Kaj je centrifugiranje in zakaj se uporablja

Izraz centrifuga se lahko nanaša na stroj, v katerem je posoda, ki se hitro vrti, za ločitev vsebine gostota (samostalnik) ali k dejanju uporabe stroja (glagol). Centrifuge se najpogosteje uporabljajo za ločevanje različnih tekočin in trdnih delcev od tekočin, vendar se lahko uporabljajo za pline. Uporabljajo se tudi za druge namene kot za mehansko ločevanje.

Sodobna centrifuga sega v aparat za vrtenje ročic, ki ga je v 18. stoletju zasnoval angleški vojaški inženir Benjamin Robins, da bi določil vleko. Leta 1864 je Antonin Prandtl uporabil tehniko za ločevanje sestavin mleka in smetane. Leta 1875 je Prandtlov brat Alexender izpopolnil tehniko in izumil stroj za pridobivanje maslene maščobe. Medtem ko se centrifuge še vedno uporabljajo za ločevanje mlečnih sestavin, se je njihova uporaba razširila na številna druga področja znanosti in medicine.

Centrifuga je dobila ime po tem centrifugalna sila- navidezna sila, ki vrti predmete navzven.

Če se vedro vrti dovolj hitro, se voda potegne navznoter in se ne razlije. Če je vedro napolnjeno z mešanico peska in vode, se predenje ustvari centrifugiranje. Po navedbah sedimentacija načeloma bosta voda in pesek v vedru vlečena do zunanjega roba vedra, vendar gosta delci peska se bodo naselili na dno, medtem ko se bodo lažje molekule vode premaknile proti center.

Centripetalni pospešek v bistvu simulira večjo težnost, vendar je treba upoštevati umetna gravitacija je razpon vrednosti, odvisno od tega, kako blizu je objekta vrtenje osi, ne pa konstanta vrednost. Učinek je večji, kolikor predmet prejme, ker za vsako vrtenje prevozi večjo razdaljo.

Vse vrste centrifug temeljijo na isti tehniki, vendar se med seboj razlikujejo. Glavne razlike med njimi so hitrost vrtenja in rotor oblikovanje. Rotor je vrtljiva enota v napravi. Rotorji s fiksnim kotom držijo vzorce pod stalnim kotom, nihajni rotorji imajo tečaj, ki omogoča nihanje vzorčnih posod navzven, ko se hitrost spina povečuje in neprekinjene cevaste centrifuge imajo en sam komor in ne posameznega vzorca zbornice.

Ločevanje molekul in izotopov: Izredno visoke centrifuge in ultracentrifuge se vrtijo s tako visokimi hitrostmi, da jih lahko uporabimo za ločevanje molekul različnih mas ali celo izotopi atomov. Ločevanje izotopov se uporablja za znanstvene raziskave in pridobivanje jedrskega goriva in jedrskega orožja. Na primer, za obogatitev lahko uporabimo plinsko centrifugo uran, ker se težji izotop potegne navzven bolj kot lažji.

V laboratoriju: Tudi laboratorijske centrifuge se vrtijo z visokimi hitrostmi. Lahko so dovolj velike, da stojijo na tleh ali pa dovolj majhne, ​​da lahko počivajo na pultu. Običajna naprava ima rotor z kotno izvrtanimi luknjami, ki držijo vzorčne cevi. Ker so cevi za vzorčenje pritrjene pod kotom in centrifugalna sila deluje v vodoravni ravnini, delci premaknejo majhno razdaljo, preden udarijo v steno cevi, kar omogoča, da gost material drsi dol. Medtem ko imajo številne laboratorijske centrifuge rotorje s fiksnim kotom, so pogosti tudi nihajni rotorji. Takšni stroji se uporabljajo za izolacijo sestavnih delov nepomembnih tekočin in suspenzije. Uporabe vključujejo ločevanje krvnih komponent, izoliranje DNK in čiščenje kemičnih vzorcev.

Simulacija visoke težnosti: Za simulacijo velike težnosti se lahko uporabljajo velike centrifuge. Stroji so velikosti sobe ali zgradbe. Človeške centrifuge se uporabljajo za usposabljanje pilotov testiranja in izvajanje gravitacijskih znanstvenih raziskav. Centrifuge se lahko uporabljajo tudi kot vožnja zabaviščnih parkov. Medtem ko so človeške centrifuge zasnovane tako, da sežejo do 10 ali 12 gravitacij, lahko stroji velikega premera, razen človeka, izpostavijo vzorce do 20-krat večje od teže teže. Isti princip se lahko nekega dne uporabi za simuliranje gravitacije v vesolju.

Industrijske centrifuge se uporabljajo za ločevanje sestavnih delov koloidov (kot smetana in maslo iz mleka), pri kemični pripravi, čiščenju trdnih snovi iz vrtalne tekočine, sušilnih materialih in čiščenju vode za odstranjevanje blata. Nekatere industrijske centrifuge za ločevanje temeljijo na usedanju, druge pa ločijo s pomočjo zaslona ali filtra. Industrijske centrifuge se uporabljajo za vlivanje kovin in pripravo kemikalij. Diferencialna gravitacija vpliva na fazno sestavo in druge lastnosti materialov.

Vsakodnevne prijave: Centrifuge srednje velikosti so običajne v vsakdanjem življenju, predvsem za hitro ločevanje tekočin od trdnih snovi. Pralni stroji med centrifugiranjem uporabljajo centrifugiranje, da ločijo vodo od perila. Podobna naprava vrti vodo iz kopalke. Predilnice solate, ki se uporabljajo za pranje in nato suho solato in drugo zelenico, so še en primer preproste centrifuge.

Medtem ko je centrifugiranje najboljša možnost za simulacijo velike težnosti, obstajajo druge tehnike, ki se lahko uporabljajo za ločevanje materialov. Tej vključujejo filtracija, sejanje, destilacija, dekantiranje, in kromatografija. Najboljša tehnika nanašanja je odvisna od lastnosti uporabljenega vzorca in njegove prostornine.