Центрифугирование

Центрифугирование • ru.knowledgr.com

Центрифугирование — процесс, который включает использование центробежной силы для отложения осадка разнородных смесей с центрифугой, используемой в промышленности и в лабораторных параметрах настройки.

Этот процесс используется, чтобы отделить две несмешивающихся жидкости. Более — плотные компоненты смеси мигрируют далеко от оси центрифуги, в то время как менее — плотные компоненты смеси мигрируют к оси.

Химики и биологи могут увеличить эффективную гравитационную силу на пробирке, чтобы к более быстро и полностью заставляют поспешное («окатыш») собираться на основании трубы. Остающееся решение должным образом называют «supernate» или «суперплавающей жидкостью».

Суперплавающая жидкость тогда или быстро фильтруется от трубы, не нарушая поспешное, или забирается с пипеткой Пастера.

Уровень центрифугирования определен угловой скоростью, измеренной в оборотах в минуту (RPM) или ускорении, выраженном как g. Коэффициент преобразования между RPM и g зависит от радиуса образца в центрифуге.

Скорость урегулирования частиц в центрифугировании — функция их размера и формы, центробежного ускорения, части объема существующих твердых частиц, различие в плотности между частицей и жидкостью и вязкостью.

Наиболее распространенное применение — разделение тела от очень сконцентрированных приостановок, которое является использованием в обработке отстоев сточных вод для того, чтобы осушить, где менее последовательный осадок произведен.

Центрифугирование — наиболее распространенный метод, используемый для обогащения урана, полагаясь на небольшую разность масс между атомами U238 и U235 в газе гексафторида урана.

Микроцентрифуги

Микроцентрифуги используются, чтобы обработать маленькие объемы биологических молекул, клеток или ядер. Трубы микроцентрифуги обычно держатся 0.

5 — 2,0 мл жидкости и прядутся на максимальных угловых скоростях 12 000-13 000 об/мин.

Микроцентрифуги достаточно маленькие, чтобы соответствовать на поверхности стола и иметь роторы, которые могут быстро изменить скорости. Они могут или могут не иметь функции охлаждения.

Быстродействующие центрифуги

Быстродействующий или центрифуги суперскорости может обращаться с большими типовыми объемами, от нескольких десятков миллилитров к нескольким литрам. Кроме того, большие центрифуги могут также достигнуть более высоких угловых скоростей (приблизительно 30 000 об/мин). Роторы могут идти с различными адаптерами, чтобы держать различные размеры пробирок, бутылок или пластин микротитра.

Процесс разбивки

Общий метод разбивки:

Образец клетки сохранен в приостановке, которая является:

1. Буферизованный — нейтральный pH фактор, предотвращая повреждение структуры белков включая ферменты (который мог затронуть ионные связи)

,

1. Изотонический (равного водного потенциала) — это предотвращает водную выгоду или ущерб от органоидов
2. Прохладный — сокращение полной деятельности фермента, выпущенного позже в процедуре

• Клетки гомогенизированы в блендере и фильтрованы, чтобы удалить обломки
• Гомогенизированный образец помещают в ультрацентрифугу и прядут в низкой скорости — ядра обосновываются, формируя шарик
• Суперплавающее (приостановка, содержащая остающиеся органоиды), прядут на более высокой скорости — хлоропласты обосновываются
• Суперплавающее прядут на более высокой скорости все еще — митохондрии и лизосомы обосновываются
• Суперплавающее прядут на еще более высокой скорости — рибосомы, мембраны обосновываются

Рибосомы, мембраны и комплексы Гольджи могут быть отделены другой техникой, названной центрифугированием градиента плотности.

Ультрацентрифуги

Ультрацентрифугирование использует высокую центробежную силу для изучения свойств биологических частиц. По сравнению с микроцентрифугами или быстродействующими центрифугами, ультрацентрифуги могут изолировать намного меньшие частицы, включая рибосомы, белки и вирусы. Ультрацентрифуги могут также использоваться в исследовании мембранной разбивки.

Это происходит, потому что ультрацентрифуги могут достигнуть максимальных угловых скоростей сверх 70 000 об/мин.

Кроме того, в то время как микроцентрифуги и суперцентрифуги отдельные частицы в партиях (ограниченные объемы образцов должны быть обработаны вручную в пробирках или бутылках), ультрацентрифуги могут отделить молекулы в партии или непрерывных системах потока.

В дополнение к очистке аналитическое ультрацентрифугирование (AUC) может использоваться для определения свойств макромолекул, таких как форма, масса, состав и структура. Образцы центрифугируются с высокоплотным раствором, таким как сахароза, хлорид цезия или iodixanol.

Высокоплотное решение может быть при однородной концентрации всюду по пробирке («подушка») или переменная концентрация («градиент»). Молекулярные свойства могут быть смоделированы посредством скоростного анализа отложения осадка или анализа равновесия отложения осадка.

Во время пробега, частица

или молекулы будут мигрировать через пробирку на различных скоростях в зависимости от их физических свойств и свойств раствора, и в конечном счете формировать шарик у основания трубы или полосы на различных высотах.

Другие заявления

• Отделение порошка мела от воды
• Удаление жира от молока, чтобы произвести обезжиренное молоко
• Отделение текстиля
• Удаление воды от салата после мытья его в прядильщике салата
• Отделение частиц от обтекаемого использующего циклонического разделения
• Разъяснение и стабилизация вина
• Разделение водных частиц от одежды, в то время как высыхание вращения в стиральных машинах
• Разделение компонентов мочи и компонентов крови в судебном и исследовании labouratory

История

К 1923 Теодор Сведберг и его студент Х. Ринд успешно проанализировали соль с большими зернами с точки зрения их гравитационного отложения осадка. Соль состоят из вещества, равномерно распределенного в другом веществе, также известном как коллоид.

Однако меньшие зернистые соль, такие как те, которые содержат золото, не могли быть проанализированы. Чтобы исследовать эту проблему, Сведберг развил аналитическую центрифугу, оборудованную фотографической поглотительной системой, которая проявит намного больший центробежный эффект.

Кроме того, он развил теорию, необходимую, чтобы измерить молекулярную массу. В это время внимание Сведберга перешло от золота до белков.

К 1900 было общепринятым, что белки были составлены из аминокислот; однако, ли белки были коллоидами, или макромолекулы все еще являлся объектом дебатов. Один белок, исследуемый в это время, был гемоглобином.

Это было полно решимости иметь 712 углерода, 1 130 водорода, 243 кислорода, два атома серы и по крайней мере один атом железа.

Это дало гемоглобину получающийся вес приблизительно 16 000 дальтонов, но было сомнительно, была ли эта стоимость кратным числом один или четыре (зависящий от числа существующих атомов железа).

Через ряд экспериментов, использующих метод равновесия отложения осадка, были сделаны два важных наблюдения: у гемоглобина есть молекулярная масса 68 000 дальтонов, предполагая, что есть четыре существующие атома железа, а не один, и что независимо от того, где гемоглобин был изолирован от, у этого была точно та же самая молекулярная масса.

Чтобы исследовать это явление, центрифуга с еще более высокими скоростями была необходима, и таким образом ультрацентрифуга была создана, чтобы применить теорию распространения отложения осадка. Та же самая молекулярная масса была определена, и присутствие распространяющейся границы предположило, что была единственная компактная частица.

Дальнейшее применение центрифугирования показало, что при различных условиях большие гомогенные частицы могли быть разломаны на дискретные подъединицы. Развитие центрифугирования было большим прогрессом в экспериментальной науке белка.

Источники

• Харрисон, Роджер Г., Тодд, Пол, Rudge, Скотт Р., Petrides D.P. Наука биоразделений и разработка. Издательство Оксфордского университета, 2003.
• Dishon, M., Вайс, G.H., Yphantis, Д.А. Нумерикэл Солушнс Уравнения Lamm. Я. Нумерикэл Проседьюр. Биополимеры, Издание 4, 1966. стр 449-455.
• Главный администратор, В., Демелер Б. Моделинг Анэлитикэл Алтрэсентрифугэйшн Экспериментс с Адаптивным Пространственно-временным Решением для Конечного элемента для Многокомпонентных Систем Реакции. Биофизический Журнал, Издание 95, 2008. стр 54-65.
• Капуста, J.L., Хансен, J.C. Аналитическое ультрацентрифугирование как современный биомолекулярный инструмент исследования. Методы и обзоры, 1999/2000.
• Howlett, G.J., Minton, A.P., Ривас, G. Аналитическое Ультрацентрифугирование для Исследования Ассоциации Белка и Ассамблеи. Общепризнанное мнение в Химической Биологии, Издании 10, 2006. стр 430-436.
• Дамба, J., Velikovsky, C.A., Mariuzza R.A., и др. Скоростной Анализ Отложения осадка Разнородных Взаимодействий Белка белка: Моделирование Уравнения Lamm и Содействующие Распределения Отложения осадка c (s). Биофизический Журнал, Издание 89, 2005. стр 619-634.
• Berkowitz, S.A., Philo, Дж.С. Мониторинг Однородность Приготовлений к Аденовирусу (Система доставки Генотерапии) Используя Аналитическое Ультрацентрифугирование. Аналитическая Биохимия, Издание 362, 2007. стр 16-37.

Что такое центрифугирование? Определение и принцип метода

Что такое центрифугирование? Для чего применяется метод? Термин «центрифугирование» означает разделение жидких либо твердых частиц вещества на различные фракции с помощью центробежных сил. Осуществляется такая сепарация субстанций благодаря использованию специальных аппаратов – центрифуг. В чем же заключается принцип метода?

Принцип центрифугирования

Рассмотрим более детально определение. Центрифугирование – это воздействие на вещества путем сверхскоростного вращения в специализированном аппарате. Главной частью любой центрифуги выступает ротор, который содержит гнезда для установки пробирок с материалом, что подлежит сепарации на отдельные фракции.

Во время вращения ротора на повышенных скоростях в действие вступает центробежная сила. Вещества, помещенные в пробирки, разделяются на различные субстанции согласно уровню плотности. Например, при центрифугировании образцов подземных вод отделяется жидкость и осаждаются содержащиеся в ней твердые частицы.

Автор метода

Впервые стало известно, что такое центрифугирование, после опытов, проведенных ученым А. Ф. Лебедевым. Метод был разработан исследователем с целью определения состава почвенных вод.

Ранее в данных целях использовали отстаивание жидкости с последующим отделением от нее твердых образцов. Разработка метода центрифугирования позволила справляться с этой задачей гораздо быстрее.

Благодаря такой сепарации возникла возможность для извлечения твердой доли веществ из жидкости в сухом виде на протяжении считаных минут.

Дифференциальное центрифугирование начинается с отстаивания веществ, что подлежат исследованию. Такая обработка материала происходит в аппаратах-отстойниках. В ходе отстаивания частицы вещества разделяются под воздействием гравитации. Это позволяет подготовить субстанции к более качественной сепарации с помощью центробежных сил.

Далее вещества в пробирках подвергаются фильтрации. На этом этапе применяются так называемые перфорированные барабаны, что предназначаются для отделения жидких частиц от твердых. В ходе представленных мероприятий весь осадок остается на стенках центрифуги.

Преимущества метода

По сравнению с прочими методами, направленными на разделение отдельных субстанций, такими как фильтрование или отстаивание, центрифугирование дает возможность получать осадок с минимальным показателем влажности.

Применение такого способа сепарации позволяет разделять тонкодисперсные суспензии. Результатом становится получение частиц размером в 5-10 мкм. Еще одним важным преимуществом центрифугирования выступает возможность его выполнения при помощи аппаратуры малых объемов и габаритов.

Единственным недостатком метода выступает высокая энергоемкость приборов.

В биологии к сепарации веществ на отдельные субстанции прибегают при необходимости подготовки препаратов для исследования под микроскопом. Центрифугирование здесь производится на сложных устройствах – цитороторах.

Такие аппараты помимо слотов для пробирок комплектуются держателями образцов, всевозможными предметными стеклами непростой конструкции.

От устройства центрифуги при проведении исследований в биологии напрямую зависит качество получаемых материалов и, соответственно, количество полезной информации, которую можно почерпнуть из результатов анализа.

Центрифугирование в нефтеперерабатывающей промышленности

Метод центрифугирования незаменим при добыче нефти. Существуют углеводородные ископаемые, из которых не полностью выделяется вода при дистилляции.

Центрифугирование дает возможность убрать лишнюю жидкость из состава нефти, повысив ее качество. В данном случае нефть растворяют в бензоле, затем нагревают до 60 оС, а затем подвергают воздействию центробежной силы.

В завершение замеряют количество оставшейся воды в веществе и при необходимости повторяют процедуру.

Центрифугирование крови

Этот метод широко применяется для лечебных целей. В медицине он позволяет решать следующий ряд задач:

1. Получение очищенных образцов крови для проведения плазмафереза. В данных целях в центрифуге отделяют форменные элементы крови от ее плазмы. Операция дает возможность избавить кровь от вирусов, избыточных антител, болезнетворных бактерий, токсинов.
2. Подготовка крови для донорского переливания. После разделения телесной жидкости на отдельные фракции при помощи центрифугирования донору возвращают клетки крови, а плазма применяется для переливания либо замораживается в целях последующего использования.
3. Выделение тромбоцитарной массы. Субстанцию получают из плазмы крови, обогащенной тромбоцитами. Полученную массу используют в хирургических и гематологических отделениях медицинских учреждений, в неотложной терапии, операционных. Применение тромбоцитарной массы в медицине дает возможность улучшить свертываемость крови у пострадавших.
4. Синтез эритроцитарной массы. Центрифугирование клеток крови происходит путем деликатной сепарации ее фракций согласно специальной методике. Готовую массу, богатую эритроцитами, используют для переливания при кровопотерях, операциях. Эритроцитарная масса нередко применяется в целях лечения анемии, прочих заболеваний крови системного характера.

В современной медицинской практике применяется немало приборов нового поколения, которые дают возможность разгонять вращающийся барабан до определенной скорости и останавливать его в определенный момент.

Это позволяет более точно разделять кровь на эритроциты, тромбоциты, плазму, сыворотку и сгустки. Аналогичным способом исследуются прочие телесные жидкости, в частности сепарируются вещества в составе мочи.

Центрифуги: основные типы

Мы разобрались, что такое центрифугирование. Теперь давайте выясним, какие аппараты применяются для реализации метода. Центрифуги бывают закрытыми и открытыми, с механическим или ручным приводом.

Основной рабочей частью ручных открытых приборов выступает вращающаяся ось, расположенная вертикально. В ее верхней части перпендикулярно закреплена планка, где располагаются подвижные металлические гильзы. В них помещаются специальные пробирки, зауженные в нижней части.

На дне пробирок концентрируется плотный, твердый осадок. Над ним находится жидкая часть вещества.

Механические центрифуги закрытого типа обладают большим количеством гильз для размещения пробирок. Такие приборы более удобны по сравнению с ручными. Их роторы приводятся в движение мощными электромоторами и способны разгоняться до 3000 оборотов в минуту. Это дает возможность осуществлять более качественную сепарацию жидких субстанций от твердых.

Пробирки, что применяются для центрифугирования, должны быть наполнены исследуемым материалом идентичной массы. Поэтому для измерений здесь применяются специальные высокоточные весы. Когда требуется уравновешивание многочисленных пробирок в центрифуге, прибегают к следующему приему.

Взвесив пару стеклянных емкостей и добившись одинаковой массы, одну из них оставляют в качестве эталона. Последующие пробирки уравновешивают с этим образцом, прежде чем поместить в аппарат.

Такой прием существенно ускоряет работу при необходимости подготовки к центрифугированию целой серии пробирок.

Стоит заметить, что в пробирки никогда не помещают слишком много исследуемой субстанции. Стеклянные емкости наполняют таким образом, чтобы расстояние до края составляло не менее 10 мм. Иначе вещество будет выливаться из пробирки под воздействием центробежной силы.

Сверхцентрифуги

Для разделения составляющих чрезвычайно тонких суспензий недостаточно применения обычных ручных либо механических центрифуг. В данном случае требуется более внушительное воздействие на вещества со стороны центробежных сил. При реализации таких процессов применяются сверхцентрифуги.

Аппараты представленного плана оснащаются глухим барабаном в виде трубки незначительного диаметра – не более 240 мм. Длина такого барабана значительно превышает его сечение, что дает возможность в значительной степени повысить количество оборотов и создать мощнейшую центробежную силу.

В сверхцентрифуге исследуемое вещество поступает внутрь барабана, движется по трубке и ударяется о специальные отражатели, что отбрасывают материал на стенки прибора. Здесь же имеются камеры, предназначенные для раздельного вывода легких и тяжелых жидкостей.

К достоинствам сверхцентрифуг относятся:

• абсолютная герметичность;
• высочайшая интенсивность сепарации веществ;
• компактные размеры;
• возможность разделения субстанций на молекулярном уровне.

В заключение

Вот мы и выяснили, что такое центрифугирование.

В настоящее время метод находит свое применение при необходимости выделения осадков растворов, очищения жидкостей, разделения компонентов биологически активных и химических веществ.

Для сепарации субстанций на молекулярном уровне применяются ультрацентрифуги. Метод центрифугирования активно используется в химической, нефтяной, атомной, пищевой промышленности, а также в медицине.