Avainero – suodatus vs. sentrifugointi
Ennen kuin siirrymme syvälliseen analyysiin suodatuksen ja sentrifugoinnin, kahden erotustekniikan, välisestä erosta, katsokaamme ensin, mikä erotustekniikka on. Biologian tieteessä ja tekniikassa käytetään erotustekniikkaa halutun ainesosan eristämiseksi seoksesta. Tämä on massansiirtoilmiö, joka muuttaa ainesosien seoksen kahdeksi tai useammaksi erilliseksi jakeeksi. Seosten erottelu riippuu kemiallisten ominaisuuksien tai fysikaalisten ominaisuuksien, kuten massan, tiheyden, koon, muodon tai kemiallisen affiniteetin, eroista seoksen ainesosien välillä. Erotustekniikat luokitellaan usein niiden erityisten erojen mukaan, joita ne käyttävät erottamiseen. Suodatus ja sentrifugointi ovat yleisesti käytettyjä erotustekniikoita, jotka perustuvat vain haluttujen hiukkasten fyysiseen liikkeeseen. Keskeinen ero suodatuksen ja sentrifugoinnin välillä on käytetyssä voimassa ja menetelmässä. Suodatuksessa käytetään usein seulontatekniikkaa epäpuhtauksien tai ei-toivottujen materiaalien siivilöimiseksi/poistamiseksi painovoiman avulla. Tämä voidaan saavuttaa fyysisillä esteillä, kuten väliaineilla, kalvoilla tai siivillä. Sentrifugointi käyttää keskipakovoimaa haluttujen yhdisteiden ja hiukkasten erottamiseen molekyylipainon perusteella. Tähän erotukseen käytetään sentrifugikonetta. Tiheämmät yhdisteet siirtyvät sentrifugin ulkopuolelle ja voidaan poistaa sieltä. Tässä artikkelissa tarkastellaan suodatuksen ja sentrifugoinnin eroja.
Mikä on suodatus?
Suodatusta käytetään haluttujen hiukkasten tai aineosien erottamiseen seoksesta tai suspensiosta. Sovelluksesta riippuen joko yksi tai useampi haluttu komponentti voidaan eristää suodatustekniikalla. Se on fysikaalinen erotusmenetelmä ja se on erittäin tärkeää kemiassa, elintarviketieteessä ja tekniikassa erilaisten kemiallisten koostumusten materiaalien erottaminen tai yhdisteiden puhdistaminen. Suodatuksen aikana erottuminen tapahtuu yhdessä tai useammassa rei'itetyssä kerroksessa/kerroksissa. Suodatuksessa säilytetään hiukkaset, jotka ovat liian suuria läpäisemään rei'itetyn kerroksen reikien. Sitten suuret hiukkaset voivat muodostaa jäännös- tai kakkukerroksen suodattimen päälle ja tukkia suodatinverkon, mikä estää nestefaasia kulkemasta suodattimen yli.
Kuva 1: Kuva yksinkertaisesta suodatuksesta.
Mitä sentrifugointi on?
Sentrifugointi on prosessi, jossa sentrifugikonetta käytetään monimutkaisen nesteseoksen/lietteen haluttujen aineosien erottamiseen. Sentrifugoinnin seurauksena sakka kerääntyy nopeammin ja täydellisemmin sentrifugiputken pohjalle. Jäljelle jäänyt neste tunnetaan supernatanttinesteenä. Tämä supernatantti joko siirretään nopeasti putkesta häiritsemättä sakkaa tai poistetaan käyttämällä Pasteur-pipettiä. Sentrifugoinnissa saostuvat hiukkaset riippuvat keskipakokiihtyvyydestä, hiukkasten koosta ja muodosta, läsnä olevien kiintoaineiden tilavuusosuudesta, hiukkasen ja nesteen välisestä tiheyserosta ja viskositeetista.
Kuva 2: Kuva sentrifugointiprosessista
Mitä eroa on suodatuksella ja sentrifugoinnilla?
Suodatuksen ja sentrifugoinnin määritelmä
Suodatus: toimenpide tai prosessi, jossa nesteestä poistetaan jotain ei-toivottua.
Sentrifugointi: prosessi, jossa erotetaan kevyempiä osia liuoksesta tai seoksesta.
Suodatuksen ja sentrifugoinnin ominaisuudet
Suodatuksella ja sentrifugoinnilla voi olla merkittävästi erilaisia ominaisuuksia, ja ne voidaan luokitella seuraaviin alaryhmiin;
Käytetty pakko
Suodatus: Suodatuksessa käytetään painovoimaa.
Sentrifugointi: Sentrifugoinnissa käytetään keskipakovoimaa.
Varusteet
Suodatus: Voidaan käyttää seuloja tai rei'itettyä kerrosta tai siivilä tai väliainetta tai fyysistä kalvoa tai suodatinsuppiloa tai niiden yhdistelmiä. Joitakin suodatusapuvälineitä voidaan käyttää auttamaan suodatuksessa. Nämä ovat yleensä kokoonpuristumatonta piimaata tai piidioksidia.
Sentrifugointi: Sentrifugikonetta ja sentrifugiputkia käytetään.
Toimintatapa
Suodatus: Seoksen suuret hiukkaset eivät pääse kulkemaan suodattimen verkon/rei'itetyn rakenteen läpi, kun taas neste ja pienet hiukkaset kulkevat painovoiman alaisena muuttuen suodokseksi (kuva 1)
Sentrifugointi: Liuosseos sentrifugoidaan pakottaakseen raskaamman/tiheämmän kiinteän aineen pohjalle, jossa se muodostaa usein kiinteän kakun Tämän kakun yläpuolella oleva neste voidaan poistaa tai dekantoida. Tämä menetelmä on erityisen hyödyllinen erotettaessa kiintoaineita, jotka eivät suodatu hyvin (esim. hyytelömäiset tai hienot hiukkaset). (Kuva 2)
Tyypit
Suodatus: On olemassa kolme odotettuun lopputulokseen perustuvaa suodatustekniikkaa, jotka tunnetaan nimellä kuuma-, kylmä- ja tyhjiösuodatus. Kuumasuodatustekniikkaa käytetään ensisijaisesti kiintoaineiden erottamiseen kuumasta liuoksesta. Tätä käytetään estämään kiteiden kehittyminen suodatinsuppilossa, joka joutuu kosketuksiin liuoksen kanssa. Kylmäsuodatustekniikkaa käytetään ensisijaisesti kiteytettävän liuoksen nopeaan jäähdyttämiseen. Tämä menetelmä johtaa hyvin pienten kiteiden kehittymiseen sen sijaan, että saadaan isoja kiteitä jäähdyttämällä liuos hitaasti huoneenlämpötilaan. Tyhjiösuodatusmenetelmää käytetään ensisijaisesti pienelle erälle liuosta pienten kiteiden nopeaan kuivaamiseen. Tämä on tehokkain suodatustekniikka kuumaan ja kylmään suodatukseen verrattuna.
Sentrifugointi: On olemassa kolme sentrifugointitekniikkaa, nimittäin mikrosentrifugit, nopeat sentrifugit ja ultrasentrifugointi. Mikrosentrifugia käytetään usein tutkimustoiminnassa pienten määrien biologisten molekyylien käsittelemiseen. Tämä kone on tarpeeksi pieni kiinnitettäväksi pöydälle. Nopeat sentrifugit pystyvät käsittelemään suurempia näytemääriä, ja niitä käytetään pääasiassa suurissa teollisuussovelluksissa. Ultrasentrifugointia käytetään pääasiassa tutkimustarkoituksiin, kuten biologisten hiukkasten ominaisuuksien tutkimiseen. Se on tehokkain erotusmenetelmä mikrosentrifugeihin ja suurnopeisiin sentrifugeihin verrattuna.
Tarkoitus
Suodatus: Suodatuksen päätarkoitus on saada haluttu tulos poistamalla epäpuhtaudet seoksesta tai kiintoaineiden eristämiseksi seoksesta.
Sentrifugointi: Sentrifugoinnin päätarkoitus on kiinteiden aineiden eristäminen liuoksesta.
Tehokkuus
Suodatus: Yksinkertaiset suodatustekniikat saattavat vaatia paljon aikaa halutun materiaalin erottamiseen, minkä seurauksena suodatus on vähemmän tehokasta kuin sentrifugointi.
Sentrifugointi: Erotus tapahtuu erittäin nopeasti verrattuna suodatustekniikoihin. Siksi sentrifugointi on tehokkaampaa kuin suodatus.
Haitat
Suodatus: Jos suodatetaan hyvin pieniä määriä liuosta, suurin osa tästä liuoksesta saattaa imeytyä suodatinaineeseen. Hyytelömäisiä tai hienojakoisia hiukkasia sisältävät seokset eivät suodatu hyvin. Siksi näiden seosten erottamiseen voidaan käyttää sentrifugointia.
Sentrifugointi: Tämä menetelmä vaatii taitotietoa ja sähköä verrattuna suodatustekniikoihin.
Kustannus
Suodatus: Kustannukset riippuvat suodatusprosessin monimutkaisuudesta, ja tavallisesti yksinkertaiset suodatustekniikat eivät vaadi sähköä yhtä paljon kuin koulutettuja henkilöitä. Siksi siihen liittyvät kustannukset voivat olla alhaiset verrattuna sentrifugointiin.
Sentrifugointi: Kustannukset ovat korkeat verrattuna yksinkertaiseen suodatustekniikkaan, koska sentrifugi tarvitsee sähköä sekä koulutettuja teknikkoja.
Sovellukset
Suodatus: Kahvinsuodatin, vesisuodatin, uunien suodatin hiukkasten poistamiseksi, Pneumaattiset kuljetusjärjestelmät käyttävät suodattimia, laboratoriossa suodatukseen käytetään lasisuppiloa, Buchner-suppiloa tai sintrattua lasisuppiloa. Ihmisen munuaisissa munuaissuodatusta käytetään veren suodattamiseen ja monien elimistölle elintärkeiden alkuaineiden selektiiviseen takaisinimeytymiseen homeostaasin ylläpitämiseksi.
Sentrifugointi: Yksi yleisimmistä sovelluksista on jätevesilietteen käsittely, jossa kiinteät aineet erotetaan erittäin tiivistetyistä suspensioista. Sentrifugointia käytetään myös uraanin rikastusprosessissa. Tämän lisäksi tätä tekniikkaa käytetään biologisessa tutkimuksessa halutun kiinteän tai nesteen eristämiseen seoksesta. Lisäksi sentrifugoinnilla poistetaan maidosta rasvaa rasvattoman maidon valmistamiseksi, viinin kirkastamiseen ja stabilointiin sekä virtsan aineosien ja verielementtien erottamiseen oikeuslääketieteellisissä ja lääketieteellisissä tutkimuslaboratorioissa.
Suodatus ja sentrifugointi ovat erilaisia erotustekniikoita, ja tärkein ero niiden välillä on käytetty voima ja erotuslaitteisto. Tämän seurauksena niillä voi olla huomattavasti erilaiset sovellukset.
