Центрифугалау дегеніміз не? Әдіс не үшін қолданылады? «Центрифугалау» термині заттың сұйық немесе қатты бөлшектерін орталықтан тепкіш күштердің көмегімен әртүрлі фракцияларға бөлуді білдіреді. Заттарды бұлай бөлу арнайы аппарат – центрифугаларды қолдану арқылы жүзеге асады. Әдістің принципі қандай?
Центрифугалау принципі
Анықтаманы толығырақ қарастырайық. Центрифугалау – арнайы аппаратта ультра жоғары жылдамдықпен айналу арқылы заттарға әсер ету. Кез келген центрифуганың негізгі бөлігі ротор болып табылады, онда бөлек фракцияларға бөлінетін материалы бар пробиркаларды орнатуға арналған ойықтар бар. Ротордың жоғары жылдамдықпен айналуы кезінде орталықтан тепкіш күш пайда болады. Пробиркаларға салынған заттар тығыздық деңгейіне қарай әртүрлі заттарға бөлінеді. Мысалы, жер асты суларының үлгілерін центрифугалау сұйықтықты бөліп, оның құрамындағы қатты заттарды тұндырады.
Авторәдіс
Алғаш рет центрифугалаудың не екені ғалым А. Ф. Лебедев жүргізген тәжірибелерден кейін белгілі болды. Топырақ суының құрамын анықтау үшін әдістемені зерттеуші жасаған. Бұрын бұл үшін сұйық тұнба, содан кейін одан қатты үлгілерді бөлу қолданылған. Центрифугалау әдісінің дамуы бұл тапсырманы тезірек шешуге мүмкіндік берді. Осы бөлудің арқасында сұйықтықтан құрғақ күйдегі заттардың қатты фракциясын бірнеше минут ішінде алу мүмкін болды.
Центрифугалау қадамдары
Дифференциалды центрифугалау зерттелетін заттарды тұндырудан басталады. Материалды мұндай өңдеу тұндырғыштарда жүреді. Шөгу кезінде заттың бөлшектері ауырлық күшінің әсерінен бөлінеді. Бұл заттарды орталықтан тепкіш күштер арқылы жақсырақ бөлуге дайындауға мүмкіндік береді.
Одан әрі пробиркалардағы заттар сүзіледі. Бұл кезеңде сұйық бөлшектерді қатты бөлшектерден бөлуге арналған перфорацияланған барабандар қолданылады. Көрсетілген әрекеттер барысында барлық шөгінділер центрифуганың қабырғаларында қалады.
Әдістің артықшылықтары
Сүзу немесе тұндыру сияқты жеке заттарды бөлудің басқа әдістерімен салыстырғанда центрифугалау ылғалдылығы ең аз тұнбаны алуға мүмкіндік береді. Бұл бөлу әдісін қолдану ұсақ дисперсті суспензияларды бөлуге мүмкіндік береді. Нәтижесікөлемі 5-10 мкм болатын бөлшектерді алу. Центрифугалаудың тағы бір маңызды артықшылығы - оны шағын көлемдегі және өлшемді жабдықты пайдалана отырып жүзеге асыру мүмкіндігі. Әдістің жалғыз кемшілігі - құрылғылардың жоғары энергия тұтынуы.
Биологиядағы центрифугалау
Биологияда заттарды жеке заттарға бөлу микроскоппен зерттеу үшін препараттарды дайындау қажет болғанда қолданылады. Мұнда центрифугалау күрделі құрылғыларда – цитороторларда жүргізіледі. Мұндай құрылғылар пробиркаларға арналған саңылаулардан басқа үлгі ұстағыштармен, күрделі конструкциядағы шыны сырғақтардың барлық түрлерімен жабдықталған. Алынған материалдардың сапасы және сәйкесінше талдау нәтижелерінен алуға болатын пайдалы ақпараттың мөлшері биология бойынша зерттеулер жүргізу кезінде центрифуганың конструкциясына тікелей байланысты.
Мұнай өңдеу өнеркәсібіндегі центрифугалау
Мұнай өндіруде центрифугалау әдісі өте қажет. Дистилляция кезінде су толығымен бөлінбейтін көмірсутекті қазбалар бар. Центрифугалау майдың сапасын арттыра отырып, оның құрамынан артық сұйықтықты кетіруге мүмкіндік береді. Бұл жағдайда майды бензолда ерітеді, содан кейін 60 oC дейін қыздырады, содан кейін центрифугалық күшке ұшырайды. Соңында, заттағы қалған судың мөлшерін өлшеңіз және қажет болса, процедураны қайталаңыз.
Қан центрифугалау
Бұл әдіс медицинада кеңінен қолданыладымақсаттар. Медицинада ол келесі мәселелерді шешуге мүмкіндік береді:
- Плазмаферез үшін тазартылған қан үлгілерін алу. Осы мақсаттар үшін қан жасушалары центрифугада оның плазмасынан бөлінеді. Операция қанды вирустардан, артық антиденелерден, патогендік бактериялардан, токсиндерден тазартуға мүмкіндік береді.
- Донорға қан құюға дайындық. Дене сұйықтығын центрифугалау арқылы бөлек фракцияларға бөлгеннен кейін қан жасушалары донорға қайтарылады, ал плазма трансфузия үшін пайдаланылады немесе кейінірек пайдалану үшін мұздатады.
- Тромбоциттер массасын оқшаулау. Зат тромбоциттермен байытылған қан плазмасынан алынады. Алынған масса емдеу мекемелерінің хирургиялық және гематологиялық бөлімшелерінде, шұғыл терапияда, операциялық бөлмелерде қолданылады. Тромбоциттер массасын медицинада қолдану зардап шеккендердің қанының ұюын жақсартуға мүмкіндік береді.
- Эритроциттер массасының синтезі. Қан жасушаларын центрифугалау оның фракцияларын арнайы техникаға сәйкес нәзік бөлу арқылы жүзеге асырылады. Эритроциттерге бай дайын масса қан жоғалтқанда, операцияларда трансфузия үшін қолданылады. Эритроцит массасы жиі анемия мен басқа жүйелі қан ауруларын емдеу үшін қолданылады.
Қазіргі медициналық тәжірибеде айналмалы барабанды белгілі бір жылдамдыққа дейін жеделдетіп, белгілі бір сәтте тоқтатуға мүмкіндік беретін жаңа буынның көптеген құрылғылары қолданылады. Бұл қанды қызыл қан жасушаларына, тромбоциттерге, плазмаға, сарысуға және қанға дәлірек бөлуге мүмкіндік бередіұйығыштар. Басқа да дене сұйықтықтары ұқсас жолмен зерттеледі, атап айтқанда, несеп құрамындағы заттар бөлінеді.
Центрифугалар: негізгі түрлері
Біз центрифугалаудың не екенін түсіндік. Енді әдісті жүзеге асыру үшін қандай құрылғылар қолданылатынын білейік. Центрифугалар жабық немесе ашық, механикалық немесе қолмен жетегі бар. Қолмен ашық құрылғылардың негізгі жұмыс бөлігі тігінен орналасқан айналмалы ось болып табылады. Оның жоғарғы бөлігінде штанга перпендикуляр бекітілген, онда жылжымалы металл жеңдер орналасқан. Оларда түбінде тарылған арнайы пробиркалар бар. Жеңдердің түбіне мақта мата қойылады, бұл шыны пробирканың металмен жанасқанда зақымдануын болдырмауға мүмкіндік береді. Содан кейін құрылғы қозғалысқа келтіріледі. Біраз уақыттан кейін сұйықтық тоқтатылған қатты заттардан бөлінеді. Осыдан кейін қолмен центрифугалау тоқтатылады. Тығыз, қатты тұнба пробиркалардың түбінде шоғырланған. Оның үстінде заттың сұйық бөлігі орналасқан.
Механикалық жабық типті центрифугаларда пробиркаларды орналастыруға арналған гильзалар көп болады. Мұндай құрылғылар қолмен жұмыс істейтіндерге қарағанда ыңғайлы. Олардың роторлары қуатты электр қозғалтқыштарымен қозғалады және 3000 айн/мин жылдамдыққа дейін жетуге қабілетті. Бұл сұйық заттарды қатты заттардан жақсырақ бөлуге мүмкіндік береді.
Центрифугалау кезінде түтіктерді дайындау ерекшеліктері
Қолданылатын түтіктерцентрифугалау, массасы бірдей сынақ материалымен толтырылуы керек. Сондықтан мұнда өлшеу үшін жоғары дәлдіктегі арнайы таразылар қолданылады. Центрифугадағы бірнеше түтіктерді теңестіру қажет болғанда келесі әдіс қолданылады. Бір жұп шыны ыдысты өлшеп, бірдей массаға жеткеннен кейін оның біреуі стандарт ретінде қалдырылады. Келесі түтіктер құрылғыға салмас бұрын осы үлгімен теңестіріледі. Центрифугалау үшін түтіктердің тұтас сериясын дайындау қажет болса, бұл әдіс жұмысты айтарлықтай жылдамдатады.
Тым көп сынақ заты ешқашан пробиркаларға салынбайтынын атап өткен жөн. Шыны ыдыстар шетіне дейінгі қашықтық кемінде 10 мм болатындай етіп толтырылады. Әйтпесе, ортадан тепкіш күштің әсерінен зат пробиркадан ағып кетеді.
Суперцентрифугалар
Өте жұқа суспензиялардың құрамдас бөліктерін бөлу үшін әдеттегі қолмен немесе механикалық центрифугалар жеткіліксіз. Бұл жағдайда орталықтан тепкіш күштерден заттарға әсерлі әсер ету қажет. Мұндай процестерді жүзеге асыру үшін суперцентрифугалар қолданылады.
Ұсынылған жоспардың құрылғылары диаметрі 240 мм-ден аспайтын шағын түтік түріндегі соқыр барабанмен жабдықталған. Мұндай барабанның ұзындығы оның көлденең қимасынан айтарлықтай асып түседі, бұл айналымдар санын айтарлықтай арттыруға және күшті орталықтан тепкіш күш жасауға мүмкіндік береді.
Суперцентрифугада зерттелетін зат барабанға түсіп, түтік бойымен қозғалады және лақтырылатын арнайы рефлекторларға соғылады.құрылғының қабырғаларында материал. Сондай-ақ жеңіл және ауыр сұйықтықтарды бөлек алуға арналған камералар бар.
Суперцентрифуганың артықшылықтары мыналарды қамтиды:
- абсолютті тығыздық;
- ең жоғары бөлу жылдамдығы;
- ықшам өлшем;
- молекулярлық деңгейде заттарды бөлу мүмкіндігі.
Жабында
Сонымен біз центрифугалаудың не екенін білдік. Қазіргі уақытта әдіс ерітінділердің шөгінділерін оқшаулау, сұйықтықтарды тазарту, биологиялық белсенді және химиялық заттардың құрамдас бөліктерін бөлу қажет болған кезде қолданылуын табады. Ультрацентрифугалар заттарды молекулалық деңгейде бөлу үшін қолданылады. Центрифугалау әдісі химия, мұнай, ядролық, тамақ өнеркәсібінде, сондай-ақ медицинада белсенді қолданылады.
