Центрифугування та використання його у фармації.
Химия

Центрифугування та використання його у фармації.


Південно-Казахстанська державна фармацевтична академія

Кафедра медичної біофізики, інформатики та математики

clip_image001

На тему: Центрифугування та використання його у фармації.

Шимкент, 2015

План:

· Центрифугування;

· Застосування центрифугування;

· Сили Коріоліса;

· Висновок;

· Література.

Центрифугування

Центрифугування — це поділ грубодисперсних систем, що складаються з рідких і твердих компонентів з різними щільностями, за допомогою спеціальних апаратів, які називаються центрифугами. Принцип дії центрифуги заснований на створенні великої відцентрової сили, під впливом якої швидкість поділу компонентів суміші, поміщеної в центрифугу, збільшується у багато разів у порівнянні зі швидкістю поділу під дією сили тяжіння.

Центрифуга має корпус, механізм приводу, ротор, робочу (огороджувальну) камеру та панель керування. Деякі центрифуги забезпечені електрогодинником, що забезпечує автоматичне вимкнення та гальмування в діапазоні від 5 до 60 хв. Спеціальні центрифуги мають холодильні та вакуумні установки з приладами стеження та автоматичного керування. Основна частина будь-якої центрифуги — ротор (у лабораторних центрифугах він зазвичай розташовується на вертикально встановленому валу електродвигуна або обертається у вигляді різних передач від валу двигуна, іноді навіть вручну). Ротор центрифуги є диск (хрестовину) з шарнірно закріпленими гніздами для металевих гільз, в яких поміщаються пробірки, що приймають при обертанні горизонтальне положення.
Іноді ротор роблять у вигляді суцільного металевого зрізаного конуса з осередками для пробірок (кутовий ротор); пробірки у ньому розташовуються під постійним кутом до осі обертання (зазвичай 40°). При похилому положенні пробірок відбувається розшарування компонентів суміші швидше. Поділ суміші ведеться у пробірках найрізноманітнішої форми та обсягу. Працюючи на великих швидкостях використовують пробірки з поліетилену, оскільки скляні лопаються. Розташовані в роторі одна проти іншої пробірки з матеріалом, що обробляється, повинні бути врівноважені. Цим здійснюється рівномірне навантаження на вал ротора та забезпечується рівномірне обертання валу центрифуги. Для врівноваження пробірок застосовують особливі ваги.

clip_image003

Центрифуги, що застосовуються в промисловості, відрізняються від лабораторних складнішим пристроєм ротора, що дозволяє центрифугувати велику кількість матеріалу одночасно або ж вести процеси поділу безперервно.

Центрифуги з невеликою швидкістю обертання ротора використовуються в медицині для відокремлення опадів сечі, сироватки крові від згустків, осадження еритроцитів, при серологічних дослідженнях і т.д.

Мікроцентрифуга приводиться у дію вручну; обладнана двома змінними насадками, одна з яких має гнізда для мікропробирок та застосовується при визначенні сумісності крові; інша — з гніздом для вкладання градуйованої мікропіпетки (гематокрит) — призначається для визначення процентного вмісту формених елементів крові.

clip_image004clip_image006clip_image008

Ручна центрифуга має чотири металеві чи пластмасові гільзи для пробірок по 15 мл.

clip_image010

Застосування центрифугування

Центрифуги застосовуються в лабораторній практиці, у сільському господарстві для очищення зерна, видавлювання меду з сот, виділення жиру з молока (див. сепаратор), в промисловості для збагачення руд, у крохмало-паточному виробництві, у текстильному виробництві, у пралень для віджиму води з білизни і т. п. Високошвидкісні газові центрифуги застосовуються для поділу ізотопів, насамперед ізотопів урану в газоподібному з’єднанні (гексафториді урану UF6).

Для поділу частинок розміром менше 100 нм (колоїдів, субклітинних частинок, макромолекул білків, нуклеїнових кислот, ліпідів, полісахаридів, синтетичних полімерів та ін.), зважених або розчинених у рідині. Це досягається обертанням ротора, що створює відцентрове поле з прискоренням, що на багато порядків перевищує прискорення сили тяжіння.

У клінічних та санітарно-гігієнічних лабораторіях центрифугування використовують для відокремлення еритроцитів від плазми крові, згустків крові від сироватки, щільних частинок від рідкої частини сечі тощо.

Ультрацентрифуги, швидкість обертання роторів яких перевищує 40 000 об/хв, застосовують зазвичай в експериментальній практиці для поділу органел клітин, відділення колоїдних частинок, макромолекул полімерів і т.д.

Сили Коріоліса

Сила Коріоліса — одна з сил інерції, що існує в неінерціальній системі відліку через обертання та закони інерції, що виявляється при русі в напрямку під кутом до осі обертання.

Названа на ім’я французького вченого Гюстава Гаспара Коріоліса, який вперше описав її у статті, опублікованій у 1835 році. Іноді висловлюються думки, що першим математичний вираз для сили отримав П’єр-Сімон Лаплас у 1775 році, а ефект відхилення рухомих об’єктів у системах відліку, що обертаються, був описаний Джованні Баттіста Річчолі та Франческо Марія Гримальді у 1651 році.[4].

Причина появи сили Коріоліса – у коріолісовому (поворотному) прискоренні. В інерційних системах відліку діє закон інерції, тобто, кожне тіло прагне рухатися прямою і з постійною швидкістю. Якщо розглянути рух тіла, рівномірний уздовж деякого радіусу, що обертається, і спрямований від центру, то стане ясно, що щоб воно здійснилося, потрібно надавати тілу прискорення, так як чим далі від центру, тим повинна бути більша дотична швидкість обертання. Це означає, що з точки зору системи відліку, яка обертається, якась сила намагатиметься змістити тіло з радіусу.

Якщо обертання відбувається за годинниковою стрілкою, то тіло, що рухається від центру обертання, буде прагнути зійти з радіусу вліво. Якщо обертання відбувається проти годинникової стрілки, то вправо.

Центрифуги дозволяють отримати прискорення до мільйона g.

Коріолісова сила куди цікавіша. Вона діє тільки на ті тіла, що рухаються, і діє в бік. У північній півкулі вона тягне вправо (якщо ви рухаєтеся паралельно поверхні Землі не вниз головою). На екваторі вона тягне нагору, якщо рухатися на схід. Вона теж дуже мала Землі. Уявімо собі повітряну кулю з ідеальною плавучістю (архімедова сила компенсує силу тяжіння), яка рухається вздовж екватора на захід зі швидкістю обертання Землі v=ωR≈470м/с, коріоліс у два перевищить відцентрову силу, але спрямований буде проти неї, тобто вниз. Він повідомить кулі прискорення, яке ми називаємо доцентровим. Це таке прискорення aц.с.=v2/R, яке дозволяє рухатися по колу радіуса R зі швидкістю v, що робить кулю. А з мого погляду (я знову на Марсі), жодних інерційних сил на кулю не діє, а він просто висить на одному місці, тому і в якому центростремительном прискоренні немає потреби.

Незважаючи на те, що коріолісова сила на два, три, а то й чотири порядки менша від сили тяжіння, її особливий характер (спрямованість у бік) призводить до цікавих і важливих наслідків. Циклони та антициклони закручуються завдяки цій силі. Дійсно, якщо десь на Землі зменшується тиск, туди спрямовується повітря, сила Коріоліса, діючи праворуч із північної півкулі, закручує ці потоки проти годинникової стрілки.

Висновок

Центрифуга — пристрій (машина або прилад), що служить для поділу сипких тіл або рідин різної питомої ваги та відокремлення рідин від твердих тіл шляхом використання відцентрової сили. При обертанні в центрифузі частинки з найбільшою питомою вагою розташовуються на периферії, а частинки з меншою питомою вагою ближче до осі обертання.

Метод центрифугування широко застосовується в біології, медицині та техніці, нерідко замінюючи процеси фільтрування, відстоювання та віджимання.

Література:

1. Ремізов А.М. Медична та біологічна фізика: навч. для вузів. -7-е вид., стереотип. -М: Дрофа, 2007.

2. Антонов, В. Ф. Фізика та біофізика: підручник. — М.: ГЕОТАР — Медіа, 2010. — 480 с.

3. Фізика та біофізика: практикум: навч. посібник / В. Ф. Антонов [и др.]. — М: ГЕОТАР-Медіа, 2009.

4. http://www.medical-enc.ru/22/centrifugation.shtml

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/

6. http://www.zakroiteduet.ru/Coriolis/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *