Što je centrifugacija i zašto se koristi

Izraz centrifuga može se odnositi na stroj u kojem se nalazi brzo rotirajuća posuda za odvajanje njenog sadržaja gustoća (imenica) ili na čin upotrebe stroja (glagol). Centrifuge se najčešće koriste za odvajanje različitih tekućina i krutih čestica od tekućina, ali mogu se koristiti i za plinove. Također se koriste i u druge svrhe, osim mehaničkog odvajanja.

Suvremena centrifuga ima svoje korijene do aparata za predenje ruku koji je u 18. stoljeću dizajnirao engleski vojni inženjer Benjamin Robins kako bi utvrdio vuču. Godine 1864. Antonin Prandtl primijenio je tehniku ​​da razdvoji sastojke mlijeka i vrhnja. 1875., Prandtlov brat, Alexender, usavršio je tehniku ​​izumivši stroj za vađenje maslačka. Dok se centrifuge još uvijek koriste za odvajanje mliječnih sastojaka, njihova se upotreba proširila na mnoga druga područja znanosti i medicine.

Centrifuga je dobila ime po tome centrifugalna sila- virtualna sila koja povlači predmete koji se okreću prema van.

Ako se kanta vrti dovoljno brzo, voda se povlači prema unutra i ne prosipa. Ako se kanta napuni mješavinom pijeska i vode, predenje se stvara centrifugiranje. Prema sedimentacija načelo, i voda i pijesak u kanti povući će se do vanjskog ruba kante, ali gust Čestice pijeska smjestit će se na dnu, dok će se lakše molekule vode pomaknuti prema centar.

Centripetalno ubrzanje u osnovi simulira veću gravitaciju, međutim, važno je imati na umu to umjetna gravitacija je raspon vrijednosti, ovisno o tome koliko je objekt blizu osi rotacije, a ne konstanta vrijednost. Učinak je veći što više predmeta dobije jer prijeđe veću udaljenost za svaku rotaciju.

Sve vrste centrifuga temelje se na istoj tehnici, ali se razlikuju u primjeni. Glavne razlike između njih su brzina rotacije i rotor oblikovati. Rotor je rotirajuća jedinica u uređaju. Rotori s fiksnim kutom drže uzorke pod stalnim kutom, okretni rotora imaju zglob koji omogućava da se posude za uzorke ljuljaju prema van, kako brzina centrifuge raste, a kontinuirane cjevaste centrifuge imaju jednu komoru, a ne pojedinačni uzorak komore.

Odvajanje molekula i izotopa: Izuzetno velike brzine centrifuge i ultracentrifuge vrte se tako velikom brzinom da se mogu rabiti za odvajanje molekula različitih masa ili čak izotopi atoma. Odvajanje izotopa koristi se za znanstvena istraživanja i proizvodnju nuklearnog goriva i nuklearnog oružja. Na primjer, za obogaćivanje se može koristiti plinska centrifuga uranijum, što se teži izotop izvlači prema van više nego lakši.

U laboratoriju: Laboratorijske centrifuge također se vrte velikom brzinom. Možda su dovoljno velike da stoje na podu ili su dovoljno malene da se mogu odmoriti na šalteru. Tipični uređaj ima rotor s kutnim bušenim rupama za držanje cijevi uzoraka. Budući da su cijevi za uzorke fiksirane pod kutom, a centrifugalna sila djeluje u vodoravnoj ravnini, čestice se pomiču malu udaljenost prije nego što udari u zid cijevi, omogućujući klizanje gustih materijala prema dolje. Iako mnoge laboratorijske centrifuge imaju rotore s fiksnim kutom, rotori s okretnim kolicima također su česti. Takvi se strojevi koriste za izoliranje sastavnih dijelova ne miješljivih tekućina i suspenzije. Upotrebe uključuju odvajanje komponenti krvi, izoliranje DNA i pročišćavanje kemijskih uzoraka.

Simulacija visoke gravitacije: Za simulaciju velike gravitacije mogu se koristiti velike centrifuge. Strojevi su veličine sobe ili zgrade. Ljudske centrifuge koriste se za obuku pilota ispitivanja i provođenje znanstvenih istraživanja vezanih uz gravitaciju. Centrifuge se mogu koristiti i kao vožnje zabavnim parkom. Dok su ljudske centrifuge dizajnirane tako da teže do 10 ili 12 gravitacija, strojevi velikog promjera mogu izložiti uzorke do 20 puta više od normalne gravitacije. Isti princip može se jednog dana koristiti za simulaciju gravitacije u svemiru.

Industrijske centrifuge koriste se za odvajanje komponenata koloida (poput vrhnja i maslaca iz mlijeka), u kemijskoj pripremi, čišćenju krutih tvari od tekućine za bušenje, materijalima za sušenje i obradi vode za uklanjanje mulja. Neki se industrijski centrifuge oslanjaju na sedimentaciju, dok drugi odvajaju materiju pomoću sita ili filtra. Industrijske centrifuge koriste se za lijevanje metala i pripremu kemikalija. Diferencijalna gravitacija utječe na sastav faza i druga svojstva materijala.

Svakodnevne prijave: Centrifuge srednje veličine uobičajene su u svakodnevnom životu, uglavnom za brzo odvajanje tekućina od krutih tvari. Perilice rublja koriste centrifugiranje tijekom ciklusa centrifuge za odvajanje vode od rublja. Sličan uređaj izlijeva vodu iz kupaćih kostima. Ožemaljci salate, koji se koriste za pranje, a zatim suhu salatu i drugo zelje, još su jedan primjer jednostavne centrifuge.

Iako je centrifugiranje najbolja opcija za simulaciju velike težine, postoje i druge tehnike koje se mogu koristiti za odvajanje materijala. Oni uključuju filtracija, prosijavanje, destilacija, dekantiranje, i kromatografija. Najbolja tehnika za nanošenje ovisi o svojstvima uzorka i njegovom volumenu.