Что такое центрифуга?

Что такое центрифуга?

Рисунок 1. Различные экспериментальные центрифуги

Центрифуга — это машина, которая разделяет смеси с разной плотностью (жидкость-жидкость или жидкость-твердое тело) путем применения центробежной силы.

Смеси могут самопроизвольно осаждаться, используя разницу в удельном весе (например, с помощью делительной воронки). Тем не менее, разделение происходит под действием силы тяжести (1G) и занимает больше времени. Центрифуги могут прилагать силы в несколько тысяч G, что позволяет проводить разделение быстрее. Центрифуги, которые могут прилагать десятки тысяч G или более, называются ультрацентрифугами.

Применение центрифуг

Центрифуги используются в различных областях, например, в лабораториях университетов и компаний, медицинских учреждениях и на производственных предприятиях. В каждой области продукты используются в соответствии с областью применения и масштабом.

1. Использование в лабораториях

Центрифуги часто используются в биохимических лабораториях. Типичные области применения включают сбор клеток, смешанных в жидкостях, а также разделение и сбор белков и пептидов.

В фармацевтической промышленности они разделяют смешанные жидкости с разным удельным весом. В лабораториях контроля качества они часто анализируют фармацевтические ингредиенты. В обоих случаях используются экспериментальные образцы.

2. Использование в медицинских учреждениях

В медицинских учреждениях их используют для анализов крови, таких как коагуляционные тесты и биохимические тесты. Когда кровь, собранная в пробирку для сбора крови, содержащую антикоагулянт, подвергается центрифугированию, плазму можно собрать как супернатант, поскольку компоненты клеток крови оседают на дне пробирки (тест на коагуляцию).

Если кровь собрать в контейнер, не содержащий антикоагулянта, и дать ей свернуться, а затем центрифугировать, твердые частицы (клетки крови и компоненты коагуляции) осядут, и сыворотку можно собрать как супернатант (биохимический тест).

3. Использование в промышленных приложениях

В промышленных приложениях он используется на пищевых заводах для очистки сахара и отделения молочного жира, а также на химических заводах для разжижения смол, отделения шлама и восстановления катализаторов. Они также используются в областях очистки сточных вод и обработки шлама. Центрифуги, в основном используемые в этих промышленных областях, представляют собой декантерные центрифуги и цилиндрические центрифуги.

Принципы центрифуг

Рисунок 2. Схематическая диаграмма центробежной седиментации

Смеси жидкость-твердое тело или жидкость-жидкость с разным удельным весом можно разделить с помощью гравитации путем стояния в покое (гравитационная седиментация). Однако гравитационная седиментация требует много времени, поскольку на нее действует только 1 G.

Центрифуга — это устройство, которое может разделять вещества быстрее, чем гравитационное осаждение, применяя центробежную силу в несколько тысяч Гс. Величина центробежной силы зависит от расстояния отделяемого вещества от оси вращения и скорости вращения.

1. Экспериментальная центрифуга

Экспериментальная центрифуга в основном состоит из «ротора», который удерживает и вращает контейнер с образцом, «приводного вала», который является осью вращения, и «двигателя», соединенного с приводным валом.

Контейнер для образца называется седиментационной трубкой, и используются различные формы контейнеров, такие как пробирки, пробирки-шпицы, планшеты с глубокими лунками и микропробирки. Поэтому обычно можно разместить различные сосуды, заменив секцию ротора или изменив адаптеры.

При использовании центрифуги для лабораторных целей сбалансированный образец должен быть размещен симметрично относительно оси вращения ротора. Кроме того, в случае качающегося ротора образец также должен быть расположен таким образом, чтобы центр тяжести в стакане находился на оси качания.

Если балансировка неверна, надлежащее разделение образцов может оказаться невозможным. Многие центрифуги оснащены функцией автоматической остановки при обнаружении дисбаланса.

2. Промышленная центрифуга

Рисунок 3. Принципиальная схема декантерной центрифуги

Один из типов промышленных центрифуг, более крупных по масштабу, чем лабораторная центрифуга, — это центрифуга декантерного типа. В центрифуге декантерного типа вращение чаши на высокой скорости обеспечивает разделение. Смесь поступает через подающую трубу и обезвоживается центробежной силой, перемещаясь винтовым конвейером. Твердые частицы и жидкость собираются корпусом и выгружаются за пределы машины соответственно.

Типы центрифуг

Центрифуги можно классифицировать в соответствии с их использованием.

1. Экспериментальная центрифуга

Центрифуги для лабораторного использования бывают разных размеров, от маленьких до больших, и могут быть разделены на настольные и напольные модели. Седиментационные пробирки варьируются от маленьких, которые могут вмещать микропробирки емкостью 2 мл или меньше, до больших, которые могут вмещать сосуды объемом от нескольких сотен мл до более 1 л.

Благодаря своей конструкции они обычно могут разделять несколько образцов одновременно. Что касается обработки биологических образцов, некоторые изделия оснащены механизмом для охлаждения тепла, выделяемого трением между ротором и воздухом (охлаждаемые центрифуги).

2. Промышленная центрифуга

Промышленные центрифуги делятся на центробежные седиментационные машины и центробежные фильтрационные машины.

• Центробежная седиментационная машина Центрифуга — это тип центрифуги, в которой ротор не имеет фильтра или отверстий, через которые может проходить жидкость. Каждый слой формируется на стенке ротора, а отделенная жидкость собирается путем выгрузки.
• Центробежная фильтрационная машина Используется корзина или аналогичное устройство с отверстиями на поверхности стенки вращающегося корпуса, а фильтрующий материал (тканевый или металлический фильтр) прикреплен к корпусу. Осадок остается в корзине из-за фильтрующего материала, а вода меньше фильтрующего материала, выбрасываемого через отверстия в корзине.

В дополнение к упомянутому выше типу декантера, существует также цилиндрический тип. Доступны различные продукты для удовлетворения потребностей различных приложений и отраслей.