การหมุนเหวี่ยงคืออะไร? วิธีการใช้คืออะไร? คำว่า "การหมุนเหวี่ยง" หมายถึงการแยกอนุภาคของเหลวหรือของแข็งของสารออกเป็นเศษส่วนต่างๆ โดยใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง การแยกสารนี้ดำเนินการโดยใช้เครื่องมือพิเศษ - เครื่องหมุนเหวี่ยง หลักการของวิธีการคืออะไร
หลักการหมุนเหวี่ยง
พิจารณาคำจำกัดความให้ละเอียดยิ่งขึ้น การหมุนเหวี่ยงเป็นผลต่อสารโดยการหมุนด้วยความเร็วสูงพิเศษในเครื่องมือพิเศษ ส่วนหลักของเครื่องหมุนเหวี่ยงคือโรเตอร์ซึ่งมีช่องสำหรับติดตั้งหลอดทดลองด้วยวัสดุที่จะแยกออกเป็นเศษส่วนแยกกัน ระหว่างการหมุนของโรเตอร์ด้วยความเร็วสูง แรงเหวี่ยงจะเข้ามามีบทบาท สารที่ใส่ในหลอดทดลองจะถูกแยกออกเป็นสารต่างๆ ตามระดับความหนาแน่น ตัวอย่างเช่น การปั่นแยกตัวอย่างน้ำบาดาลแยกของเหลวและตกตะกอนของแข็งที่มีอยู่ในนั้น
ผู้เขียนวิธี
เป็นครั้งแรกที่รู้ว่าการหมุนเหวี่ยงคืออะไร หลังจากการทดลองที่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ A. F. Lebedev วิธีนี้ได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยเพื่อกำหนดองค์ประกอบของน้ำในดิน ก่อนหน้านี้ ใช้การตกตะกอนของเหลวตามด้วยการแยกตัวอย่างที่เป็นของแข็งออกจากตัวอย่างเพื่อจุดประสงค์นี้ การพัฒนาวิธีการหมุนเหวี่ยงทำให้สามารถรับมือกับงานนี้ได้เร็วขึ้นมาก ต้องขอบคุณการแยกตัวนี้ ทำให้สามารถแยกเศษของแข็งของสารออกจากของเหลวในรูปแบบแห้งได้ในเวลาไม่กี่นาที
ขั้นตอนของการหมุนเหวี่ยง
การปั่นแยกส่วนต่างเริ่มต้นด้วยการตกตะกอนของสารที่จะตรวจสอบ การประมวลผลวัสดุดังกล่าวเกิดขึ้นในถังตกตะกอน ในระหว่างการตกตะกอน อนุภาคของสสารจะถูกแยกออกภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ซึ่งช่วยให้เตรียมสารเพื่อการแยกสารได้ดีขึ้นโดยใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง
นอกจากนี้ สารในหลอดทดลองจะถูกกรอง ในขั้นตอนนี้จะใช้กลองแบบเจาะรูซึ่งออกแบบมาเพื่อแยกอนุภาคของเหลวออกจากของแข็ง ในระหว่างกิจกรรมที่นำเสนอ ตะกอนทั้งหมดยังคงอยู่บนผนังของเครื่องหมุนเหวี่ยง
ประโยชน์ของวิธีการ
เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่นๆ ในการแยกสารแต่ละชนิด เช่น การกรองหรือการตกตะกอน การปั่นเหวี่ยงทำให้ได้ตะกอนที่มีความชื้นน้อยที่สุด การใช้วิธีการแยกนี้ทำให้สามารถแยกสารแขวนลอยที่กระจายตัวอย่างละเอียดได้ ผลลัพธ์คือได้อนุภาคขนาด 5-10 ไมครอน ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการหมุนเหวี่ยงคือความเป็นไปได้ของการใช้งานโดยใช้อุปกรณ์ขนาดเล็กและขนาด ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวของวิธีนี้คืออุปกรณ์สิ้นเปลืองพลังงานสูง
การหมุนเหวี่ยงในชีววิทยา
ในทางชีววิทยา การแยกสารออกเป็นสารที่แยกจากกัน จะใช้เมื่อจำเป็นต้องเตรียมการเตรียมตัวสำหรับการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ การหมุนเหวี่ยงที่นี่ดำเนินการบนอุปกรณ์ที่ซับซ้อน - ไซโตโรเตอร์ อุปกรณ์ดังกล่าว นอกจากช่องสำหรับหลอดทดลองแล้ว ยังมีตัวยึดตัวอย่าง สไลด์แก้วทุกชนิดที่มีการออกแบบที่ซับซ้อน คุณภาพของวัสดุที่ได้รับและปริมาณข้อมูลที่เป็นประโยชน์ที่สามารถรวบรวมได้จากผลการวิเคราะห์โดยตรงนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบเครื่องหมุนเหวี่ยงเมื่อทำการวิจัยทางชีววิทยา
การหมุนเหวี่ยงในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน
วิธีการหมุนเหวี่ยงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการผลิตน้ำมัน มีซากดึกดำบรรพ์ของไฮโดรคาร์บอนซึ่งน้ำไม่ได้ถูกปล่อยออกมาอย่างสมบูรณ์ระหว่างการกลั่น การหมุนเหวี่ยงทำให้สามารถขจัดของเหลวส่วนเกินออกจากองค์ประกอบของน้ำมันได้ ทำให้คุณภาพน้ำมันเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ น้ำมันจะละลายในน้ำมันเบนซิน จากนั้นให้ความร้อนเป็น 60 oC แล้วจึงใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง สุดท้าย วัดปริมาณน้ำที่เหลืออยู่ในสาร และหากจำเป็น ให้ทำซ้ำขั้นตอนนั้น
หมุนเหวี่ยงเลือด
วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์เป้าหมาย ในการแพทย์จะช่วยให้คุณสามารถแก้ปัญหาจำนวนดังต่อไปนี้:
- เก็บตัวอย่างเลือดบริสุทธิ์สำหรับพลาสมาเฟเรซิส เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ เซลล์เม็ดเลือดจะถูกแยกออกจากพลาสมาในเครื่องหมุนเหวี่ยง การผ่าตัดทำให้สามารถกำจัดเลือดของไวรัส, แอนติบอดีส่วนเกิน, แบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรค, สารพิษ
- เตรียมเลือดบริจาค. หลังจากแยกของเหลวในร่างกายออกเป็นเศษส่วนโดยการหมุนเหวี่ยง เซลล์เม็ดเลือดจะถูกส่งกลับไปยังผู้บริจาค และพลาสมาจะใช้สำหรับการถ่ายเลือดหรือแช่แข็งเพื่อใช้ในภายหลัง
- แยกมวลเกล็ดเลือด. สารนี้ได้มาจากพลาสมาเลือดที่อุดมด้วยเกล็ดเลือด มวลที่ได้นั้นถูกใช้ในแผนกศัลยกรรมและโลหิตวิทยาของสถาบันการแพทย์, ในการรักษาฉุกเฉิน, ห้องผ่าตัด การใช้มวลเกล็ดเลือดในยาทำให้การแข็งตัวของเลือดดีขึ้นในผู้ที่ตกเป็นเหยื่อ
- การสังเคราะห์มวลเม็ดเลือดแดง. การหมุนเหวี่ยงของเซลล์เม็ดเลือดเกิดขึ้นจากการแยกเศษส่วนอย่างละเอียดอ่อนโดยใช้เทคนิคพิเศษ มวลสำเร็จรูปที่อุดมไปด้วยเม็ดเลือดแดงใช้สำหรับถ่ายเลือดในกรณีที่มีการสูญเสียเลือดการผ่าตัด มวลเม็ดเลือดแดงมักใช้รักษาโรคโลหิตจางและโรคทางระบบเลือดอื่นๆ
ในทางการแพทย์สมัยใหม่ มีการใช้อุปกรณ์ของคนรุ่นใหม่จำนวนมาก ซึ่งทำให้สามารถเร่งความเร็วของถังซักที่หมุนได้ในระดับหนึ่งและหยุดมันในช่วงเวลาหนึ่ง ช่วยให้คุณแยกเลือดออกเป็นเซลล์เม็ดเลือดแดง เกล็ดเลือด พลาสมา ซีรั่ม และ. ได้แม่นยำยิ่งขึ้นลิ่มเลือด ของเหลวในร่างกายอื่นๆ ได้รับการตรวจสอบในลักษณะเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การแยกสารในองค์ประกอบของปัสสาวะ
เครื่องปั่นเหวี่ยง: ประเภทหลัก
เรารู้แล้วว่าการหมุนเหวี่ยงคืออะไร ตอนนี้เรามาดูกันว่าอุปกรณ์ใดที่ใช้ในการใช้วิธีนี้ เครื่องหมุนเหวี่ยงจะปิดหรือเปิด โดยใช้ระบบขับเคลื่อนแบบกลไกหรือแบบแมนนวล ส่วนการทำงานหลักของอุปกรณ์เปิดแบบแมนนวลคือแกนหมุนที่อยู่ในแนวตั้ง ในส่วนบนของแท่งนั้น แท่งถูกยึดในแนวตั้งฉาก โดยติดตั้งปลอกโลหะที่เคลื่อนที่ได้ ประกอบด้วยหลอดทดลองพิเศษที่ด้านล่างแคบลง วางสำลีไว้ที่ด้านล่างของแขนเสื้อ ซึ่งทำให้สามารถหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อหลอดทดลองแก้วเมื่อสัมผัสกับโลหะ ถัดไป อุปกรณ์ถูกตั้งค่าให้เคลื่อนที่ หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง ของเหลวจะถูกแยกออกจากสารแขวนลอย หลังจากนั้นเครื่องหมุนเหวี่ยงแบบแมนนวลจะหยุดลง ตะกอนที่เป็นของแข็งและหนาแน่นจะกระจุกตัวอยู่ที่ด้านล่างของหลอดทดลอง ด้านบนเป็นส่วนของของเหลว
เครื่องหมุนเหวี่ยงชนิดปิดแบบกลไกมีปลอกหุ้มจำนวนมากเพื่อรองรับหลอดทดลอง อุปกรณ์ดังกล่าวสะดวกกว่าอุปกรณ์แบบแมนนวล โรเตอร์ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าทรงพลังและสามารถเร่งความเร็วได้ถึง 3000 รอบต่อนาที ทำให้สามารถแยกสารของเหลวออกจากของแข็งได้ดีขึ้น
คุณสมบัติของการเตรียมหลอดในระหว่างการปั่นเหวี่ยง
หลอดที่ใช้สำหรับการหมุนเหวี่ยงต้องเติมวัสดุทดสอบที่มีมวลเท่ากัน ดังนั้นจึงใช้เครื่องชั่งความแม่นยำสูงพิเศษในการวัดที่นี่ เมื่อต้องการปรับสมดุลหลายหลอดในเครื่องหมุนเหวี่ยง จะใช้เทคนิคต่อไปนี้ หลังจากชั่งน้ำหนักภาชนะแก้วคู่หนึ่งและได้มวลเท่ากันแล้ว ภาชนะหนึ่งจะถูกปล่อยให้เป็นมาตรฐาน หลอดที่ตามมาจะถูกปรับสมดุลกับตัวอย่างนี้ก่อนที่จะนำไปใส่ในอุปกรณ์ เทคนิคนี้ช่วยเร่งการทำงานได้อย่างมากหากจำเป็นต้องเตรียมหลอดทั้งชุดสำหรับการปั่นแยก
ควรสังเกตว่าไม่เคยใส่สารทดสอบมากเกินไปในหลอดทดลอง บรรจุภาชนะแก้วในลักษณะที่ระยะห่างจากขอบอย่างน้อย 10 มม. มิฉะนั้น สารจะไหลออกจากหลอดทดลองภายใต้อิทธิพลของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง
ซุปเปอร์เซนตริฟิวจ์
ในการแยกส่วนประกอบของระบบกันกระเทือนที่ละเอียดมาก เครื่องหมุนเหวี่ยงแบบธรรมดาหรือแบบธรรมดายังไม่เพียงพอ ในกรณีนี้ จำเป็นต้องมีผลที่น่าประทับใจยิ่งขึ้นต่อสารจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง supercentrifuges ถูกนำมาใช้ในการดำเนินการตามกระบวนการดังกล่าว
อุปกรณ์ของแผนที่นำเสนอมีการติดตั้งกลองแบบตาบอดในรูปแบบของท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก - ไม่เกิน 240 มม. ความยาวของดรัมดังกล่าวเกินหน้าตัดอย่างมาก ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มจำนวนรอบได้อย่างมากและสร้างแรงเหวี่ยงที่ทรงพลัง
ในซุปเปอร์เซนตริฟิวจ์ สารทดสอบจะเข้าสู่ถังซัก เคลื่อนที่ไปตามท่อและกระทบกับรีเฟลกเตอร์พิเศษที่ถูกโยนทิ้งไปวัสดุบนผนังของอุปกรณ์ นอกจากนี้ยังมีช่องที่ออกแบบมาสำหรับการแยกของเหลวที่มีน้ำหนักเบาและหนัก
ประโยชน์ของเครื่องปั่นเหวี่ยงซุปเปอร์ ได้แก่:
- แน่นแฟ้น;
- อัตราการแยกสูงสุด
- ขนาดกะทัดรัด;
- ความเป็นไปได้ของการแยกสารในระดับโมเลกุล
กำลังปิด
เราจึงพบว่าการหมุนเหวี่ยงคืออะไร ในปัจจุบัน วิธีการนี้พบการประยุกต์ใช้เมื่อจำเป็นต้องแยกตะกอนของสารละลาย ทำให้ของเหลวบริสุทธิ์ และแยกส่วนประกอบของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและสารเคมี Ultracentrifuges ใช้เพื่อแยกสารในระดับโมเลกุล วิธีการหมุนเหวี่ยงถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในอุตสาหกรรมเคมี น้ำมัน นิวเคลียร์ อาหาร และยา