Параметри та завдання лабораторних центрифуг

У хімічних, медичних, біологічних лабораторіях, науково-дослідних інститутах одним із базових видів (і найшвидшим) є центрифуги лабораторні, здатні розкручувати свій ротор до кількох тисяч обертів за хвилину, чого не можна досягти жодними іншими приладами.

Основні характеристики лабораторних центрифуг

У чому їхня відмінність від побутових та промислових

Для відповіді це питання наведемо кілька прикладів як відомих, і специфічних пристроїв для центрифугування.

1. Найпопулярніша та найвідоміша – пральна машина, де залежно від програми на запрограмованих етапах прання барабан віджимає білизну під дією високої частоти обертання.
   
   
   Вже в цьому випадку ми стикаємося як з базовими критеріями, так і з технічними характеристиками, за якими можна вибрати центрифугу для лабораторії:
   • кількість оборотів (з регулюванням);
   • діаметр барабана (спільно з попереднім показником визначає величину відцентрової сили);
   • таймер (хоча в пралках зазвичай час віджиму входить до алгоритму роботи відповідної програми).
   • системи захисту – наприклад, не можна відкрити двері або електромотор не запуститься, поки триває прання.
2. 
   
   
   Центрифуги для підготовки космонавтів.
   
   Без цього ніяк не обійтись, навіть якщо на орбіту летить космічний турист.
   А це завдання вже не післязавтра, а майже сьогодні з огляду на активні випробування у цьому напрямі. Принаймні приватні ракети вже піднімаються до межі космосу.
3. 
   
   Збагачення урану шляхом виділення ізотопів за допомогою обертання.

Всі перераховані високотехнологічні апарати насправді хоч і побудовані на основі принципу відцентрових сил, але все-таки є окремим випадком, оскільки не працюють з рідкими середовищами в класичному розумінні.

Наприклад при обертанні космонавта - окремий, вимушений випадок: "рідини", що містяться в тілі (насамперед кров) прагнуть рухатися під дією обертального моменту назовні, так що важке випробування витримає не кожен. Так і свідомість не довго втратити через перевантаження, без підготовки.

Але є й інші відмінності. В першу чергу, звичайно розміри та вага.

А той же космічний аналог важить сотні тонн, а при збагаченні урану елементи конструкції займають цілі зали. Відзначимо, що в процесі центрифугування змінюються фізичні властивості і насамперед щільність, а можливо і хімічні властивості.

Згущення суспензії – видалення рідини із суспензії з одночасним збільшенням частки твердої фази.
Якщо перекладати побутовою, зрозумілу мову цю процедуру можна порівняти з видаленням води при віджиму в пральні.

Поділ – вміст пробірок поділяється за щільністю. У деяких лабораторних дослідах для цих цілей використовується ділильна вирва.

Друга відмінність – у посадкові отвори пробіркотримача завантажується спеціальна тара: пробірки з рідким вмістом, а значить це обладнання виключно "мирне", безпечне для персоналу та використовується в наступних галузях:

Детальні визначення майже сотні понять, пов'язаних з високошвидкісним обертанням, наведено у ГОСТ 16887-71, а ми вивчимо основні, зазначені в технічних параметрах.

Характеристики швидкісних сепараторів для лабораторій

1. Чинник поділу: відношення досягнутого відцентрового прискорення до прискорення вільного падіння. Визначається співвідношенням двох величин – радіуса ротора та частоти обертання. Натомість показника іноді можна зустріти абсолютну величину – у грамах.

   
   
   
   Наприклад, для центрифуги медичної Ц-800-Д у паспорті вказується конкретне значення 1790.
   
   
   Фмзично виміряти параметр можна, якщо на роторі встановити пружинний динамометр і при зростанні частоти обертання можна отримати фактор поділу. Про що він говорить ? Чим він більший, тим сильніший вміст пробірок піддається навантаженням при обертанні (збільшується відцентрова сила).
   
   
   
   
   А на корпусі настільної центрифуги ЦЛУ-6000 нанесено діаграму для розрахунку необхідної відцентрової сили, залежно від якої задається кількість обертів.
   
   
    
2. Рідка неоднорідна система – дисперсне середовище, що складається з окремих дрібних твердих частинок, крапель або бульбашок газу, розподілених у рідині.
3. Тверда фаза – саме і є вказані тверді частинки, зважені в рідині.
4. Суспензія – рідка неоднорідна система, що складається з твердих частинок, розподілених у рідині.
5. Емульсія відрізняється від суспензії тим, що замість твердих частинок присутні рідкі крапельки однієї або декількох рідин.
6. Відцентрове осадження – при якому тверді частинки осідають на внутрішній поверхні ротора.

Тепер розглянемо такий приклад. Візьмемо ємність із водою, висиплемо туди пісок і збовтаємо. Чи є дана субстанція рідкою неоднорідною системою?
Ні, не є.
Пісок дуже швидко осяде на дно ємності під дією сили тяжіння, оскільки піщинки не відповідають критерію "дрібні тверді частинки", а отже така суміш центрифугування не потребує.