứa các tổ để lắp ống nghiệm bằng vật liệu có thể tách thành các phần riêng biệt. Khi rôto quay với tốc độ cao, các chất cho vào ống nghiệm sẽ được tách thành các chất khác nhau tùy theo mức độ đậm đặc. Ví dụ, ly tâm các mẫu nước ngầm sẽ tách chất lỏng và kết tủa các hạt rắn chứa trong đó.

Tác giả của phương pháp

Lần đầu tiên người ta biết ly tâm là gì sau các thí nghiệm do nhà khoa học A.F. Lebedev thực hiện. Phương pháp này được phát triển bởi một nhà nghiên cứu để xác định thành phần nước trong đất. Trước đây, với những mục đích này, việc lắng chất lỏng sau đó tách các mẫu rắn ra khỏi nó đã được sử dụng. Sự phát triển của phương pháp ly tâm giúp thực hiện nhiệm vụ này nhanh hơn nhiều. Nhờ sự phân tách này, người ta có thể chiết xuất phần rắn của các chất từ ​​​​chất lỏng ở dạng khô trong vòng vài phút.

Các bước ly tâm

Quá trình ly tâm vi phân bắt đầu bằng việc lắng các chất cần nghiên cứu. Quá trình xử lý vật liệu này xảy ra trong các thiết bị lắng. Trong quá trình lắng, các hạt vật chất bị tách ra dưới tác dụng của trọng lực. Điều này cho phép bạn chuẩn bị các chất để phân tách tốt hơn bằng lực ly tâm.

Tiếp theo, các chất trong ống nghiệm được lọc. Ở giai đoạn này, cái gọi là trống đục lỗ được sử dụng, nhằm mục đích tách các hạt chất lỏng khỏi chất rắn. Trong các hoạt động được trình bày, tất cả cặn vẫn còn trên thành của máy ly tâm.

Ưu điểm của phương pháp

So với các phương pháp khác nhằm mục đích tách từng chất riêng lẻ, chẳng hạn như lọc hoặc lắng, phương pháp ly tâm giúp thu được trầm tích có độ ẩm tối thiểu. Việc sử dụng phương pháp tách này cho phép tách các huyền phù mịn. Kết quả là tạo ra các hạt có kích thước 5-10 micron. Một ưu điểm quan trọng khác của quá trình ly tâm là khả năng thực hiện nó bằng thiết bị có khối lượng và kích thước nhỏ. Hạn chế duy nhất của phương pháp là mức tiêu thụ năng lượng cao của thiết bị.

Ly tâm trong sinh học

Trong sinh học, việc tách các chất thành các chất riêng lẻ được sử dụng khi cần chuẩn bị chế phẩm để kiểm tra dưới kính hiển vi. Quá trình ly tâm ở đây được thực hiện bằng các thiết bị phức tạp - máy quay tế bào. Ngoài các khe cho ống nghiệm, các thiết bị này còn được trang bị giá đỡ mẫu và tất cả các loại slide có thiết kế phức tạp. Thiết kế của máy ly tâm khi tiến hành nghiên cứu sinh học ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của vật liệu thu được và theo đó, lượng thông tin hữu ích có thể thu thập được từ kết quả phân tích.

Ly tâm trong ngành lọc dầu

Phương pháp ly tâm là không thể thiếu trong sản xuất dầu. Có những khoáng chất hydrocarbon mà nước không được giải phóng hoàn toàn trong quá trình chưng cất. Quá trình ly tâm giúp loại bỏ chất lỏng dư thừa ra khỏi dầu, nâng cao chất lượng của dầu. Trong trường hợp này, dầu được hòa tan trong benzen, sau đó được đun nóng đến 60 o C và sau đó chịu lực ly tâm. Cuối cùng, đo lượng nước còn lại trong chất và lặp lại quy trình nếu cần.

Ly tâm máu

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho mục đích y học. Trong y học, nó cho phép bạn giải quyết một số vấn đề sau:

1. Lấy mẫu máu tinh khiết để lọc huyết tương. Với mục đích này, các thành phần hình thành của máu được tách ra khỏi huyết tương trong máy ly tâm. Hoạt động này giúp loại bỏ virus, kháng thể dư thừa, vi khuẩn gây bệnh và độc tố trong máu.
2. Chuẩn bị máu để truyền máu cho người hiến tặng. Sau khi dịch cơ thể được tách thành các phần riêng biệt bằng cách ly tâm, các tế bào máu sẽ được trả lại cho người hiến và huyết tương được sử dụng để truyền hoặc đông lạnh để sử dụng sau.
3. Cô lập khối tiểu cầu. Chất này thu được từ khối lượng thu được và được sử dụng trong khoa phẫu thuật và huyết học của các cơ sở y tế, trong điều trị cấp cứu và phòng mổ. Việc sử dụng khối tiểu cầu trong y học giúp cải thiện quá trình đông máu ở nạn nhân.
4. Tổng hợp các tế bào hồng cầu. Quá trình ly tâm của các tế bào máu xảy ra thông qua việc phân tách tinh tế các phân số của nó bằng một kỹ thuật đặc biệt. Khối lượng thành phẩm, giàu hồng cầu, được sử dụng để truyền máu trong quá trình mất máu và phẫu thuật. Các tế bào hồng cầu thường được sử dụng để điều trị bệnh thiếu máu và các bệnh về máu toàn thân khác.

Trong thực hành y tế hiện đại, nhiều thiết bị thế hệ mới được sử dụng, giúp tăng tốc trống quay đến một tốc độ nhất định và dừng nó tại một thời điểm nhất định. Điều này cho phép máu được phân tách chính xác hơn thành hồng cầu, tiểu cầu, huyết tương, huyết thanh và cục máu đông. Các chất lỏng khác của cơ thể cũng được kiểm tra theo cách tương tự, cụ thể là các chất trong nước tiểu được tách ra.

Máy ly tâm: các loại chính

Chúng tôi đã tìm ra ly tâm là gì. Bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu những thiết bị nào được sử dụng để thực hiện phương pháp này. Máy ly tâm có thể đóng hoặc mở, điều khiển bằng cơ hoặc bằng tay. Bộ phận làm việc chính của dụng cụ mở cầm tay là một trục quay nằm thẳng đứng. Ở phần trên của nó có một thanh cố định vuông góc, nơi đặt các ống bọc kim loại có thể di chuyển được. Chúng chứa các ống nghiệm đặc biệt được thu hẹp ở phía dưới. Bông gòn được đặt ở dưới cùng của ống tay áo, giúp tránh làm hỏng ống nghiệm thủy tinh khi tiếp xúc với kim loại. Tiếp theo, bộ máy được thiết lập chuyển động. Sau một thời gian, chất lỏng tách ra khỏi chất rắn lơ lửng. Sau đó, máy ly tâm thủ công sẽ dừng lại. Một lớp trầm tích dày đặc, rắn chắc sẽ tập trung ở đáy ống nghiệm. Phía trên nó là phần chất lỏng của chất.

Máy ly tâm cơ học kín có số lượng lớn ống bọc để chứa ống nghiệm. Các thiết bị như vậy thuận tiện hơn so với các thiết bị thủ công. Cánh quạt của chúng được điều khiển bởi động cơ điện mạnh mẽ và có thể tăng tốc lên 3000 vòng/phút. Điều này giúp có thể thực hiện tách tốt hơn các chất lỏng khỏi chất rắn.

Đặc điểm của việc chuẩn bị ống ly tâm

Các ống nghiệm dùng để ly tâm phải được đổ đầy vật liệu thử có cùng khối lượng. Do đó, các thang đo đặc biệt có độ chính xác cao được sử dụng để đo ở đây. Khi cần cân bằng nhiều ống trong máy ly tâm, kỹ thuật sau đây được sử dụng. Sau khi cân một vài hộp thủy tinh và đạt được khối lượng như nhau, một trong số chúng được giữ lại làm chuẩn. Các ống tiếp theo được cân bằng với mẫu này trước khi đặt vào thiết bị. Kỹ thuật này tăng tốc đáng kể công việc khi cần chuẩn bị cả loạt ống để ly tâm.

Điều đáng chú ý là không bao giờ cho quá nhiều chất thử vào ống nghiệm. Các vật chứa bằng thủy tinh được đổ đầy sao cho khoảng cách đến mép ít nhất là 10 mm. Nếu không, chất sẽ chảy ra khỏi ống nghiệm dưới tác dụng của lực ly tâm.

Máy siêu ly tâm

Để tách các thành phần của huyền phù cực mỏng, việc sử dụng máy ly tâm thủ công hoặc cơ học thông thường là không đủ. Trong trường hợp này, cần có tác dụng ấn tượng hơn đối với các chất từ ​​lực ly tâm. Khi thực hiện các quy trình như vậy, siêu ly tâm được sử dụng.

Các thiết bị của sơ đồ được trình bày được trang bị một trống mù ở dạng ống có đường kính nhỏ - không quá 240 mm. Chiều dài của trống như vậy vượt quá đáng kể mặt cắt ngang của nó, điều này giúp tăng đáng kể số vòng quay và tạo ra lực ly tâm mạnh.

Trong máy siêu ly tâm, chất đang được thử nghiệm đi vào trống, di chuyển qua ống và chạm vào các tấm phản xạ đặc biệt, làm vật liệu văng lên thành của thiết bị. Ngoài ra còn có các buồng được thiết kế để loại bỏ riêng chất lỏng nhẹ và nặng.

Ưu điểm của máy siêu ly tâm bao gồm:

• độ kín tuyệt đối;
• cường độ tách chất cao nhất;
• kích thước nhỏ gọn;
• khả năng tách các chất ở cấp độ phân tử.

Tóm lại

Vì vậy, chúng tôi đã tìm ra ly tâm là gì. Hiện nay, phương pháp này được ứng dụng khi cần tách kết tủa ra khỏi dung dịch, tinh chế chất lỏng, tách các thành phần hoạt tính sinh học và hóa học. Máy siêu ly tâm được sử dụng để tách các chất ở cấp độ phân tử. Phương pháp ly tâm được sử dụng tích cực trong các ngành công nghiệp hóa chất, dầu mỏ, hạt nhân, thực phẩm cũng như trong y học.

Phương pháp ly tâm- đây là sự tách (phân chia) thành các thành phần của hỗn hợp không đồng nhất khác nhau bằng lực ly tâm. Để thực hiện điều này, các thiết bị chuyên dụng gọi là máy ly tâm được sử dụng.

Bộ phận chính của bất kỳ máy ly tâm nào là một rôto có các tổ để lắp đặt các ống nghiệm. Trong quá trình quay tốc độ cực cao, một lực ly tâm xuất hiện trong hệ thống, góp phần tạo ra tách chất được xử lý theo mật độ- ví dụ, các hạt rắn có trong chất lỏng được “lắng đọng”. Phương pháp ly tâm được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực hoạt động của con người: khoa học và y học, công nghiệp, nông nghiệp, đời sống hàng ngày và lĩnh vực công nghệ.

Các phương pháp ly tâm khác nhau

Để tách các chất, có thể sử dụng một phương pháp lắng khác - lắng, khi quá trình phân tách xảy ra dưới tác dụng của trọng lực. Theo quy định, việc xử lý trong các thiết bị lắng trước quá trình ly tâm và là giai đoạn chuẩn bị của công việc.

Bản thân phương pháp ly tâm được chia thành lắng, lọc và làm rõ.

Lọcđược thực hiện bằng cách sử dụng một trống đục lỗ có lắp đặt phương tiện lọc. Chất lỏng đi qua nó một cách tự do dưới tác dụng của lực ly tâm, trong khi các hạt rắn vẫn ở bên ngoài. Vì phòng thủ Trống có thành chắc chắn được sử dụng, phần dưới được cung cấp hệ thống treo. Trong quá trình này, trầm tích được giải phóng trên các bức tường và chất lỏng tạo thành một lớp bên trong, sau đó tràn ra mép.

Và cuối cùng sự làm sáng tỏ cũng xảy ra trong các trống đặc, thể hiện quá trình lắng đọng tự do của các hạt dưới tác động của trường ly tâm.

Đặc điểm của phương pháp ly tâm

Về bản chất vật lý, phương pháp lọc và lắng rất khác nhau.

Trong việc lắng trống Quá trình xử lý được thực hiện để làm sạch chất lỏng, hàm lượng chất gây ô nhiễm và tạp chất trong đó khá nhỏ, bằng cách nén trầm tích và lắng các hạt rắn.

Đồng thời, điều này hoàn toàn khác với quá trình sử dụng trọng lực - chủ yếu là do thực tế là quá trình lắng là một quá trình khá đồng nhất, và quá trình ly tâm, do tính không song song của các đường trường ly tâm, là một phương pháp khá mâu thuẫn. Hai phương pháp này vốn khác nhau và điều này phải được tính đến.

Lọc ly tâm cấu trúc có phần phức tạp hơn, vì nó thường xảy ra theo ba giai đoạn: đầu tiên là sự hình thành trầm tích, sau đó là sự nén chặt, sau đó là loại bỏ chất lỏng. Lọc bằng lực ly tâm cũng rất khác so với lọc bằng trọng lực “thông thường”. Chỉ có giai đoạn đầu tiên có thể được gọi là tương tự.

Sử dụng ly tâm ở các khu vực khác nhau

Phương pháp này đã trở nên phổ biến và được sử dụng trong hầu hết mọi lĩnh vực hoạt động. Bạn có thể gặp nó trong sinh học và y học, chẩn đoán trong phòng thí nghiệm và công nghiệp thực phẩm; nó đã thay thế từ lâu và thành công các quy trình lọc, ép và làm sạch truyền thống hơn và kém hiệu quả hơn.

Máy ly tâm công nghiệp Chúng có công suất lớn hơn và thiết kế cánh quạt phức tạp hơn, nhờ đó có thể xử lý đồng thời nhiều chất. Chúng được sử dụng trong nông nghiệp để chiết xuất mật ong từ tổ ong và làm sạch ngũ cốc, tách chất béo ra khỏi sữa bằng cách tách và chúng cũng rất phổ biến trong lĩnh vực chế biến quặng. Bạn thậm chí có thể tìm thấy một máy ly tâm trong phòng giặt - ở đó họ quay quần áo sau khi giặt.

Máy ly tâm trong phòng thí nghiệm có tốc độ cánh quạt khá chậm được sử dụng để tách huyết thanh, cặn nước tiểu, nghiên cứu huyết thanh học và lắng đọng hồng cầu. Các loại phòng thí nghiệm được chia thành lâm sàng, cố định, làm lạnh, để bàn và góc nhỏ: mỗi loại được sử dụng trong khu vực nghiên cứu trong phòng thí nghiệm riêng, tùy thuộc vào mục tiêu và mục tiêu của trung tâm y tế.

Ly tâm chuẩn bị là một trong những phương pháp cô lập vật liệu sinh học cho các nghiên cứu sinh hóa tiếp theo. Cho phép bạn phân lập một số lượng đáng kể các hạt tế bào để nghiên cứu toàn diện về hoạt động sinh học, cấu trúc và hình thái của chúng. Phương pháp này cũng có thể áp dụng để phân lập các đại phân tử sinh học cơ bản. Lĩnh vực sử dụng: nghiên cứu y học, hóa học và sinh hóa.

Phân loại các phương pháp ly tâm chuẩn bị

Việc ly tâm chuẩn bị được thực hiện bằng một trong các phương pháp sau:

Khác biệt. Phương pháp này dựa trên sự khác biệt về tốc độ lắng của các hạt. Vật liệu đang nghiên cứu được ly tâm với gia tốc ly tâm tăng dần. Ở mỗi giai đoạn, một trong các phần môi trường được lắng đọng ở đáy ống nghiệm. Sau khi ly tâm, phần thu được được tách ra khỏi chất lỏng và rửa nhiều lần. Tốc độ vùng. Phương pháp này dựa trên việc xếp lớp môi trường thử nghiệm trên dung dịch đệm có gradient mật độ liên tục đã biết. Sau đó, mẫu được ly tâm cho đến khi các hạt được phân bố dọc theo gradient, tạo thành các dải (vùng) riêng biệt. Độ dốc mật độ cho phép bạn loại bỏ sự trộn lẫn của các vùng và thu được một phần tương đối tinh khiết.

• Isopycnic. Nó có thể được thực hiện theo gradient mật độ hoặc theo cách thông thường. Trong trường hợp đầu tiên, vật liệu đã xử lý được xếp lớp trên bề mặt dung dịch đệm có gradient mật độ liên tục và được ly tâm cho đến khi các hạt được tách thành các vùng. Trong trường hợp thứ hai, môi trường đang nghiên cứu được ly tâm cho đến khi tạo thành cặn gồm các hạt có trọng lượng phân tử cao, sau đó các hạt đang nghiên cứu được tách ra khỏi cặn thu được.
• Cân bằng. Nó được thực hiện theo gradient mật độ của muối kim loại nặng. Ly tâm cho phép bạn thiết lập sự phân bố cân bằng nồng độ của chất thử hòa tan. Sau đó, dưới tác dụng của lực gia tốc ly tâm, các hạt của môi trường được thu thập vào một vùng riêng biệt của ống nghiệm.

Phương pháp tối ưu được lựa chọn có tính đến các mục tiêu và đặc điểm của môi trường đang được nghiên cứu.

Phân loại máy ly tâm chuẩn bị phòng thí nghiệm

Tùy thuộc vào đặc điểm thiết kế và đặc điểm vận hành, máy ly tâm chuẩn bị có thể được chia thành 3 nhóm chính:

Mục đích chung. Tốc độ tối đa – 8.000 vòng/phút với gia tốc ly tâm tương đối lên tới 6.000 g. Máy ly tâm phổ thông trong phòng thí nghiệm được trang bị cánh quạt góc hoặc cánh quạt có thùng treo để lưu trữ vật liệu sinh học. Chúng được phân biệt bởi công suất lớn từ 4 dm 3 đến 6 dm 3, cho phép sử dụng các ống ly tâm tiêu chuẩn có thể tích 10-100 dm 3 và các bình có công suất không quá 1,25 dm 3. Do đặc thù của việc gắn chặt rôto vào trục truyền động, các ống hoặc bình phải được cân bằng và có trọng lượng khác nhau tối đa là 0,25 g. Không được phép vận hành máy ly tâm với số lượng ống lẻ. Khi rôto được mang tải một phần, các thùng chứa môi trường thử nghiệm phải được đặt đối xứng với nhau, do đó đảm bảo sự phân bố đồng đều của chúng so với trục quay của rôto.

• Thể hiện. Tốc độ tối đa – 25.000 vòng/phút với gia tốc ly tâm tương đối lên tới 89.000 g. Để tránh hiện tượng nóng lên do lực ma sát phát sinh trong quá trình quay rôto, buồng làm việc được trang bị hệ thống làm mát. Chúng được trang bị cánh quạt góc hoặc cánh quạt có thùng treo để đặt vật liệu sinh học. Công suất chuẩn bị tốc độ cao
  máy ly tâm – 1,5 dm 3 .
• Máy siêu ly tâm. Tốc độ tối đa – 75.000 vòng/phút với gia tốc ly tâm tương đối lên tới 510.000g. Để ngăn ngừa hiện tượng nóng lên do lực ma sát phát sinh trong quá trình quay của rôto, chúng được trang bị hệ thống làm mát và bộ phận chân không. Rôto siêu ly tâm được làm bằng hợp kim titan hoặc nhôm siêu bền. Để giảm rung động do làm đầy không đều, các rôto có một trục linh hoạt.

Một loại riêng biệt nên bao gồm các máy ly tâm chuẩn bị được thiết kế đặc biệt để thực hiện một số loại nghiên cứu và giải quyết các vấn đề cụ thể. Nhóm này bao gồm máy ly tâm có vỏ gia nhiệt, máy ly tâm làm lạnh và các thiết bị tương tự khác.

Đặc điểm của thiết kế rôto trong máy ly tâm chuẩn bị

Máy ly tâm chuẩn bị được trang bị rôto góc hoặc ngang:

Rôto góc - ống nghiệm được đặt ở góc 20-35° so với trục quay trong quá trình vận hành máy ly tâm. Khoảng cách di chuyển của các hạt đến thành tương ứng của ống nghiệm là nhỏ nên quá trình lắng của chúng diễn ra khá nhanh. Do dòng đối lưu xảy ra trong quá trình ly tâm, rôto góc cố định hiếm khi được sử dụng để tách các hạt có kích thước và tính chất gây ra sự khác biệt đáng kể về tốc độ lắng. Rôto ngang - các ống trong loại rôto này được gắn theo chiều dọc. Trong quá trình quay, dưới tác dụng của lực ly tâm, các bình đựng vật liệu đã qua xử lý sẽ chuyển động sang vị trí nằm ngang. Những đặc điểm thiết kế và vận hành này giúp giảm thiểu hiện tượng đối lưu nên loại rôto này tối ưu để tách các hạt có tốc độ lắng khác nhau. Việc sử dụng các ống phân đoạn cho phép giảm thêm tác động của hiện tượng xoáy và đối lưu.

Loại rôto xác định phạm vi sử dụng của thiết bị. Khả năng thay đổi rôto cho phép bạn sử dụng cùng một mô hình máy ly tâm để giải quyết các vấn đề khác nhau. Máy ly tâm y tế dành cho phòng thí nghiệm Centurion có sẵn ở phiên bản đặt trên sàn hoặc để bàn, giúp bạn có thể sử dụng thiết bị trong bất kỳ phòng nào, bất kể không gian sẵn có.

Bài giảng số 5

Việc tách hỗn hợp chất lỏng không đồng nhất được thực hiện một cách hiệu quả bằng phương pháp ly tâm, dựa trên việc sử dụng lực ly tâm. Các thiết bị trong đó hỗn hợp chất lỏng không đồng nhất được tách ra dưới tác dụng của lực ly tâm được gọi là máy ly tâm.

Phương pháp ly tâm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ; Số lượng chủng loại và kiểu dáng của máy ly tâm rất lớn.

Bộ phận chính của máy ly tâm là một trống (rotor có thành đặc hoặc đục lỗ), quay với tốc độ cao trên trục thẳng đứng hoặc nằm ngang. Việc tách các hỗn hợp không đồng nhất trong máy ly tâm có thể được thực hiện theo nguyên tắc lắng hoặc theo nguyên tắc lọc. Trong trường hợp đầu tiên, trống có thành chắc chắn được sử dụng, trong trường hợp thứ hai - có lỗ; trống có lỗ được phủ một bộ lọc. Nếu thành trống là đặc thì vật liệu dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ được xếp thành từng lớp theo trọng lượng riêng của nó và một lớp vật liệu có trọng lượng riêng cao nằm ngay cạnh thành trống. . Nếu thành của trống có lỗ và được trang bị vách ngăn lọc ở bề mặt bên trong, ví dụ như vải lọc, thì các hạt rắn của hỗn hợp vẫn còn trên vách ngăn bộ lọc và pha lỏng đi qua các lỗ của chất rắn. trầm tích và phân vùng bộ lọc và được loại bỏ khỏi trống. Pha lỏng được tách ra trong máy ly tâm được gọi là tập trung.

Lực ly tâm; yếu tố tách biệt Khi trống ly tâm và chất lỏng trong đó quay, lực ly tâm xuất hiện dưới dạng lực quán tính.

С=m W 2 / r (1)

tôi-Trọng lượng của một vật quay (chất lỏng) trong kgf;

r - bán kính quay trong tôi

W - tốc độ quay ngoại vi trong bệnh đa xơ cứng;

Tốc độ quay ngoại vi được định nghĩa là:

W=ω r = 2 π n r/60 (2)

N- số vòng quay trong một phút;

ω-tốc độ góc quay tính bằng radian

gia tốc trọng trường g trong m/giây 2, nếu m=G/g thì lực ly tâm VỚI, tác dụng lên một vật quay có khối lượng m và trọng lượng G, bằng C= G(2π n r/60) 2 /rg Hoặc C ≈ G n 2 r/900 (3)

Phương trình (2.3) cho thấy rằng việc tăng lực ly tâm có thể dễ dàng đạt được hơn bằng cách tăng số vòng quay hơn là tăng đường kính của trống. Trống có đường kính nhỏ với số vòng quay cao có thể phát triển lực ly tâm lớn hơn trống có đường kính lớn với số vòng quay thấp.

Do đó, lực ly tâm tác dụng lên một hạt có thể lớn hơn lực hấp dẫn gấp nhiều lần khi gia tốc của lực ly tâm lớn hơn gia tốc trọng trường. Tỉ số của các gia tốc này được gọi là hệ số tách và ký hiệu Kr:

W 2/r – gia tốc của lực ly tâm.

Lấy G=1n, ta được: Kr=n 2 r /900

Ví dụ, đối với máy ly tâm có rôto có đường kính 1000 mm (r=0,5 m) quay với tốc độ n=1200 vòng/phút thì hệ số tách sẽ là 800. Hiệu suất tách của máy ly tâm tăng tỷ lệ với giá trị của Kp.

Giá trị của K đối với lốc xoáy vào khoảng hàng trăm. Và đối với máy ly tâm - khoảng 3000, do đó, động lực của quá trình lắng trong máy lốc xoáy và máy ly tâm lớn hơn 2-3 bậc so với trong bể lắng. Nhờ đó, năng suất của máy lốc xoáy và máy ly tâm cao hơn năng suất của bể lắng và các hạt nhỏ có thể được tách ra một cách hiệu quả trong đó: trong các máy ly tâm có kích thước khoảng 1 micron. Trong lốc xoáy - khoảng 10 micron.

Từ việc so sánh các phương trình, rõ ràng hệ số tách K p bằng số với lực ly tâm phát triển trong quá trình quay của một vật nặng 1 kg.

Đặc điểm của quá trình ly tâm . Như đã đề cập ở trên, quá trình ly tâm có thể được thực hiện theo nguyên lý lắng (trong trống đặc) hoặc theo nguyên lý lọc (trong trống đục lỗ). Về bản chất vật lý, cả hai quá trình đều khác nhau. Ngoài ra, có nhiều loại riêng biệt của từng quá trình này, được xác định bởi hàm lượng pha rắn và mức độ phân tán của nó, cũng như các tính chất vật lý của huyền phù.

Quá trình ly tâm trong thùng lắng được thực hiện vừa để làm sạch chất lỏng khỏi các chất gây ô nhiễm chứa với số lượng nhỏ (làm trong chất lỏng) vừa để tách huyền phù chứa một lượng đáng kể pha rắn (ly tâm lắng).

Quá trình ly tâm trong thùng lắng thường bao gồm hai quá trình vật lý: lắng pha rắn (quá trình tuân theo các định luật thủy động lực học) và nén chặt trầm tích; Các định luật cơ bản của cơ học đất (môi trường phân tán) áp dụng cho quá trình sau.

Đến một giới hạn nồng độ nhất định của pha rắn (bằng khoảng 3-4% thể tích), sự lắng đọng của nó trong trống lắng xảy ra mà không hình thành bề mặt tiếp xúc giữa chất rắn và chất lỏng. Với nồng độ ngày càng tăng, bề mặt như vậy được hình thành do sự giãn nở và lắng đọng của các hạt rắn trong chất lỏng.

Quá trình ly tâm trong thùng lắng về cơ bản khác với quá trình tách trong bể lắng. Trong trường hợp sau, tốc độ lắng đọng trên thực tế có thể được coi là không đổi, vì quá trình xảy ra trong trường hấp dẫn, gia tốc của trường này không phụ thuộc vào tọa độ của hạt rơi.

Gia tốc của trường lực ly tâm là một đại lượng thay đổi và phụ thuộc, với vận tốc góc không đổi, vào bán kính quay của hạt. Ngoài ra, các đường sức của trường ly tâm không song song với nhau và do đó hướng tác dụng của lực ly tâm sẽ khác nhau đối với các hạt khác nhau (không nằm trên cùng bán kính quay).

Vì vậy, quy luật của quá trình lắng không thể mở rộng sang quá trình ly tâm trong thùng lắng.

Khả năng tách của máy ly tâm lắng được đặc trưng bởi chỉ số hiệu suất (sigma) Σ, là tích của diện tích bề mặt lắng hình trụ F trong rôto và hệ số tách Kp.

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

Xét hệ số tách biểu thị tỷ số giữa tốc độ lắng của các hạt trong máy ly tâm lắng và bể lắng, theo đẳng thức (2) nên giá trị Σ cần được coi bằng diện tích của bể lắng, tương đương với hiệu suất của một huyền phù nhất định đối với máy ly tâm được đề cập. Chỉ số hiệu suất phản ánh ảnh hưởng của tất cả các tính năng thiết kế của máy ly tâm kết tủa quyết định khả năng tách của nó.

Khi xác định năng suất của máy ly tâm lắng mẻ cần tính đến thời gian khởi động, phanh và dỡ tải của máy ly tâm. Việc xác định năng suất của máy ly tâm lọc cũng khó như xác định năng suất của bất kỳ bộ lọc nào.

Phức tạp hơn nữa là quá trình ly tâm trong trống lọc. Quá trình xảy ra trong ba giai đoạn:

hình thành trầm tích, nén chặt trầm tích và cuối cùng loại bỏ khỏi các lỗ của trầm tích chất lỏng được giữ lại bởi lực mao dẫn và phân tử.

Kết quả là toàn bộ quá trình lọc ly tâm không thể được xác định bằng quá trình lọc thông thường xảy ra dưới tác động của trọng lực. Chỉ có giai đoạn đầu tiên của nó về cơ bản là gần với quá trình lọc thông thường và chỉ khác với nó về độ lớn áp suất thủy lực của chất lỏng chảy qua lớp trầm tích dưới tác động của lực ly tâm. Trong giai đoạn này, độ ẩm trong trầm tích ở dạng tự do và được loại bỏ khỏi nó một cách mạnh mẽ nhất. Giai đoạn thứ hai tương tự như giai đoạn tương ứng trong quá trình lắng ly tâm và cuối cùng, giai đoạn thứ ba được đặc trưng bởi sự xâm nhập của không khí vào trầm tích đã nén, tức là làm khô trầm tích cơ học

Khoảng thời gian của các giai đoạn trên phụ thuộc vào tính chất vật lý và nồng độ của huyền phù cũng như đặc tính của máy ly tâm.

Sự phức tạp và đa dạng của các quá trình ly tâm gây khó khăn cho việc phát triển lý thuyết về quá trình (đặc biệt là động học của nó) và các phương pháp tính toán chính xác cho máy ly tâm.

Hiệu suất máy ly tâm. Thông thường, năng suất của máy ly tâm được biểu thị bằng thể tích huyền phù đi vào máy ly tâm trong một đơn vị thời gian. (l/giờ), hoặc trọng lượng của cặn thu được sau khi ly tâm (kg/giờ).