Дифференциальное центрифугирование

Приложения

Существует бесчисленное множество областей повседневной работы, где используются различные типы центрифуг. Они используются в здравоохранении, биоаналитических лабораториях, фармацевтической промышленности и других областях. Однако его значение можно выразить двумя словами: разделяй и властвуй.

Отделяет частицы

В химии различные методы центрифугирования важны по многим причинам.

Он разделяет две молекулы или смешиваемые частицы. Он помогает устранить примеси, вещества или нежелательные частицы в образце, например, в образце, в котором желательны только белки.

В биологическом образце, например, крови, плазма может быть отделена от клеточных компонентов путем центрифугирования. Это облегчает проведение различных видов биохимических или иммунологических анализов плазмы или сыворотки, а также рутинных или специальных исследований.

Центрифугирование также может быть использовано для разделения различных типов клеток. Например, из образца крови можно отделить эритроциты от лейкоцитов или лейкоцитов и от тромбоцитов.

Такого же преимущества можно добиться при центрифугировании любой биологической жидкости: Моча, ЦСЖ, амниотическая жидкость и многие другие. Таким образом можно проводить широкий спектр анализов.

Как метод характеристики

Это также позволило изучить или проанализировать характеристики или гидродинамические свойства многочисленных молекул, особенно сложных молекул или макромолекул.

А также многочисленные макромолекулы, такие как нуклеиновые кислоты. Это даже облегчило характеристику детальных подтипов одной и той же молекулы, например, РНК, среди многих других применений.

Математическая формула

В жидкой суспензии многие частицы или клетки будут постепенно падать на дно емкости под действием силы тяжести ; однако время, необходимое для такого разделения, невозможно. Другие очень мелкие частицы невозможно изолировать в растворе до тех пор, пока на них не будет воздействовать высокая центробежная сила . Поскольку суспензия вращается с определенной скоростью или оборотами в минуту (об / мин), центробежная сила позволяет частицам перемещаться радиально от оси вращения. Общая формула для расчета числа оборотов центрифуги в минуту (RPM):

рпMзнак равнограммр{\ displaystyle RPM = {\ sqrt {g \ over r}}},

где g представляет собой соответствующую силу центрифуги, а r — радиус от центра ротора до точки в образце.

Однако, в зависимости от используемой модели центрифуги, соответствующий угол ротора и радиус могут изменяться, поэтому формула изменяется. Например, ротор Sorvall # SS-34 имеет максимальный радиус 10,8 см, поэтому формула принимает вид , который можно упростить до .
рпMзнак равно299граммр{\ textstyle RPM = 299 {\ sqrt {g \ over r}}}рпMзнак равно91грамм{\ textstyle RPM = 91 {\ sqrt {g}}}

По сравнению с гравитацией сила частицы называется «относительной центробежной силой» (RCF). Это перпендикулярная сила, действующая на содержимое ротора в результате вращения, всегда относительно силы тяжести земли, которая измеряет прочность роторов различных типов и размеров. Например, RCF 1000 xg означает, что центробежная сила в 1000 раз сильнее земной гравитационной силы. RCF зависит от скорости вращения в об / мин и расстояния частиц от центра вращения. Наиболее распространенная формула, используемая для расчета RCF:

рCFзнак равно1,118×10-5×р×(рпм)2{\ displaystyle RCF = 1,118 \ times 10 ^ {- 5} \ times r \ times (об / мин) ^ {2}},

где — постоянная; r — радиус, выраженный в сантиметрах , между осью вращения и центром; а об / мин — это скорость в оборотах в минуту.
1,118×10-5{\ textstyle 1.118 \ times 10 ^ {- 5}}

Исторически сложилось так, что многие разделения проводились при скорости 3000 об / мин; приблизительное определение силы g, действующей на этой скорости, состоит в том, чтобы умножить радиус центрифугирования в 10 раз, поэтому радиус 160 мм дает приблизительно 1600 x g. Это довольно произвольный подход, поскольку применяемая относительная центробежная сила линейно зависит от радиуса, поэтому увеличение радиуса на 10% означает, что относительная центробежная сила на 10% выше при той же скорости. Грубо говоря, приведенную выше формулу можно упростить с погрешностью всего 0,62%.
рCFзнак равно10×р{\ textstyle RCF = 10 \ раз r}

Типы ротора

Одним из определяющих элементов является тип ротора, устройство, которое вращается, и место размещения трубок. Есть разные типы роторов. Среди основных — поворотные роторы, роторы с фиксированным углом и вертикальные роторы.

В наклонных роторах при размещении трубок в устройствах этого типа ротора и при вращении трубки приобретают расположение, перпендикулярное оси вращения.

В роторах с фиксированным углом образцы будут расположены внутри твердой конструкции; как видно на изображении и во многих центрифугах.

А в вертикальных роторах в некоторых ультрацентрифугах пробирки будут вращаться параллельно оси вращения.

Источники

• Харрисон, Роджер Г., Тодд, Пол, Радж, Скотт Р., Петридес Д. П. Наука и инженерия биоразделений . Издательство Оксфордского университета, 2003.
• Дишон, М., Вайс, Г. Х. , Ифантис, Д. А. Численные решения уравнения Ламма. I. Численная процедура . Биополимеры, Vol. 4. 1966. С. 449–455.
• Цао, В., Демелер Б. Моделирование аналитических экспериментов по ультрацентрифугированию с помощью адаптивного пространственно-временного решения с конечными элементами для многокомпонентных реагирующих систем . Биофизический журнал, Vol. 95, 2008. С. 54–65.
• Хоулетт, Г.Дж., Минтон, А.П., Ривас, Г. Аналитическое ультрацентрифугирование для изучения ассоциации и сборки белков . Текущее мнение в химической биологии, Vol. 10, 2006. С. 430–436.
• Dam, J., Velikovsky, CA, Mariuzza RA, et al. Анализ скорости седиментации гетерогенных белок-белковых взаимодействий: моделирование с помощью уравнения Ламма и распределения коэффициентов седиментации c (s) . Биофизический журнал, Vol. 89, 2005. С. 619–634.
• Берковиц, С.А., Фило, Дж. С. Мониторинг гомогенности препаратов аденовируса (система доставки генной терапии) с помощью аналитического ультрацентрифугирования . Аналитическая биохимия, Vol. 362, 2007. С. 16–37.

Типы центробежных машин

Существуют различные типы центрифуг, которые можно использовать для центрифугирования образца с различной скоростью.

В зависимости от максимальной скорости, которую они достигают, выраженной в центробежном ускорении (относительная центробежная сила в граммах), их можно просто классифицировать как центробежные колеса, максимальная скорость которых составляет около 3000 g.

Хотя при так называемой суперцентробежной силе можно достичь более высокой скорости в районе 25 000g. А в суперцентробежной силе скорость намного выше, достигая 100000 g.

По другим критериям существуют микроцентрифуги или настольные центрифуги, которые специально разработаны для центрифугирования небольших объемов образцов и достигают от 12 000 до 15 000 g.

Существуют центрифуги большой мощности, которые могут центрифугировать большие объемы образца с высокой скоростью, например, ультрацентрифуги.

Обычно для защиты ротора и образца от перегрева необходимо контролировать несколько факторов. Для этой цели, в частности, были разработаны суперцентрифуги со специальными условиями вакуума или охлаждения.

Методы биологии

Метод ис­сле­до­ва­ния — это спо­соб на­уч­но­го по­зна­ния дей­стви­тель­но­сти

Общенаучные методы

Визуально или с помощью приборов следят за различными объектами для достижения поставленной цели

Изучают сезонные изменения в природе, в жизни растений и животных, поведение животных

Устная или письменная характеристика объекта по результатам наблюдений, получение и накопление информации об объектах, процессах

Палеонтолог описывает кости скелета вымершего животного

Определение количественных значений тех или иных признаков изучаемого объекта или явления с помощью специальных технических устройств

Измерение температуры тела человека, линейкой замеряют рост растения за определенный период времени

Сопоставление и нахождение сходств и различий между объектами (организмами, процессами и др.)

Если сравнивать шерсть бурого и белого медведя, то можно прийти к выводу, что по своим свойствам они много в чем схожи друг с другом (густота, длина, ощущения при прикосновении к ней и т. д.), однако различаются в окраске.

Используется в систематике для распределения организмов по группам, для установления родства и общего происхождения

Классификация

Распределение объектов по соподчинённым группам в соответствии с определёнными признаками

Кошка на основе строения, физиологии, происхождения относится к классу Млекопитающие

Проведение регулярных измерений каких-то величин объектов (процессов организмов, популяций, экосистем, биосферы). Позволяет выявлять изменения каких- либо параметров, показателей во времени

Благодаря мониторингу своевременно можно выявить и принять меры по предупреждению негативных изменений в природе, в популяциях

Изучение объекта (процесса) по отдельным составляющим компонентам. Мысленное разделение изучаемого объекта, выяснение, из каких частей он состоит, каковы его свойства и признаки

С помощью анализа можно исследовать органеллы внутри клетки, клетку внутри организма, организм внутри биоценоза

Процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в целое или набор.

Обобщая знания о строении млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и рыб, можно сделать обобщенный вывод о строении позвоночных. Благодаря синтезу можно изучить целостные характеристики биологических систем (клетки, организма, биоценоза).

Эксперимент

В специальных условиях (управляемых и контролируемых) проводится опыт. Обязательно есть опытная группа, есть контрольная группа. Используется для получения новых научных знаний, закономерностей, для подтверждения или опровержения выдвигаемой гипотезы

Эксперимент, доказывающий образование крахмала при фотосинтезе. Выращивание клеток при разных температурах, выявляя оптимум, при котором рост максимально быстрый

Моделирование

Создаются копии прототипа (объектов, процессов) для их изучения. Изучение объектов на моделях позволяет визуализировать невидимые объекты, изучать и прогнозировать изменения, позволяет отрабатывать умения и навыки, оно менее затратное.

Статистический

Проводится сбор и анализ числовых показателей для дальнейшей обработки. Позволяет получать информацию о динамике изменения показателей, позволяет прогнозировать изменения и своевременно принимать определенные меры.

Выявление частоты встречаемости определенных генов в популяции

Метод, с помощью которого ученые выявляют из частного общее, формулируют теории, законы.

Формулировка правил, законов на основе сравнения результатов экспериментов

Абстрагирование

Позволяет не учитывать ряд существенных для конкретного исследования свойств и признаков биологических объектов, однако помогает выделить те свойства и признаки, которые важны

В исследованиях основных направлений эволюционного процесса главное внимание уделяется усложнению строения органов и систем органов, которое обеспечивает приспособление организмов к условиям существования

Метод микроскопия (микроскопирование)

Примеры центрифугирования

-Благодаря различным методам центрифугирования были достигнуты успехи в точном знании сложных биологических процессов, таких как, среди прочего, инфекционные и метаболические процессы.

-С помощью центрифугирования были выяснены многие ультраструктурные и функциональные аспекты молекул и биомолекул. Среди таких биомолекул белки инсулин и гемоглобин; а с другой стороны, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).

-С помощью центрифугирования знания и понимание многих процессов, поддерживающих жизнь, были расширены. Один из них — цикл Кребса.

В той же области применения он повлиял на знания о молекулах, составляющих дыхательную цепь. Таким образом, проливая свет на понимание сложного процесса окислительного фосфорилирования или истинного клеточного дыхания среди многих других процессов.

-Наконец, он внес свой вклад в изучение различных процессов, таких как инфекционное заболевание, позволяя анализировать путь, по которому следует ДНК, вводимая фагом (бактериальным вирусом), и белки, которые может синтезировать клетка-хозяин.

Дифференциальное центрифугирование

Основным компонентом дифференциального центрифугирования является центрифуга — устройство, которое создает силу тяжести, направленную в отличном от земного направлении. В процессе центрифугирования, образец помещается в пробирки или в центрифужные чашки, которые располагаются на роторе центрифуги.

Ротор центрифуги вращается со значительной скоростью, создавая силы, направленные на отделение компонентов образца. Из-за различных размеров и плотностей компонентов, они будут размещены на различных уровнях в пробирках или центрифужных чашках. После центрифугирования, компоненты можно разделить, извлечь и проанализировать отдельно.

Дифференциальное центрифугирование является ценным инструментом биологов и медицинских исследователей, поскольку позволяет разделить и изолировать различные частицы, такие как клетки, ядра, митохондрии и другие молекулы. Этот метод широко используется в молекулярной биологии, генетике, иммунологии и других областях, где требуется разложение сложных образцов.

Слайд 8Использование центрифугирования в паразитологииМетод используется для дифференцировки сложной кровяной смеси, мочи

или кала, с последующим выделением из нее гельминтов для дальнейшего изучения под микроскопом и фиксации материала. В процессе центрифугирования имеющиеся в пробе паразиты проходят через фильтр и скапливаются в нижнем коническом отсеке пробирки. Сетка фильтра со специально подобранными по размеру ячейками в пробирке расположена вертикально, в результате чего происходит горизонтальная (латеральная) фильтрация пробы. В результате чего, грубые частицы непереваренной пищи, клетчатка оседают в смесительной камере, а паразиты и их яйца беспрепятственно проходят через фильтр. Таким образом, паразиты концентрируются в поверхностном слое мелкодисперсного осадка, и врачу-лаборанту остается только аккуратно отобрать образец для микроскопирования с помощью автоматической пипетки и нанести его на предметное стекло.

Другие методы разделения смесей

Фильтрация – это метод отделения твердых частиц от смеси.

Помимо центрифугирования, смеси могут быть разделены с помощью физических или химических процессов, таких как:

• Фильтрация. Сетка или удерживающий материал используется для пропускания жидкого растворителя (например, воды), но для удержания крупных твердых частиц, присутствующих в растворителе (например, кофейной гущи).
• Экранирование. Это метод, похожий на фильтрование, но позволяющий разделять твердые частицы разных размеров, используя сито, отверстия которого пропускают определенные твердые частицы и задерживают более крупные.

Выпаривание Селективное выпаривание. Для разделения смесей жидкостей или твердых и жидких веществ можно воспользоваться разницей в температурах кипения (или температурах плавления , в случае твердых веществ), нагревая смесь до испарения жидкости (или одной из них) и оставляя твердые вещества (или жидкость с более низкой температурой кипения) в контейнере.

Декантирование. Используя подходящий сосуд, смесь жидкостей или твердых и жидких веществ разделяют, сначала позволяя силе тяжести вытянуть более плотные компоненты на дно сосуда. Менее плотные останутся наверху. Затем более плотный компонент извлекается путем сверления отверстия в дне.

Примеры центрифугирования

-Благодаря различным методам центрифугирования были достигнуты успехи в точном знании сложных биологических процессов, таких как, среди прочего, инфекционные и метаболические процессы.

-С помощью центрифугирования были выяснены многие ультраструктурные и функциональные аспекты молекул и биомолекул. Среди таких биомолекул белки инсулин и гемоглобин; а с другой стороны, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).

-С помощью центрифугирования знания и понимание многих процессов, поддерживающих жизнь, были расширены. Один из них — цикл Кребса.

В этой же области применения он повлиял на знания о молекулах, составляющих дыхательную цепь. Таким образом, проливая свет на понимание сложного процесса окислительного фосфорилирования или истинного клеточного дыхания среди многих других процессов.

-Наконец, он внес свой вклад в изучение различных процессов, таких как инфекционное заболевание, позволяя анализировать путь, по которому следует ДНК, вводимая фагом (бактериальным вирусом), и белки, которые может синтезировать клетка-хозяин.

Типы центрифуг

Существует несколько видов центрифуг, с помощью которых образец можно подвергать центрифугированию с разной скоростью.

В зависимости от максимальной скорости, которую они достигают, выраженной в центробежном ускорении (относительной центробежной силе g), их можно просто классифицировать как центрифуги с максимальной скоростью примерно 3000 g.

В то время как в так называемых суперцентрифугах можно достичь большего диапазона скоростей, близких к 25000 g. А в ультрацентрифугах скорость намного выше, достигая 100000 g.

Согласно другим критериям, существуют настольные микроцентрифуги или центрифуги, специально предназначенные для выполнения процесса центрифугирования с небольшим объемом образца, достигающим диапазона от 12 000 до 15 000 g.

Существуют центрифуги большой емкости, которые позволяют центрифугировать большие объемы образцов с высокой скоростью, например ультрацентрифуги.

Как правило, необходимо контролировать несколько факторов, чтобы защитить ротор и образец от перегрева. Для этого были созданы ультрацентрифуги со специальными условиями вакуума или охлаждения, среди прочего.

Классификация препаративных лабораторных центрифуг

В зависимости от особенностей конструкции и эксплуатационных характеристик препаративные центрифуги можно разделить на 3 основные группы:

Лабораторная препаративная центрифуга для проведения медицинских, химических и биохимических исследований

• Скоростные. Максимальная скорость – 25.000 об/мин при относительном центробежном ускорении до 89.000 g. Для предотвращения нагревания из-за возникающих при вращении ротора сил трения рабочая камера оснащается системой охлаждения. Комплектуются угловыми роторами либо роторами с подвесными контейнерами для размещения биологического материала. Емкость скоростных препаративных центрифуг – 1.5 дм3.
• Ультрацентрифуги. Максимальная скорость – 75.000 об/мин при относительном центробежном ускорении до 510.000g. Для предотвращения нагревания из-за возникающих при вращении ротора сил трения оснащаются системой охлаждения и вакуумной установкой. Роторы ультрацентрифуг изготавливается из сверхпрочных титановых либо алюминиевых сплавов. Для уменьшения вибраций из-за неравномерного заполнения ротора имеют гибкий вал.

К отдельной категории следует отнести препаративные центрифуги специального исполнения, предназначенные для проведения определенных разновидностей исследований и решения специфических задач. В эту группу входят центрифуги с нагревательной рубашкой, рефрижераторные центрифуги и другое подобное оборудование.

Центрифугирование: что это и где применяется?

Центрифугирование — это процедура, процесс, метод механического разделения частиц или молекул вещества с различной плотностью. Другими словами, производится сепарация, при которой вещество разделяется на различные фракции. Их можно проанализировать, чтобы сделать выводы о состоянии, например, какого-либо органа в человеческом теле.

Осадки — это осаждение частиц в воздухе или в жидкой (водной) среде. Это приводит к образованию отложений различных генетических типов.

Поэтому, когда на молекулы и частицы воздействуют центробежные силы, их поведение меняется в зависимости от свойств среды, применяемого метода разделения, типа используемой центрифуги и других факторов. Согласно этому принципу, частицы с большей плотностью оседают, а остальные остаются в виде неоднородной суспензии.

Преимущества центрифугирования в биологии

Метод центрифугирования, широко применяемый в биологии, обладает рядом важных преимуществ, которые делают его неотъемлемой частью множества экспериментов и анализов.

Во-первых, центрифугирование позволяет разделить смесь различных компонентов на основе их плотности. Благодаря этому можно получить чистые фракции исследуемого материала, что является основой для дальнейших исследований и экспериментов.

Во-вторых, центрифугирование позволяет получить высокую концентрацию исследуемого материала. Благодаря вращению образуется значительная сила, которая отделяет более легкие компоненты от более тяжелых. Таким образом, можно получить концентрированный материал, что упрощает его дальнейшую обработку и анализ.

В-третьих, центрифугирование позволяет ускорить процесс отделения компонентов смеси. В сравнении с традиционными методами отделения, центрифугирование позволяет достичь желаемых результатов значительно быстрее

Это особенно важно при работе с большими объемами материала или при проведении экспериментов с ограниченным временем

В-четвертых, центрифугирование позволяет избегать контаминации проб исследуемого материала. Благодаря строго контролируемым условиям центрифугации, можно избежать перемешивания различных компонентов исследуемого материала, что гарантирует точность и надежность получаемых результатов.

Однако, необходимо отметить, что центрифугирование требует соответствующего оборудования и навыков, а также строгого следования протоколам и безопасным методам работы. Несоблюдение требований может привести к некорректным результатам или даже опасным ситуациям.

Тем не менее, преимущества центрифугирования в биологии делают этот метод неотъемлемой составляющей в многих исследованиях и экспериментах, способствуя развитию науки и пониманию биологических процессов.

Слайд 225. Бактерии Бактериальные клетки можно разрушить ультразвуком, с помощью шаровой мельницы

или пресса Френча, хотя не все эти способы удобны для приготовления больших объемов экстракта. В случае небольших объемов клетки можно растирать с окисью алюминия. Грамположительные бактерии обычно чувствительны к лизоциму. (Bacillus). Грамотрицательные бактерии, если их предварительно не обрабатывать, менее чувствительны к лизоциму (E. coli).

Извлечение мембранных белковПри извлечении белков связанных с мембранами эффективным является применение детергентов. Часто для этой цели используется мягкий неионный детергент Тритон Х-100. Детергенты способны растворить клеточную мембрану и солюбилизировать белок сохранив при этом его целостность.

Примеры центрифугирования

-Благодаря различным методам центрифугирования были достигнуты успехи в точном знании сложных биологических процессов, таких как инфекция и обмен веществ, среди прочего..

-Благодаря центрифугированию выяснены многие ультраструктурные и функциональные аспекты молекул и биомолекул. Среди таких биомолекул могут быть упомянуты белки инсулин и гемоглобин; и с другой стороны, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).

-При поддержке центрифугирования расширились знания и понимание многих процессов, поддерживающих жизнь. Одним из них является цикл Кребса.

В этой же области применения повлияло знание о молекулах, составляющих дыхательную цепь. Таким образом, проливая свет на понимание сложного процесса окислительного фосфорилирования или истинного клеточного дыхания, среди многих других процессов.

-Наконец, он способствовал изучению различных процессов, таких как инфекционные, позволяя проанализировать путь, по которому идет ДНК, инъецированная фагом (бактериальным вирусом), и белки, которые клетка-хозяин может синтезировать..

приложений

Есть бесчисленное множество областей ежедневной работы, в которых используются различные виды центрифугирования. Они служат для здравоохранения, в биоаналитических лабораториях, в фармацевтической промышленности и других областях

Однако его важность можно суммировать в двух словах: разделить и охарактеризовать. 

Отделяет частицы

В химии различные методы центрифугирования были чрезвычайно важны по многим причинам..

Это позволяет разделить две молекулы или смешивающиеся частицы. Помогает устранить примеси, вещества или нежелательные частицы в образце; например, образец, в котором желательно сохранить только белки.

В биологическом образце, таком как кровь, плазма может быть отделена от клеточного компонента центрифугированием. Это способствует реализации различных типов биохимических или иммунологических тестов в плазме или сыворотке, а также для рутинных или специальных исследований..

Даже центрифугирование позволяет разделить клетки разных типов. Например, из образца крови можно отделить эритроциты от лейкоцитов или лейкоцитов, а также от тромбоцитов.

Такую же полезность можно получить с помощью центрифугирования в любой биологической жидкости: моче, спинномозговой жидкости, амниотической жидкости и многих других. Таким образом, может быть проведен большой анализ.

Как метод характеристики

Это также позволило изучить или проанализировать характеристики или гидродинамические свойства многих молекул; в основном из сложных молекул или макромолекул.

А также многочисленные макромолекулы, такие как нуклеиновые кислоты. Это даже облегчило характеристику деталей подтипов той же молекулы, что и РНК, среди многих других приложений.

Ультрацентрифугирование

Фракции органелл растительных клеток разделены ультрацентрифугированием в градиенте плотности сахарозы.

После разрушения клеток суспензию можно разделить на основные компоненты с помощью одной из следующих двух процедур ультрацентрифугирования .

Дифференциальное ультрацентрифугирование

Дифференциальное ультрацентрифугирование состоит из серии ультрацентрифугирования с возрастающей скоростью, при которой компоненты разделяются в соответствии со скоростью их осаждения. Самые тяжелые и плотные частицы оседают на дно трубки, образуя гранулы, со скоростью, зависящей от их размера и плотности. Затем супернатант собирают и подвергают дальнейшему ультрацентрифугированию, на этот раз с более высокой скоростью. Процесс может повторяться несколько раз в зависимости от типа клетки и структур, которые необходимо изолировать.

Ультрацентрифугирование в градиенте плотности

Ультрацентрифугирование в градиенте плотности основано на осаждении клеточных компонентов в градиенте плотности, состоящем из растворов разной плотности (сахароза, фиколл и т. Д.). Трубка вращается достаточно долго, чтобы позволить каждому элементу перемещаться к жидкости, где он находит положение равновесия при равенстве плотностей. Следовательно, в этом процессе только плотность определяет разделение, а не размер и форму частиц. После ультрацентрифугирования фракции можно собирать индивидуально для дальнейшего анализа и определения эффективности разделения.

Ультрацентрифугирование в градиенте плотности можно разделить на два основных типа: зональное разделение и изопициклическое разделение. Основное различие между ними состоит в том, что при изопициклическом разделении используется градиент высокой плотности, и ячейки разделяются только разницей в плотности. При зональном разделении используется более низкий градиент плотности, и ячейки в основном разделяются разницей в размерах.

Теория

В вязкой жидкости скорость осаждения данной взвешенной частицы ( пока частица более плотная, чем жидкость) в значительной степени зависит от следующих факторов:

• сила тяжести
• разница в плотности
• вязкость жидкости
• частицы размер и форма

Более крупные частицы оседают быстрее и при меньших центробежных силах. Если частица менее плотная, чем жидкость (например, жиры в воде), частица не будет осаждаться, а скорее будет плавать, независимо от силы перегрузки, испытываемой частицей. Центробежная сила разделяет компоненты не только по плотности, но также по размеру и форме частиц. Напротив, более специализированное центрифугирование в равновесном градиенте плотности дает профиль разделения, зависящий только от плотности частиц, и поэтому подходит для более мелкозернистого разделения.

Высокая перегрузка делает осаждение мелких частиц намного быстрее, чем броуновская диффузия, даже для очень мелких (наноразмерных) частиц. При использовании центрифуги закон Стокса необходимо модифицировать, чтобы учесть изменение силы перегрузки в зависимости от расстояния от центра вращения.

D = 18 η ln ⁡ (R f / R i) (ρ п — ρ е) ω 2 T {\ Displaystyle D = {\ sqrt {\ frac {18 \ eta \, \ ln (R_ {f} / R_ {i})} {(\ rho _ {p} — \ rho _ {f}) \ omega ^ {2} t}}}}

где

• D — минимальный диаметр частиц, которые, как ожидается, осаждаются (м)
• η (или µ) — жидкость динамическая вязкость (Па.с)
• Rf- конечная (м)
• Ri- начальный радиус вращения (м)
• ρp- объемная массовая плотность частиц (кг / м³)
• ρf- объемная массовая плотность жидкости (кг / м³)
• ω — угловая скорость (радиан / с)
• t — время, необходимое для образования осадка от R i до R f (s)