מהי צנטריפוגה? למה משמשת השיטה? המונח "צנטריפוגה" פירושו הפרדה של חלקיקים נוזליים או מוצקים של חומר לשברים שונים תוך שימוש בכוחות צנטריפוגליים. הפרדה זו של חומרים מתבצעת באמצעות מנגנון מיוחד - צנטריפוגות. מהו עקרון השיטה?
עקרון צנטריפוגה
בואו נשקול את ההגדרה ביתר פירוט. צנטריפוגה היא ההשפעה על חומרים על ידי סיבוב במהירות גבוהה במיוחד במכשיר מיוחד. החלק העיקרי של כל צנטריפוגה הוא הרוטור, המכיל חריצים להתקנת מבחנות עם חומר שאמור להיות מופרד לשברים נפרדים. במהלך סיבוב הרוטור במהירויות גבוהות, נכנס לפעולה כוח צנטריפוגלי. חומרים המונחים במבחנות מופרדים לחומרים שונים לפי רמת הצפיפות. לדוגמה, צנטריפוגה של דגימות מי תהום מפרידה את הנוזל ומשקעת את המוצקים שהוא מכיל.
מחברשיטה
לראשונה נודע מהי צנטריפוגה, לאחר הניסויים שערך המדען A. F. Lebedev. השיטה פותחה על ידי חוקר כדי לקבוע את הרכב מי הקרקע. בעבר שימשה לשם כך שקיעה נוזלית ואחריה הפרדת דגימות מוצקות ממנו. פיתוח שיטת הצנטריפוגה איפשר להתמודד עם משימה זו הרבה יותר מהר. הודות להפרדה זו, ניתן היה לחלץ את החלק המוצק של החומרים מהנוזל בצורה יבשה תוך דקות ספורות.
צעדי צנטריפוגה
צנטריפוגה דיפרנציאלית מתחילה בשקיעה של חומרים שיש לחקור. עיבוד כזה של החומר מתבצע במיכלי שיקוע. במהלך השקיעה, חלקיקי חומר מופרדים בהשפעת כוח הכבידה. זה מאפשר להכין חומרים להפרדה טובה יותר באמצעות כוחות צנטריפוגליים.
יתרה מכך, החומרים במבחנות מסוננים. בשלב זה משתמשים בתופים המחוררים כביכול, שנועדו להפריד בין חלקיקים נוזליים למוצקים. במהלך הפעילויות שהוצגו, כל המשקעים נשארים על קירות הצנטריפוגה.
הטבות של השיטה
בהשוואה לשיטות אחרות להפרדת חומרים בודדים, כמו סינון או שיקוע, צנטריפוגה מאפשרת קבלת משקעים עם תכולת לחות מינימלית. השימוש בשיטת הפרדה זו מאפשר להפריד תרחיפים מפוזרים דק. התוצאה היאקבלת חלקיקים בגודל של 5-10 מיקרון. יתרון חשוב נוסף של צנטריפוגה הוא האפשרות ליישומו באמצעות ציוד של נפחים וממדים קטנים. החיסרון היחיד של השיטה הוא צריכת האנרגיה הגבוהה של מכשירים.
צנטריפוגציה בביולוגיה
בביולוגיה משתמשים בהפרדה של חומרים לחומרים נפרדים כאשר יש צורך להכין תכשירים לבדיקה במיקרוסקופ. הצנטריפוגה כאן מתבצעת על מכשירים מורכבים - ציטרוטורים. מכשירים כאלה, בנוסף לחריצים למבחנות, מצוידים במחזיקי דגימות, כל מיני שקופיות זכוכית בעיצוב מורכב. איכות החומרים המתקבלים ובהתאם, כמות המידע השימושי שניתן ללקט מתוצאות הניתוח תלויה ישירות בתכנון הצנטריפוגה בעת ביצוע מחקר בביולוגיה.
צנטריפוגה בתעשיית זיקוק הנפט
שיטת הצנטריפוגה הכרחית בהפקת נפט. ישנם מאובני פחמימנים שמהם לא משתחררים מים לחלוטין במהלך הזיקוק. צנטריפוגה מאפשרת להסיר עודפי נוזלים מהרכב השמן, ולהגביר את איכותו. במקרה זה, השמן מומס בבנזן, לאחר מכן מחומם ל-60 oC, ולאחר מכן נתון לכוח צנטריפוגלי. לבסוף יש למדוד את כמות המים שנותרה בחומר ובמידת הצורך לחזור על ההליך.
צנטריפוגת דם
שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב לרפואהמטרות. ברפואה, זה מאפשר לך לפתור את מספר הבעיות הבאות:
- השגת דגימות דם מטוהרות לפלזפרזה. למטרות אלו, תאי דם מופרדים מהפלזמה שלו בצנטריפוגה. הפעולה מאפשרת לסלק את הדם מווירוסים, עודפי נוגדנים, חיידקים פתוגניים, רעלים.
- הכנת דם לעירוי תורם. לאחר הפרדת נוזל הגוף לשברים נפרדים על ידי צנטריפוגה, תאי הדם מוחזרים לתורם, והפלזמה משמשת לעירוי או מקפיאה לשימוש מאוחר יותר.
- בידוד מסת הטסיות. החומר מתקבל מפלסמת דם המועשרת בטסיות דם. המסה המתקבלת משמשת במחלקות כירורגיות והמטולוגיות של מוסדות רפואיים, בטיפול חירום, בחדרי ניתוח. השימוש במסת טסיות ברפואה מאפשר לשפר את קרישת הדם בקורבנות.
- סינתזה של מסת אריתרוציטים. צנטריפוגה של תאי דם מתרחשת על ידי הפרדה עדינה של חלקיו על פי טכניקה מיוחדת. המסה המוגמרת, עשירה באריתרוציטים, משמשת לעירוי במקרה של איבוד דם, ניתוחים. מסת אריתרוציטים משמשת לעתים קרובות לטיפול באנמיה ומחלות דם מערכתיות אחרות.
בפרקטיקה הרפואית המודרנית נעשה שימוש במכשירים רבים מדור חדש, המאפשרים להאיץ תוף מסתובב למהירות מסוימת ולעצור אותו ברגע מסוים. זה מאפשר לך להפריד בצורה מדויקת יותר דם לתאי דם אדומים, טסיות דם, פלזמה, סרום וקרישים. נוזלי גוף אחרים נבדקים בצורה דומה, במיוחד מופרדים חומרים בהרכב השתן.
צנטריפוגות: סוגים עיקריים
הבנו מהי צנטריפוגה. עכשיו בואו לגלות באילו מכשירים משתמשים כדי ליישם את השיטה. צנטריפוגות סגורות או פתוחות, עם הנעה מכנית או ידנית. חלק העבודה העיקרי של מכשירים פתוחים ידניים הוא ציר מסתובב הממוקם אנכית. בחלקו העליון, בר קבוע בניצב, שבו ממוקמים שרוולי מתכת זזים. הם מכילים מבחנות מיוחדות, מצומצמות בתחתית. צמר גפן מונח בתחתית השרוולים, מה שמאפשר למנוע נזק למבחנה הזכוכית במגע עם מתכת. לאחר מכן, המנגנון מופעל. לאחר זמן מה, הנוזל מופרד מהמוצקים המרחפים. לאחר מכן, הצנטריפוגה הידנית מופסקת. משקע צפוף ומוצק מרוכז בתחתית המבחנות. מעליו נמצא החלק הנוזלי של החומר.
לצנטריפוגות מכניות סגורות יש מספר רב של שרוולים כדי להכיל מבחנות. מכשירים כאלה נוחים יותר מאשר ידניים. הרוטורים שלהם מונעים על ידי מנועים חשמליים חזקים ומסוגלים להאיץ עד 3000 סל ד. זה מאפשר לבצע הפרדה טובה יותר של חומרים נוזליים ממוצקים.
תכונות של הכנת צינור במהלך צנטריפוגה
צינורות המשמשים עבורצנטריפוגה, יש למלא בחומר בדיקה בעל מסה זהה. לכן, סולמות מיוחדים ברמת דיוק גבוהה משמשים למדידות כאן. כאשר נדרש איזון צינורות מרובים בצנטריפוגה, נעשה שימוש בטכניקה הבאה. לאחר שקילת זוג מכלי זכוכית והשגת אותה מסה, אחד מהם נשאר כסטנדרט. הצינורות הבאים עוברים איזון עם המדגם הזה לפני שהם מכניסים אותם למכשיר. טכניקה זו מאיצה משמעותית את העבודה אם יש צורך להכין סדרה שלמה של צינורות לצנטריפוגה.
ראוי לציין שלעולם לא שמים יותר מדי חומר בדיקה במבחנות. מיכלי זכוכית ממולאים בצורה כזו שהמרחק לקצה הוא לפחות 10 מ מ. אחרת, החומר ישפך מהמבחנה בהשפעת הכוח הצנטריפוגלי.
סופרצנטריפוגות
כדי להפריד בין המרכיבים של מתלים עדינים במיוחד, אין די בצנטריפוגות ידניות או מכניות קונבנציונליות. במקרה זה, נדרשת השפעה מרשימה יותר על חומרים מכוחות צנטריפוגליים. סופרצנטריפוגות משמשות ביישום תהליכים כאלה.
המכשירים של התוכנית המוצגת מצוידים בתוף עיוור בצורת צינור בקוטר קטן - לא יותר מ-240 מ מ. אורכו של תוף כזה חורג משמעותית מהחתך שלו, מה שמאפשר להגדיל משמעותית את מספר הסיבובים וליצור כוח צנטריפוגלי רב עוצמה.
בסופרצנטריפוגה, החומר הנבדק נכנס לתוף, נע לאורך הצינור ופוגע במחזירי אור מיוחדים שנזרקים.חומר על קירות המכשיר. ישנם גם תאים המיועדים למשיכה נפרדת של נוזלים קלים וכבדים.
הטבות סופרצנטריפוגה כוללות:
- הדוקות מוחלטת;
- שיעור ההפרדה הגבוה ביותר;
- גודל קומפקטי;
- אפשרות להפרדת חומרים ברמה המולקולרית.
לסיכום
אז גילינו מהי צנטריפוגה. נכון להיום, השיטה מוצאת את יישומו כאשר יש צורך לבודד משקעים של תמיסות, לטהר נוזלים ולהפריד בין רכיבים של חומרים פעילים ביולוגיים וכימיים. אולטרנטריפוגות משמשות להפרדת חומרים ברמה המולקולרית. שיטת הצנטריפוגה משמשת באופן פעיל בתעשיות הכימיות, הנפט, הגרעין, המזון, כמו גם ברפואה.
