Центрифуга

С Википедије, слободне енциклопедије

Лабораторијска центрифуга
Лежишта за епрувере у центрифуги

Центрифуга је машина која захваљујући центрифугалној сили омогућава раздвајање фаза, односно чврсте фазе од течне. Ово се постиже окретањем течности великом брзином унутар посуде, чиме се одвајају течности различите густине (нпр. крема од млека) или течности од чврстих материја. Делује тако што узрокује да се гушће супстанце и честице крећу ка споља у радијалном правцу. У исто време, објекти мање густине бивају замењени и померају се ка центру. У лабораторијској центрифуги која користи епрувете за узорке, радијално убрзање узрокује да се гушће честице таложе на дно епрувете, док се супстанце мале густине подижу на врх.[1] Центрифуга може бити веома ефикасан филтер који одваја загађиваче из главног тела течности.

Историја[уреди | уреди извор]

Енглески војни инжењер Бењамин Робинс (1707–1751) изумео је апарат са вртном руком за одређивање отпора. Антонин Прандтл је 1864. године предложио идеју центрифуге за млечне производе за одвајање кајмака од млека. Идеју је касније спровео у праксу његов брат Александар Прандтл, који је побољшао дизајн свог брата и изложио радну машину за екстракцију масноће 1875.[2]

Типови[уреди | уреди извор]

Пуна крв се често раздваја помоћу центрифуге на компоненте за складиштење и транспорт

Машина за центрифугирање се може описати као машина са брзо ротирајућим контејнером који примењује центрифугалну силу на свој садржај. Постоји више типова центрифуга, које се могу класификовати према намени или дизајну ротора:

Типови према дизајну ротора:[3][4][5][6]

  • Центрифуге са фиксним углом су дизајниране да држе посуде за узорке под константним углом у односу на централну осу.
  • Центрифуге са замашном главом (или замашном кашиком), за разлику од центрифуга са фиксним углом, имају шарку на којој су посуде за узорке причвршћене за централни ротор. Ово омогућава да се сви узорци окрећу ка споља док се центрифуга окреће.
  • Континуалне цевасте центрифуге немају појединачне посуде за узорке и користе се за апликације велике запремине.

Врсте према намени:

Многи дизајни су бесплатно доступни за центрифуге отвореног кода које се могу дигитално производити. Хардверски дизајн отвореног кода за центрифугу са ручним погоном за веће количине течности са радијалном брзином од преко 1750 о/мин и преко 50 Н релативне центрифугалне силе може се у потпуности 3-D штампати за око 25 долара.[7] Други отворени дизајни хардвера користе прилагођене 3-D штампане уређаје са јефтиним електричним моторима за прављење јефтиних центрифуга (нпр. Дремелфјуџ који користи Дремелов електрични алат) или ЦНЦ исечак Опенфјуџа.[8][9][10][11]

Употребе[уреди | уреди извор]

Узорци стављени у малу лабораторијску центрифугу

Ова метода у лабораторији је посебно корисна приликом добијања смеше при којој је једна супстанца ситно диспергована у другој, односно у растварачу. Практично постоје два типа центрифуга: ситасте и седиментационе. У лабораторији се чешће користе ове друге. Моћ одвајања центрифуге зависи од броја њених обртаја. Ручним центрифугама се може постићи до 1.000 обртаја у минути, док се центрифугама које раде уз помоћ струје може постићи десет пута више обртаја. Овакве центрифуге су, за разлику од ручних, заштићене и предвиђен је опрез у раду са њима. Постоје и ултрацентрифуге које се примењују при истраживању протеина и вируса, на пример и оне могу достићи и до 60.000 обртаја у минути.[12]

Осим у лабораторији, ова машина омогућава да се постигну велика убрзања каква постоје у млазним авионима и ракетама носачима васионских бродова, а приликом обуке космонаута.[13] У домаћинству, центрифуга постоји код веш-машина.

Лабораторијске сепарације[уреди | уреди извор]

Главни чланак: Лабораторијска центрифуга

Широк спектар лабораторијских центрифуга се користи у хемији, биологији, биохемији и клиничкој медицини за изоловање и одвајање суспензија и течности које се не мешају. Оне се веома разликују по брзини, капацитету, контроли температуре и другим карактеристикама. Лабораторијске центрифуге често могу да прихвате низ различитих ротора са фиксним углом и ротирајућих кашика које могу да носе различит број епрувета за центрифуге и који су рангирани за специфичне максималне брзине. Контроле варирају од једноставних електричних тајмера до програмабилних модела који могу да контролишу стопе убрзања и успоравања, брзине рада и температурне режиме. Ултрацентрифуге врте ротора под вакуумом, елиминишући отпор ваздуха и омогућавајући прецизну контролу температуре. Зонски ротори и системи са континуалним протоком су способни да обраде велики број узорака и веће количине узорака, респективно, у инструментима лабораторијског нивоа.[1] Друга примена у лабораторијама је сепарација крви. Крв се раздваја на ћелије и протеине (еритроците, леукоците, тромбоците, итд.) и серум. Припрема ДНК је још једна уобичајена примена за фармакогенетику и клиничку дијагнозу. Узорци ДНК се пречишћавају и ДНК се припрема за одвајање додавањем пуфера и затим центрифугирањем одређено време. Крвни отпад се затим уклања и додаје се други пуфер и поново центрифугира. Када се крвни отпад уклони и дода још један пуфер, пелет се може суспендовати и охладити. Протеини се тада могу уклонити и цео узорак се може поново центрифугирати и ДНК се може потпуно изоловати. Специјализоване цитоцентрифуге се користе у медицинским и биолошким лабораторијама за концентрисање ћелија за микроскопски преглед.[14]

Изотопска сепарација[уреди | уреди извор]

Главни чланак: Гасна центрифуга

Друге центрифуге, прва је центрифуга Зип-типа за раздвајање изотопа,[15] и ове врсте центрифуга се користе у производњи нуклеарне енергије и програмима нуклеарног оружја.

Аеронаутика и астронаутика[уреди | уреди извор]

Главни чланак: Високографитациони тренинг
Цетрифуга од 20 г НАСА Ејмсовог истраживачког центра

Људске центрифуге су изузетно велике центрифуге које тестирају реакције и толеранцију пилота и астронаута на убрзања изнад оних која доживљавају у Земљиној гравитацији.

Прве центрифуге коришћене за људска истраживања користио је Еразмо Дарвин, деда Чарлса Дарвина. Прва велика центрифуга за људе дизајнирана за ваздухопловну обуку створена је у Немачкој 1933. године.[16]

Америчко ваздухопловство у бази Брукс Сити у Тексасу управља центрифугом за људе док чека завршетак нове људске центрифуге у изградњи у Рајт-Патерсон АФБ, Охајо. Центрифугом у бази Брукс Сити управља Школа ваздухопловних снага Сједињених Држава за ваздухопловну медицину у сврху обуке и процене потенцијалних пилота ловаца за лет са високим гравитационим убрзањем у борбеним авионима Ратног ваздухопловства.[17]

За будуће дуготрајне свемирске мисије предложена је употреба великих центрифуга за симулацију осећаја гравитације. Излагање овој симулираној гравитацији би спречило или смањило декалцизацију костију и атрофију мишића који утичу на појединце изложене дугим периодима слободног пада.[17][18]

Аутоматизоване центрифуге

У технолошком центру Европске свемирске агенције (ЕСА) ЕСТЕЦ (у Нордвијку, Холандија) користи се центрифуга пречника 8 метара за излагање узорака у областима природних наука као и физичких наука. Ова центрифуга великог пречника (ЛДЦ)[19] почела је са радом 2007. Узорци могу бити изложени максимално 20 пута већој гравитацији од Земљине. Са своја четири крака и шест гондола које се слободно окрећу могуће је истовремено изложити узорке различитим г-нивоима. Гондоле се могу фиксирати на осам различитих позиција. У зависности од њихове локације могло би се нпр. покренити експеримент са 5 и 10 г у истом циклусу. Свака гондола може да издржи експеримент од највише 80 кг. Експерименти изведени у овом објекту обухватали су рибе зебрице, металне легуре, плазму,,[20] ћелије,[21] течности, планарију,[22] дрозофилу[23] и биљке.

Индустријски центрифугални сепаратор[уреди | уреди извор]

Индустријски центрифугални сепаратор је систем за филтрирање расхладне течности за одвајање честица од течности попут расхладне течности за брушење. Обично се користи за одвајање обојених честица као што су силицијум, стакло, керамика, графит итд. Процес филтрирања не захтева никакве потрошне делове као што су филтер кесе, што чува земљу од штете.[24][25]

Геотехничко моделовање центрифуга[уреди | уреди извор]

Геотехничко центрифугно моделовање се користи за физичко испитивање модела који обухватају тло. Убрзање центрифуге се примењује да би се скалирали модел до гравитационог убрзања и омогућило добијање сразмерног напона прототипа. Ови су обухваћени проблеми као што су темељи зграда и мостова, земљане бране, тунели и стабилност косина, укључујући ефекте као што су оптерећења експлозијом и подрхтавање земљотреса.[26]

Синтеза материјала[уреди | уреди извор]

Услови високе гравитације које ствара центрифуга примењују се у хемијској индустрији, ливењу и синтези материјала..[27][28][29][30] Гравитациони услови у великој мери утичу на конвекцију и пренос масе. Истраживачи су известили да ниво високе гравитације може ефикасно да утиче на фазни састав и морфологију производа.[27]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ а б Сусан Р. Миккелсен & Едуардо Цортóн. Биоаналyтицал Цхемистрy, Цх. 13. Центрифугатион Метходс. Јохн Wилеy & Сонс, Мар 4, 2004, пп. 247–267.
  2. ^ Вогел-Прандтл, Јоханна Лудwиг Прандтл: А Биограпхицал Скетцх, Ремембранцес анд Доцументс, Енглисх транс. V. Васанта Рам. Тхе Интернатионал Центре фор Тхеоретицал Пхyсицс Триесте, Италy, пуб. Аугуст 14, 2004. пп. 10–11.
  3. ^ „Басицс оф Центрифугатион”. Цоле-Пармер. Приступљено 11. 3. 2012. 
  4. ^ „"Пласмид ДНА Сепаратион: Фиxед-Англе анд Вертицал Роторс ин тхе Тхермо Сциентифиц Сорвалл Дисцоверy™ М120 & М150 Мицроултрацентрифугес" (Тхермо Фисцхер публицатион)” (ПДФ). Архивирано из оригинала (ПДФ) 24. 02. 2012. г. Приступљено 14. 11. 2021. 
  5. ^ „Арцхивед цопy” (ПДФ). Архивирано из оригинала (ПДФ) 2014-05-13. г. Приступљено 2012-03-11. 
  6. ^ Хеидцамп, Др. Wиллиам Х. „Аппендиx Ф”. Целл Биологy Лабораторy Мануал. Густавус Адолпхус Цоллеге. Архивирано из оригинала 2. 3. 2012. г. Приступљено 11. 3. 2012. 
  7. ^ Суле, Салил С.; Петсиук, Алиаксеи L.; Пеарце, Јосхуа M. (2019). „Опен Соурце Цомплетелy 3-D Принтабле Центрифуге”. Инструментс (на језику: енглески). 3 (2): 30. дои:10.3390/инструментс3020030 Слободан приступ. 
  8. ^ „ОпенФуге”. www.инструцтаблес.цом. Приступљено 2019-10-27. 
  9. ^ Пеарце, Ј.M., 2012. Буилдинг ресеарцх еqуипмент wитх фрее, опен-соурце хардwаре. Сциенце, 337(6100), пп.1303-1304.
  10. ^ Слеатор, Р.D., 2016. ДИY Биологy–хацкинг гоес вирал!. Сциенце Прогресс, 99(3), пп.278-281.
  11. ^ Меyер, Морган (2012-06-25). „Буилд yоур оwн лаб: До-ит-yоурселф биологy анд тхе рисе оф цитизен биотецх-ецономиес”. Јоурнал оф Пеер Продуцтион (на језику: енглески). 2 (онлине): 4 п. 
  12. ^ Нешић, С. & Вучетић, Ј. 1988. Неорганска препаративна хемија. Грађевинска књига: Београд.
  13. ^ Група аутора, 1976. Популарна енциклопедија. БИГЗ: Београд.
  14. ^ Стокес, Баррy О. (2004). „Принциплес оф Цyтоцентрифугатион”. Лабораторy Медицине. 35 (7): 434—437. ИССН 0007-5027. дои:10.1309/ФТТ59ГWКДWХ69ФБ0 Слободан приступ. 
  15. ^ Цордесман, Антхонy Х.; Ал-Родхан, Кхалид Р. (2006). Иран'с Wеапонс оф Масс Деструцтион: Тхе Реал анд Потентиал Тхреат (на језику: енглески). ЦСИС. ИСБН 9780892064854. 
  16. ^ Митцхелл Г. Асх. „Сциентифиц Цхангес ин Германy 1933, 1945, 1990: Тоwардс а Цомпарисон”. 
  17. ^ а б „Тхе Пулл оф ХyперГравитy – А НАСА ресеарцхер ис студyинг тхе странге еффецтс оф артифициал гравитy он хуманс.”. НАСА. Архивирано из оригинала 16. 03. 2012. г. Приступљено 11. 3. 2012. 
  18. ^ Хсу, Јеремy. „Неw Артифициал Гравитy Тестс ин Спаце Цоулд Хелп Астронаутс”. Спаце.цом. Приступљено 11. 3. 2012. 
  19. ^ ван Лоон ЈЈWА, Краусе Ј., Цунха Х., Гонцалвес Ј., Алмеида Х., Сцхиллер П. Тхе Ларге Диаметер Центрифуге, ЛДЦ, фор лифе анд пхyсицал сциенцес анд тецхнологy. Проц. оф тхе 'Лифе ин Спаце фор Лифе он Еартх Сyмпосиум', Ангерс, Франце, 22–27 Јуне 2008. ЕСА СП-663, Децембер 2008.
  20. ^ Шперка, Јиří; Соучек, Павел; Лоон, Јацк Ј. W. А. Ван; Доwсон, Алан; Сцхwарз, Цхристиан; Краусе, Јутта; Кроесен, Геррит; Кудрле, Вíт (2013-12-01). „Хyпергравитy еффецтс он глиде арц пласма”. Тхе Еуропеан Пхyсицал Јоурнал D (на језику: енглески). 67 (12): 261. Бибцоде:2013ЕПЈД...67..261С. ИССН 1434-6060. С2ЦИД 54539341. дои:10.1140/епјд/е2013-40408-7. 
  21. ^ Сзулцек, Роберт; Безу, Јан ван; Боонстра, Јоханнес; Лоон, Јацк Ј. W. А. ван; Амеронген, Геертен П. ван Ниеуw (2015-12-04). „Трансиент Интервалс оф Хyпер-Гравитy Енханце Ендотхелиал Барриер Интегритy: Импацт оф Мецханицал анд Гравитатионал Форцес Меасуред Елецтрицаллy”. ПЛОС ОНЕ. 10 (12): е0144269. Бибцоде:2015ПЛоСО..1044269С. ИССН 1932-6203. ПМЦ 4670102 Слободан приступ. ПМИД 26637177. дои:10.1371/јоурнал.поне.0144269 Слободан приступ. 
  22. ^ Аделл, Тереса; Салó, Емили; Лоон, Јацк Ј. W. А. ван; Аулетта, Геннаро (2014-09-17). „Планарианс Сенсе Симулатед Мицрогравитy анд Хyпергравитy”. БиоМед Ресеарцх Интернатионал (на језику: енглески). 2014: 679672. ИССН 2314-6133. ПМЦ 4182696 Слободан приступ. ПМИД 25309918. дои:10.1155/2014/679672 Слободан приступ. 
  23. ^ Палома Серрано, Јацк Ј.W. А. ван Лоон, Ф. Јавиер Медина · Ра´ ул Херранз Релатион бетwеен мотилитy аццелератед агинг анд гене еxпрессион ин селецтед Дросопхила страинс ундер хyпергравитy цондитионс. Мицрогравитy Сци. Тецхнол. (2013) 25:67–72.. дои:10.1007/с12217-012-9334-5.  Недостаје или је празан параметар |титле= (помоћ).
  24. ^ „Wхат ис ан Индустриал Центрифуге? Ан индустриал центрифуге ис а мацхине усед фор флуид/партицле сеп”. КYТЕ. Приступљено 21. 9. 2017. 
  25. ^ „Цхип Ремовал Центрифугал Мацхине”. Цхинминн. Приступљено 7. 1. 2020. 
  26. ^ C. W. W. Нг; Y. Х. Wанг; L. M. Зханг (2006). Пхyсицал Моделлинг ин Геотецхницс: процеедингс оф тхе Сиxтх Интернатионал Цонференце он Пхyсицал Моделлинг ин Геотецхницс. Таyлор & Францис. стр. 135. ИСБН 978-0-415-41586-6. 
  27. ^ а б Yин, Xи; Цхен прамодн; Зхоу, Хепинг; Нинг, Xиаосхан (август 2010). „Цомбустион Сyнтхесис оф Ти3СиЦ2/ТиЦ Цомпоситес фром Елементал Поwдерс ундер Хигх-Гравитy Цондитионс”. Јоурнал оф тхе Америцан Церамиц Социетy. 93 (8): 2182—2187. дои:10.1111/ј.1551-2916.2010.03714.x. 
  28. ^ Месqуита, Р.А.; Леива, D.Р.; Yавари, А.Р.; Ботта Филхо, W.Ј. (април 2007). „Мицроструцтурес анд мецханицал пропертиес оф булк АлФеНд(Цу,Си) аллоyс обтаинед тхроугх центрифугал форце цастинг”. Материалс Сциенце анд Енгинееринг: А. 452–453: 161—169. дои:10.1016/ј.мсеа.2006.10.082. 
  29. ^ Цхен, Јиан-Фенг; Wанг, Yу-Хонг; Гуо, Фен; Wанг, Xин-Минг; Зхенг, Цхонг (април 2000). „Сyнтхесис оф Нанопартицлес wитх Новел Тецхнологy: Хигх-Гравитy Реацтиве Преципитатион”. Индустриал & Енгинееринг Цхемистрy Ресеарцх. 39 (4): 948—954. дои:10.1021/ие990549а. 
  30. ^ Абе, Yосхиyуки; Маизза, Гиованни; Беллингери, Стефано; Исхизука, Масао; Нагасака, Yуји; Сузуки, Тетсуyа (јануар 2001). „Диамонд сyнтхесис бy хигх-гравитy д.ц. пласма цвд (хгцвд) wитх ацтиве цонтрол оф тхе субстрате температуре”. Ацта Астронаутица. 48 (2–3): 121—127. Бибцоде:2001АцАау..48..121А. дои:10.1016/С0094-5765(00)00149-1. 

Литература[уреди | уреди извор]

Спољашње везе[уреди | уреди извор]

Центрифуга на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Centrifuga&oldid=27554450”