Що таке центрифугування? Для чого застосовується метод? Термін "центрифугування" означає розділення рідких або твердих частинок речовини на різні фракції за допомогою відцентрових сил. Здійснюється така сепарація субстанцій завдяки використанню спеціальних апаратів – центрифуг. У чому ж полягає принцип методу?

Принцип центрифугування

Розглянемо більш детально визначення. Центрифугування – це вплив на речовини шляхом надшвидкісного обертання в спеціалізованому апараті. Головною частиною будь-центрифуги виступає ротор, який містить гнізда для установки пробірок з матеріалом, що підлягає сепарації на окремі фракції. Під час обертання ротора на підвищених швидкостях в дію вступає відцентрова сила. Речовини, поміщені в пробірки, поділяються на різні субстанції відповідно до рівня щільності. Наприклад, при центрифугуванні зразків підземних вод відокремлюється рідина й осаджуються в ній містяться тверді частинки.

Автор методу

Вперше стало відомо, що таке центрифугування, після дослідів, проведених вченим А. Ф. Лебедєвим. Метод був розроблений дослідником з метою визначення складу грунтових вод. Раніше в даних цілях використовували відстоювання рідини з наступним відділенням від неї твердих зразків. Розробка методу центрифугування дозволила справлятися з цим завданням набагато швидше. Завдяки такій сепарації виникла можливість для отримання твердої частки речовин з рідини в сухому вигляді протягом лічених хвилин.

Етапи центрифугування

Диференціальне центрифугування починається з відстоювання речовин, що підлягають дослідженню. Така обробка матеріалу відбувається в апаратах-відстійниках. В ході відстоювання частинки речовини поділяються під впливом гравітації. Це дозволяє підготувати субстанції до більш якісної сепарації з допомогою відцентрових сил. Далі речовини в пробірках піддаються фільтрації. На цьому етапі застосовуються так звані перфоровані барабани, що призначаються для відділення рідких частинок від твердих. В ході представлених заходів весь осад залишається на стінках центрифуги.

Переваги методу

Порівняно з іншими методами, спрямованими на поділ окремих субстанцій, такими як фільтрування або відстоювання, центрифугування дає можливість отримувати осад з мінімальним показником вологості. Застосування такого способу сепарації дозволяє розділяти тонкодисперсні суспензії. Результатом стає отримання частинок розміром 5-10 мкм. Ще однією важливою перевагою центрифугування виступає можливість його виконання за допомогою апаратури малих обсягів і габаритів. Єдиним недоліком методу виступає висока енергоємність приладів.

Центрифугування в біології

У біології до сепарації речовин на окремі субстанції вдаються за необхідності підготовки препаратів для дослідження під мікроскопом. Центрифугування тут виробляється на складних пристроях – цитороторах. Такі апарати крім слотів для пробірок комплектуються власниками зразків, всілякими предметними скельцями непростий конструкції. Від пристрою центрифуги при проведенні досліджень в біології безпосередньо залежить якість одержуваних матеріалів, відповідно, кількість корисної інформації, яку можна почерпнути з результатів аналізу.

Центрифугування в нафтопереробній промисловості

Метод центрифугування незамінний при видобутку нафти. Існують вуглеводневі копалини, з яких не повністю виділяється вода при дистиляції. Центрифугування дає можливість прибрати зайву рідину зі складу нафти, підвищуючи її якість. В даному випадку нафту розчиняють в бензолі, потім нагрівають до 60 про З, а потім піддають дії відцентрової сили. На завершення заміряють кількість води, що залишилася в речовині і при необхідності процедуру повторюють.

Центрифугування крові

Цей метод широко застосовується для лікувальних цілей. У медицині він дозволяє вирішувати наступний ряд завдань:

Отримання очищених зразків крові для проведення плазмаферезу. У даних цілях в центрифузі відокремлюють формені елементи крові від її плазми. Операція дає можливість позбавити кров від вірусів, надлишкових антитіл, хвороботворних бактерій, токсинів.

Підготовка крові для переливання донорської. Після поділу тілесної рідини на окремі фракції за допомогою центрифугування повертають донору клітини крові, а плазма застосовується для переливання або заморожується в цілях подальшого використання.

Виділення тромбоцитарної маси. Субстанцію отримують з плазми крові, збагаченої тромбоцитами. Отриману масу використовують у хірургічних та гематологічних відділеннях медичних установ, невідкладної терапії, операційних. Застосування тромбоцитарної маси в медицині дає можливість поліпшити згортання крові у постраждалих.

Синтез еритроцитарної маси. Центрифугування клітин крові відбувається шляхом делікатною сепарації її фракцій згідно зі спеціальною методикою. Готову масу, багату еритроцитами, використовують для переливання при крововтратах, операціях. Еритроцитарна маса нерідко застосовується в цілях лікування анемії, інших захворювань крові системного характеру.

У сучасній медичній практиці застосовується чимало приладів нового покоління, які дають можливість розганяти обертовий барабан до певної швидкості і зупиняти його в певний момент. Це дозволяє більш точно розділяти кров на еритроцити, тромбоцити, плазму, сироватку і згустки. Аналогічним способом досліджуються інші тілесні рідини, зокрема сепаруються речовини в складі сечі.

Центрифуги: основні типи

Ми розібралися, що таке центрифугування. Тепер давайте з'ясуємо, які апарати застосовуються для реалізації методу. Центрифуги бувають закритими і відкритими, з механічним або ручним приводом. Основною робочою частиною ручних відкритих приладів виступає обертається вісь, розташована вертикально. У її верхній частині перпендикулярно закріплена планка, де розташовуються рухливі металеві гільзи. В них містяться спеціальні пробірки, завужені в нижній частині. На дно гільз укладають вату, що дозволяє уникнути пошкодження скляної пробірки при зіткненні з металом. Далі апарат приводять у рух. Після закінчення деякого часу відбувається відділення рідини від твердих зважених частинок. Після цього ручну центрифугу зупиняють. На дні пробірок концентрується щільний, твердий осад. Над ним знаходиться рідка частина речовини. Механічні центрифуги закритого типу володіють великою кількістю гільз для розміщення пробірок. Такі прилади більш зручні в порівнянні з ручними. Їх ротори приводяться в рух потужними електромоторами і здатні розганятися до 3000 оборотів в хвилину. Це дає можливість здійснювати більш якісну сепарацію рідких субстанцій від твердих.

Особливості підготовки пробірок при центрифугуванні

Пробірки, що застосовуються для центрифугування, мають бути наповнені досліджуваним матеріалом ідентичною маси. Тому для вимірювань тут застосовуються спеціальні високоточні ваги. Коли потрібно урівноваження численних пробірок в центрифузі, вдаються до наступного прийому. Зваживши пару скляних ємностей і домігшись однакової маси, одну з них залишають в якості еталону. Наступні пробірки врівноважують з цим зразком, перш ніж помістити в апарат. Такий прийом істотно прискорює роботу при необхідності підготовки до центрифугированию цілої серії пробірок. Варто зауважити, що в пробірки ніколи не поміщають занадто багато досліджуваної субстанції. Скляні ємності наповнюють таким чином, щоб відстань до краю становило не менш 10 мм. Інакше речовина буде виливатися з пробірки під впливом відцентрової сили.

Сверхцентрифуги

Для поділу складових надзвичайно тонких суспензій недостатньо застосування звичайних ручних або механічних центрифуг. В даному випадку потрібно більш значний вплив на речовини з боку відцентрових сил. При реалізації таких процесів застосовуються сверхцентрифуги. Апарати представленого плану оснащуються глухим барабаном у вигляді трубки незначного діаметру – не більше 240 мм. Довжина такого барабана значно перевищує його перетин, що дає можливість в значній мірі підвищити кількість обертів і створити найпотужнішу відцентрову силу. У сверхцентрифуге досліджувана речовина надходить усередину барабана, рухається по трубці і вдаряється про спеціальні відбивачі, що відкидають матеріал на стінки приладу. Тут же є камери, призначені для роздільного виведення легких та важких рідин. До достоїнств сверхцентрифуг відносяться:

абсолютна герметичність;

найвища інтенсивність сепарації речовин;

компактні розміри;

можливість поділу субстанцій на молекулярному рівні.

На закінчення

Ось ми і з'ясували, що таке центрифугування. В даний час метод знаходить своє застосування при необхідності виділення опадів розчинів, очищення рідин, поділу компонентів біологічно активних хімічних речовин. Для сепарації субстанцій на молекулярному рівні застосовуються ультрацентрифуги. Метод центрифугування активно використовується в хімічній, нафтовій, атомної, харчової промисловості, а також у медицині.