Параметры и задачи лабораторных центрифуг

Posted by   oratorslova Гончаров Сергей
03/06/2021

В химических, медицинских, биологических лабораториях, научно-исследовательских институтах одним из базовых видов (и самым скоростным) являются центрифуги лабораторные.

Основные характеристики лабораторных центрифуг

Из других отраслей

В чем их отличие от бытовых и промышленных аналогов ?

Для ответа на этот вопрос приведем несколько примеров как известных, так и специфических устройств для центрифугирования.

  1. Самая популярная и известная – стиральная машина, где в зависимости от программы на запрограммированных этапах стирки барабан отжимает белье под действием высокой частоты вращения.


    Уже в этом случае мы сталкиваемся как с базовыми критериями, так и с техническими характеристиками, по которым можно выбрать центрифугу для лаборатории:
    • число оборотов (с регулировкой);
    • диаметр барабана (совместно с предыдущим показателем определяет величину центробежной силы);
    • таймер (хотя в стиралках обычно время отжима входит в алгоритм работы соответствующей программы).
    • системы защиты – например нельзя открыть дверь или электромотор не запустится, пока длится стирка.



  2. Центрифуги для подготовки космонавтов.

    Без этого никак не обойтись, даже если на орбиту летит космический турист.

    А это задача уже не послезавтра, а почти сегодня, учитывая активные испытания в этом направлении.
     


  3. Обогащение урана методом выделения изотопов посредством вращения.

Все перечисленные высокотехнологичные устройства на самом деле хотя и построены на основе принципа центробежных сил, но все-таки представляют собой частный случай, поскольку не работают с жидкими средами в классическом понимании.

Например при вращении космонавта – частный, вынужденный случай: “жидкости” содержащиеся в теле (прежде всего кровь) стремятся двигаться под действием вращательного момента наружу, так что тяжелое испытание выдержит не каждый. Так и сознание не долго потерять из-за перегрузок, без подготовки.

Но есть и другие отличия. В первую очередь, конечно размеры и вес.

Медицинские центрифуги работают с растворами объемом в миллилитры и размещаются на лабораторных столах

А тот же космический аналог весит сотни тонн, а при обогащении урана элементы конструкции занимают целые залы.


Второе отличие – внутрь загружается специальная лабораторная посуда: пробирки с жидким содержимым, а значит это оборудование исключительно "мирное", безопасное для персонала и используется в следующих отраслях:

биохимические, клинические, диагностические исследования, включая разделение крови, мочи на компоненты
микробиология, химия, ветеринарная медицина
производственные лаборатории по анализу качества молока (сепарация для определения содержания жира и белка)
центрифуга входят в состав оборудования для отмывки клейковины

Подробные определения почти сотни понятий, связанных с высокоскоростным вращением, приведены в ГОСТ 16887-71, а мы изучим основные, указанные в технических параметрах, чтобы купить центрифугу лабораторную было значительно проще.

Характеристики

  1. Фактор разделения: отношение достигнутого центробежного ускорения к ускорению свободного падения. Определяется соотношением двух величин – радиуса ротора и частоты вращения. Вместо этого показателя иногда можно встретить абсолютную величину – в граммах.




    Например для центрифуги медицинской Ц-800-Д в паспорте указывается конкретное значение 1790 грамм.



    Фмзически измерить параметр можно, если на роторе установить пружинный динамометр и при росте частоты вращения, можно получить фактор разделения. О чем он говорит ? Чем он больше, тем сильнее содержимое пробирок подвергается нагрузкам при вращении (увеличивается центробежная сила).




    А на корпусе настольной центрифуги ЦЛУ-6000 нанесена диаграмма для расчета необходимой центробежной силы, в зависимости от которой задается число оборотов.



     
  2. Жидкая неоднородная система – дисперсная среда, состоящая из отдельных мелких твердых частиц, капель или пузырьков газа, распределенных в жидкости.
  3. Твердая фаза – как раз и есть указанные твердые частицы, взвешенные в жидкости.
  4. Суспензия – жидкая неоднородная система, состоящая из твердых частиц, распределенных в жидкости.
  5. Эмульсия отличается от суспензии тем, что вместо твердых частиц присутствуют жидкие капельки одной или нескольких жидкостей.
  6. Центробежное осаждение – при котором твердые частицы осаждаются на внутренней поверхности ротора.

Теперь рассмотрим такой пример. Возьмем емкость с водой, высыплем туда песок и взболтаем. Является данная субстанция жидкой неоднородной системой ?
Нет, не является.
Песок очень быстро осядет на дно емкости под действием силы тяжести, поскольку песчинки не отвечают критерию “мелкие твердые частицы”, а значит такая смесь в центрифугировании не нуждается.

Что могут делать центрифуги для лаборатории

Отметим, что в процессе центрифугирования меняются физические свойства и прежде всего плотность, а возможно и химические свойства.

  1. Сгущение суспензии – удаление жидкости из суспензии с одновременным увеличением доли твердой фазы.
    Если переводить на бытовой, понятный язык эту процедуру можно сравнить с удалением воды при отжиме в стиралке.
  2. Разделение – содержимое пробирок разделяется по плотности. В некоторых лабораторных опытах для этих целей используется делительная воронка.

АНАЛИЗАТОР GRAINSENSE

Недавнее