Centrifugação: tipos e aplicação do método. O que é centrifugação? Definição e princípio do método Qual é o modo de centrifugação padrão

O que é centrifugação? Para que serve o método? O termo "centrifugação" significa a separação de partículas líquidas ou sólidas de uma substância em várias frações usando forças centrífugas. Esta separação de substâncias é realizada através da utilização de dispositivos especiais - centrífugas. Qual é o princípio do método?

Princípio de centrifugação

Vejamos a definição com mais detalhes. A centrifugação é o efeito sobre as substâncias por meio da rotação em velocidade ultra-alta em um aparelho especializado. A parte principal de qualquer centrífuga é o rotor, que contém ninhos para instalação de tubos de ensaio com material que está sujeito à separação em frações separadas. Quando o rotor gira em altas velocidades, as substâncias colocadas nos tubos de ensaio são separadas em diferentes substâncias de acordo com o nível de densidade. Por exemplo, a centrifugação de amostras de águas subterrâneas separa o líquido e precipita as partículas sólidas que ele contém.

Autor do método

Pela primeira vez, soube-se o que é centrifugação após experimentos conduzidos pelo cientista A.F. Lebedev. O método foi desenvolvido por um pesquisador para determinar a composição da água do solo. Anteriormente, para esses fins, era utilizada a decantação do líquido com posterior separação das amostras sólidas. O desenvolvimento do método de centrifugação permitiu realizar esta tarefa com muito mais rapidez. Graças a essa separação, foi possível extrair a porção sólida das substâncias de um líquido na forma seca em questão de minutos.

Etapas de centrifugação

A centrifugação diferencial começa com a sedimentação das substâncias que são objeto de pesquisa. Este processamento de material ocorre em dispositivos de sedimentação. Durante a sedimentação, as partículas de matéria são separadas sob a influência da gravidade. Isso permite preparar substâncias para uma melhor separação usando forças centrífugas.

Em seguida, as substâncias nos tubos de ensaio passam por filtração. Nesta fase são utilizados os chamados tambores perfurados, que se destinam a separar as partículas líquidas das sólidas. Durante as atividades apresentadas, todos os sedimentos permanecem nas paredes da centrífuga.

Vantagens do método

Em comparação com outros métodos destinados à separação de substâncias individuais, como a filtração ou a sedimentação, a centrifugação permite obter um sedimento com um teor mínimo de humidade. A utilização deste método de separação permite a separação de suspensões finas. O resultado é a produção de partículas com tamanho de 5 a 10 mícrons. Outra vantagem importante da centrifugação é a possibilidade de realizá-la utilizando equipamentos de pequenos volumes e dimensões. A única desvantagem do método é o alto consumo de energia dos dispositivos.

Centrifugação em biologia

Em biologia, recorre-se à separação de substâncias em substâncias individuais quando é necessário preparar preparações para exame ao microscópio. A centrifugação aqui é realizada usando dispositivos complexos - citorotores. Além de slots para tubos de ensaio, esses dispositivos são equipados com porta-amostras e todos os tipos de lâminas de design complexo. O design da centrífuga durante a realização de pesquisas em biologia afeta diretamente a qualidade dos materiais obtidos e, consequentemente, a quantidade de informações úteis que podem ser obtidas dos resultados da análise.

Centrifugação na indústria de refino de petróleo

O método de centrifugação é indispensável na produção de petróleo. Existem minerais de hidrocarbonetos dos quais a água não é completamente liberada durante a destilação. A centrifugação permite retirar o excesso de líquido do óleo, aumentando sua qualidade. Neste caso, o óleo é dissolvido em benzeno, depois aquecido a 60 o C e depois submetido à força centrífuga. Por fim, meça a quantidade de água restante na substância e repita o procedimento se necessário.

Centrifugação de sangue

Este método é amplamente utilizado para fins medicinais. Na medicina, permite resolver o seguinte número de problemas:

1. Obtenção de amostras de sangue purificado para plasmaférese. Para isso, os elementos figurados do sangue são separados do plasma em uma centrífuga. A operação permite livrar o sangue de vírus, excesso de anticorpos, bactérias patogênicas e toxinas.
2. Preparando sangue para transfusão de doadores. Depois que o fluido corporal é separado em frações separadas por centrifugação, as células sanguíneas são devolvidas ao doador e o plasma é usado para transfusão ou congelado para uso posterior.
3. Isolamento da massa plaquetária. A substância é obtida da massa resultante e é utilizada em departamentos cirúrgicos e hematológicos de instituições médicas, em atendimentos de emergência e salas cirúrgicas. O uso da massa plaquetária na medicina permite melhorar a coagulação do sangue nas vítimas.
4. Síntese de glóbulos vermelhos. A centrifugação das células sanguíneas ocorre através da delicada separação de suas frações de acordo com uma técnica especial. A massa acabada, rica em glóbulos vermelhos, é usada para transfusão durante perdas de sangue e operações. Os glóbulos vermelhos são frequentemente usados ​​para tratar anemia e outras doenças sistêmicas do sangue.

Na prática médica moderna, são utilizados diversos dispositivos de nova geração que permitem acelerar um tambor giratório até uma determinada velocidade e pará-lo em um determinado momento. Isto permite que o sangue seja separado com mais precisão em glóbulos vermelhos, plaquetas, plasma, soro e coágulos. Outros fluidos corporais são examinados de maneira semelhante, em particular, as substâncias da urina são separadas.

Centrífugas: principais tipos

Nós descobrimos o que é centrifugação. Agora vamos descobrir quais dispositivos são usados ​​para implementar o método. As centrífugas podem ser fechadas ou abertas, acionadas mecanicamente ou manualmente. A principal parte funcional dos instrumentos abertos manuais é um eixo rotativo localizado verticalmente. Na sua parte superior existe uma barra fixa perpendicularmente onde se localizam as mangas metálicas móveis. Eles contêm tubos de ensaio especiais estreitados na parte inferior. O algodão é colocado na parte inferior das mangas, o que evita danos ao tubo de ensaio de vidro ao entrar em contato com o metal. Em seguida, o aparelho é colocado em movimento. Depois de algum tempo, o líquido se separa dos sólidos em suspensão. Depois disso, a centrífuga manual é parada. Um sedimento denso e sólido concentra-se no fundo dos tubos de ensaio. Acima está a parte líquida da substância.

As centrífugas mecânicas do tipo fechado possuem um grande número de mangas para acomodar tubos de ensaio. Esses dispositivos são mais convenientes do que os manuais. Seus rotores são acionados por potentes motores elétricos e podem acelerar até 3.000 rpm. Isso permite uma melhor separação das substâncias líquidas das sólidas.

Características de preparação de tubos para centrifugação

Os tubos de ensaio utilizados para centrifugação devem ser preenchidos com material de teste de massa idêntica. Portanto, escalas especiais de alta precisão são usadas aqui para medições. Quando é necessário equilibrar vários tubos em uma centrífuga, a técnica a seguir é utilizada. Depois de pesar alguns recipientes de vidro e atingir a mesma massa, um deles fica como padrão. Os tubos subsequentes são equilibrados com esta amostra antes de serem colocados no aparelho. Esta técnica acelera significativamente o trabalho quando é necessário preparar toda uma série de tubos para centrifugação.

É importante notar que nunca se coloca muita substância em teste em tubos de ensaio. Os recipientes de vidro são enchidos de forma que a distância até a borda seja de pelo menos 10 mm. Caso contrário, a substância fluirá para fora do tubo de ensaio sob a influência da força centrífuga.

Supercentrífugas

Para separar os componentes de suspensões extremamente finas, não basta utilizar centrífugas convencionais manuais ou mecânicas. Neste caso, é necessário um efeito mais impressionante das forças centrífugas sobre as substâncias. Ao implementar tais processos, são utilizadas supercentrífugas.

Os dispositivos do plano apresentado estão equipados com um tambor cego em forma de tubo de pequeno diâmetro - não superior a 240 mm. O comprimento desse tambor excede significativamente sua seção transversal, o que permite aumentar significativamente o número de revoluções e criar uma poderosa força centrífuga.

Em uma supercentrífuga, a substância testada entra no tambor, passa pelo tubo e atinge refletores especiais, que jogam o material nas paredes do aparelho. Existem também câmaras projetadas para descarga separada de líquidos leves e pesados.

As vantagens das supercentrífugas incluem:

• estanqueidade absoluta;
• a maior intensidade de separação de substâncias;
• dimensões compactas;
• a capacidade de separar substâncias em nível molecular.

Finalmente

Então descobrimos o que é centrifugação. Atualmente, o método encontra sua aplicação quando é necessário isolar precipitados de soluções, purificar líquidos e separar componentes de substâncias biologicamente ativas e químicas. Ultracentrífugas são usadas para separar substâncias em nível molecular. O método de centrifugação é usado ativamente nas indústrias química, petrolífera, nuclear, alimentícia, bem como na medicina.

A centrifugação é a separação de misturas mecânicas em seus componentes.
pela ação da força centrífuga. Dispositivos usados ​​para isso
os alvos são chamados de centrífugas.
A parte principal da centrífuga é o rotor com
Possui slots para tubos de centrífuga. O rotor gira com
alta velocidade, como resultado da criação de danos significativos
magnitude das forças centrífugas, sob a influência das quais
misturas mecânicas são separadas, por exemplo
sedimentação de partículas suspensas em um líquido.

Processos que ocorrem em uma centrífuga

Filtragem centrífuga

Decantação centrífuga

Esclarecimento centrífugo

Uso de centrifugação em parasitologia

Método de centrifugação em citologia

10. Centrifugação em botânica e fisiologia vegetal

11. Método de centrifugação em virologia

12. Dificuldades na utilização do método de centrifugação

Filtração é o processo de separação de sólidos suspensos em líquidos ou gases. Um líquido ou gás com partículas sólidas passa através de um material poroso (filtro), cujos tamanhos de poros são tão pequenos que as partículas sólidas não passam pelo filtro. Os tamanhos dos poros determinam a capacidade do filtro em reter partículas sólidas de vários tamanhos, bem como a sua produtividade, ou seja, a quantidade de líquido que pode ser separada por unidade de tempo.

O processo de filtração é afetado pela viscosidade do líquido e pela diferença de pressão em ambos os lados do filtro. Quanto maior a viscosidade de um líquido, mais difícil será sua filtragem. Como a viscosidade de um líquido diminui com o aumento da temperatura, os líquidos quentes são mais fáceis de filtrar do que os frios. A filtração de líquidos viscosos muitas vezes pode ser facilitada diluindo-os com um solvente, que pode ser facilmente destilado após a conclusão da filtração. Quanto maior for a diferença de pressão, maior será a taxa de filtração. Portanto, a filtração é frequentemente realizada com pressão reduzida ou excessiva. Ao filtrar sob pressão, os sedimentos gelatinosos aderem firmemente ao filtro, cujos poros ficam facilmente obstruídos e a filtração é interrompida.

Se o tamanho das partículas da fase sólida for menor que o tamanho dos poros do filtro, a suspensão não pode ser filtrada. Assim, os filtros de papel comuns não retêm partículas finas de muitas soluções coloidais. Nesses casos, antes da filtração, a solução coloidal é aquecida ou é adicionado um eletrólito, o que leva à coagulação (grossamento das partículas e formação de precipitado).

Quando o objetivo da filtração é obter um filtrado transparente em vez de um precipitado puro, para melhor separar as partículas finas do líquido, adiciona-se a este uma pequena quantidade de carvão ativo em pó, agita-se e filtra-se.

A filtração de misturas contendo substâncias que obstruem os poros do filtro e formam camadas viscosas sobre ele é muitas vezes facilitada pela adição de areia fina de quartzo, solo infusor, fibra de amianto e polpa de celulose (papel).

A filtração pode ser realizada de várias maneiras, dependendo da natureza dos líquidos a serem filtrados e das propriedades da fase sólida (precipitado) que precisa ser separada do líquido ou gás.

Se a fase sólida da mistura assentar facilmente, a maior parte dela poderá ser removida antes de ser filtrada por decantação. A decantação - método mais simples de separação das fases sólida e líquida - baseia-se no fato de que, na ausência de agitação, a substância sólida deposita-se no fundo do recipiente e o líquido límpido pode ser separado por drenagem do sedimento sedimentado. Às vezes, a decantação também pode ser usada para separar dois sólidos de densidades diferentes. A decantação com sifão é frequentemente usada para enxaguar sólidos pouco solúveis (Fig. 118). O enxágue por decantação é significativamente mais eficaz do que o enxágue da torta de filtro, onde o líquido normalmente não penetra uniformemente entre as partículas sólidas.

Filtração pelo próprio peso do líquido

Este método de filtração é normalmente utilizado nos casos em que a fase sólida filtrada não é necessária (remoção de impurezas mecânicas das soluções), ou quando a fase líquida pode ser completamente removida por tratamento repetido do sedimento com um solvente apropriado.

A filtração convencional é utilizada quando é necessário filtrar soluções concentradas a quente ou soluções de substâncias cristalinas em solventes voláteis. Quando tais soluções são filtradas no vácuo, o solvente evapora sob o filtro, que esfria bruscamente e fica obstruído com os cristais liberados.

Vários tipos de papel de filtro, filtros de papel prontos sem gordura e sem cinzas são usados ​​​​principalmente como material de filtro.

O papel de filtro para uso direto está disponível em dois graus: FNB - filtração rápida com tamanho de poro de 3,5-10 mícrons e FNS - filtração de velocidade média com tamanho de poro de 1-2,5 mícrons. O teor de cinzas desses tipos de papel é de até 0,2%.

Para a produção de filtros de papel isentos de cinzas e gorduras, são produzidos três tipos de papel filtro: FOB - filtração rápida; FOS - média filtração; FOM - filtração lenta.

Filtros de papel redondos prontos, sem gordura (com fita amarela) e sem cinzas, estão disponíveis em vários diâmetros em embalagens de 100 unidades. A escolha do tamanho do filtro depende da massa de sólidos a ser separada e não do volume de líquido a ser filtrado.

Os filtros sem cinzas para trabalho de laboratório variam em capacidade de separação (retenção). Essa diferença é determinada pela cor da fita de papel utilizada para cobrir a embalagem.

São aceitas as seguintes designações: fita branca - filtragem rápida, vermelha - filtragem média, azul - filtragem lenta, destinada à filtragem de sedimentos de granulação fina (como BaSO4).

A escolha da marca do filtro em cada caso individual depende das propriedades do sólido separado. Filtros muito densos só devem ser usados ​​quando realmente necessário.

Papel de filtro e filtros prontos não podem ser usados ​​para filtrar soluções concentradas de ácidos fortes ou álcalis, pois isso reduz a resistência mecânica dos filtros.

Os filtros de papel podem ser simples ou dobrados (achatados). Para fazer um filtro simples e liso, um pedaço redondo de papel de filtro de determinado tamanho é dobrado quatro vezes e cortado com uma tesoura para formar um setor do círculo. A dependência do diâmetro do filtro com o diâmetro do funil do filtro de vidro é apresentada a seguir:

O filtro liso deve se encaixar perfeitamente nas paredes do funil, principalmente na parte superior. Para isso, ao dobrar o filtro, é recomendável dobrar o semicírculo não ao longo da linha do meio, mas ao longo de uma linha paralela próxima a ela.

O filtro dobrado é colocado em um funil (você não pode enchê-lo mais que 1/3 ou 1/2 com sedimento), umedeça-o com água destilada e encha o bico (tubo) do funil com água. Para fazer isso, o filtro é levantado e abaixado rapidamente. As bordas do filtro devem ficar 5 a 10 mm abaixo da borda do funil. O filtro úmido é cuidadosamente pressionado contra o funil. A filtração começa imediatamente para garantir que o bico do funil permaneça cheio de líquido. Não encha o funil com solução mais de 3/4 do volume. A ponta do bico deve tocar a parede interna do copo que contém o filtrado para evitar respingos.

Filtros suaves simples são comumente usados ​​em laboratórios analíticos para filtrar soluções diluídas.

A filtragem é significativamente mais rápida ao usar filtros plissados. Esses filtros são fáceis de fazer (Fig. 119). As dobras do filtro não devem chegar perto do centro, caso contrário o papel no centro do filtro pode rasgar. O filtro acabado é inserido no funil de forma que fique adjacente às suas paredes. Se o funil tiver um ângulo maior ou menor que 60°, o filtro é ajustado a ele alterando a posição da segunda curva. É necessário que o filtro tenha uma extremidade suficientemente afiada para que o papel de filtro não seja danificado por dobras repetidas.

Antes de colocar o filtro preparado no funil, ele é desdobrado e dobrado de forma que a parte externa do papel de filtro fique voltada para dentro do filtro. O filtro, corretamente colocado no funil, é umedecido com o líquido filtrado ou água destilada.

Ao filtrar soluções quentes e utilizar funis de grande diâmetro, a parte superior do filtro pode estourar. Para eliminar este perigo, um inserto de porcelana perfurado pequeno ou especial é inserido em um funil grande, e é melhor filtrar através de dois filtros dobrados colocados juntos.

O equipamento para filtração à pressão atmosférica e temperatura ambiente é simples e consiste em funil, filtro, receptor e suporte. Para filtrar soluções quentes saturadas de sólidos, utilizam-se funis largos e encurtados, e para filtração rápida de grandes volumes de líquidos, utilizam-se funis corrugados, cujas paredes irregulares, em combinação com filtros lisos, aumentam a superfície de filtragem eficaz. O funil é fixado em um anel preso a um suporte de laboratório ou inserido diretamente no gargalo do frasco - o receptor do filtrado. Neste último caso, é necessário colocar uma tira de papel filtro sob o funil para que o ar deslocado pelo filtrado possa escapar do frasco.

A filtragem costuma ser difícil se uma camada de ar (uma bolsa de ar) se formar entre o filtro de papel e a parede do funil. Para evitar isso, cria-se um leve excesso de pressão no interior do funil: o funil é coberto com um pedaço de papel filtro umedecido nas bordas e um funil invertido do mesmo diâmetro. O ar é bombeado através do tubo superior do funil usando um bulbo de borracha, eliminando assim a bolsa de ar.

Para agilizar a filtragem, alongue o tubo do funil: um tubo de vidro do mesmo (ou um pouco menor) diâmetro interno é conectado à bica por meio de um tubo de borracha. Depois de algum tempo, todo o tubo é preenchido com uma coluna de filtrado, criando vácuo.

Recomenda-se filtrar soluções altamente alcalinas e soluções de ácido fluorídrico através de funil de polietileno poroso. Para fazer esse funil (Fig. 120), são utilizados dois funis de vidro, o externo é fechado no ponto de estreitamento com uma rolha e o interno é derretido no mesmo local. Uma mistura de pó de polietileno e cloreto de sódio finamente moído na proporção de massa de 1:4 é colocada entre as paredes dos funis e mantida em estufa a 130-150 °C. De vez em quando, o funil interno é girado com pressão para aplicar uniformemente a massa semilíquida na superfície interna do funil externo. Após o resfriamento, o funil interno é removido, o tampão é removido do tubo externo do funil e a massa sinterizada é lavada com água morna para remover o cloreto de sódio.

A velocidade de filtração é diretamente proporcional à pressão hidrostática do líquido filtrado, portanto, ao filtrar grandes volumes de líquidos, é benéfico manter um nível constante de líquido no filtro. Na Fig. 121 mostra dispositivos caseiros simples para adicionar líquido automaticamente ao filtro. O recipiente com o líquido é fechado com uma rolha de borracha limpa equipada com um tubo para entrada de líquido e um tubo para entrada de ar. O nível da extremidade inferior do tubo de entrada de ar determina o nível do líquido no filtro. Se o nível cair, o ar entra no recipiente e comprime o líquido no filtro. Como resultado, o nível do líquido no filtro aumenta e o acesso ao ar dentro do recipiente é fechado.

Filtragem durante aquecimento ou resfriamento

A filtração por aquecimento é realizada quando é necessário limpar soluções concentradas quentes de impurezas, para filtrar soluções viscosas, bem como soluções contendo substâncias que cristalizam facilmente em temperaturas normais.

Em primeiro lugar, é necessário selecionar cuidadosamente o tipo de papel de filtro, o tamanho do filtro e o tamanho do funil para agilizar o processo. Antes de despejar a solução quente no filtro, o funil com o filtro inserido é aquecido passando pelo filtro uma certa quantidade de solvente puro quente ou vapor de solvente se for aquecido em banho até ferver. Neste último caso, o funil é coberto por um vidro de relógio. Antes da filtração, o solvente é despejado do receptor para não diluir o filtrado. O filtro deve ter um alto nível de fluido para acelerar a filtração.

Um funil com filtro também pode ser aquecido com um funil metálico para filtragem a quente (Fig. 122, a) ou um funil, entre cujas paredes duplas passa água quente, vapor d'água ou ar quente (Fig. 122, b) . O aquecimento também pode ser realizado mergulhando o aquecedor elétrico em uma solução filtrada, caso esta não contenha substâncias que reajam com o metal.

Para aquecimento uniforme de vidrarias de laboratório, também são utilizadas capas de malha (gorros) com aquecimento elétrico. Eles geralmente são feitos de um fino fio de vidro e contêm um elemento de aquecimento flexível na forma de um fio fino ou bobina.

A filtração por resfriamento pode ser realizada em um funil resfriado com gelo ou em um funil através do qual a salmoura resfriada é passada entre as paredes duplas.

Filtragem de pressão reduzida

A filtração sob pressão reduzida permite uma separação mais completa dos sólidos dos líquidos e aumenta a velocidade do processo.

O equipamento de filtração a vácuo consiste em um dispositivo de filtração, um receptor, uma bomba de jato de água e uma garrafa de segurança.

Ao filtrar grandes quantidades de substâncias, os funis de Buchner cilíndricos de porcelana perfurada ou de vidro em forma de fenda inseridos em frascos cônicos para filtragem sob vácuo com um tubo são mais frequentemente usados; estes últimos são conectados à bomba de jato de água através de uma garrafa de segurança. É necessário que o tamanho do funil corresponda à quantidade de sólido filtrado, que deve cobrir completamente a superfície do filtro. No entanto, uma camada de sedimentos muito espessa dificulta a sucção e o subsequente enxágue.

Um filtro para funis de Buchner é uma folha redonda de papel de filtro colocada na divisória perfurada do funil. O diâmetro do filtro deve ser ligeiramente menor que o diâmetro da divisória. Funis de Buchner grandes geralmente têm dois filtros empilhados um sobre o outro. Para que o filtro de papel ajustado se encaixe perfeitamente na divisória perfurada do funil, ele é primeiro umedecido com solvente no funil e pressionado uniformemente contra ele. Então, após a remoção do solvente, a mistura filtrada é despejada no funil e aspirada.

No caso de soluções aquosas, as pequenas quantidades de água utilizadas para molhar o filtro não são significativas. Nos casos em que a presença de água é inaceitável, o filtro húmido, tendo conseguido um encaixe hermético, é lavado com álcool etílico ou acetona e depois com um solvente cuja presença no filtrado seja aceitável. O papel de filtro umedecido com solvente orgânico não adere ao funil tão bem quanto quando umedecido com água.

Os funis de Buchner são fixados em frascos cônicos com rolhas de borracha ou pedaços grossos e planos de borracha cobrindo a parte superior do gargalo do frasco; os últimos são convenientes porque não podem ser aspirados para dentro do frasco durante a sucção durante a filtração.

Para separar completamente o licor-mãe, o precipitado do filtro é espremido com a superfície plana de uma rolha de vidro ou de um cilindro de parede espessa e fundo plano até que o líquido pare de pingar. Neste caso, é necessário garantir que não se formem fissuras na superfície da espessa camada de sedimento, pois isso leva à sucção incompleta do licor-mãe e à contaminação do sedimento. Para remover o licor-mãe restante, o precipitado é lavado no filtro com pequenas porções de solvente à pressão atmosférica. Quando a torta do filtro está saturada com solvente, o vácuo é ligado novamente para sucção.

Na filtração por sucção, filtros de fibra sintética são usados ​​como materiais filtrantes, além dos filtros de papel convencionais. Assim, os filtros feitos de cloreto de polivinila ou fibra de poliéster são resistentes a ácidos e álcalis, mas são destruídos por solventes orgânicos.

Para separar sedimentos pegajosos e difíceis de filtrar, costuma-se usar uma massa de amianto, que pode ser compactada em um funil de sucção ou cadinho Gooch. A massa de amianto é preparada da seguinte forma: em argamassa de porcelana, o amianto é moído com concentrado. HCl, transfira a massa para um copo e ferva por 20-30 minutos em capela. Em seguida, a massa é diluída com 20-30 vezes o volume de água destilada, filtrada em funil de Buchner e lavada com água até que a reação ácida no filtrado desapareça. Em seguida, a massa é seca a 100-120 °C e calcinada em mufla. O amianto calcinado é agitado com água até obter uma massa homogênea, transferido para a placa filtrante de um funil ou cadinho Gooch, aspirado e compactado.

Funis, cadinhos e filtros de gás com placa soldada de pó de vidro sinterizado são extremamente convenientes para a filtragem. Os filtros de vidro são usados ​​para separar sólidos de líquidos durante a filtração e extração, para remover partículas de névoa de gases e para borbulhar (distribuir) gases em líquidos. Os filtros de vidro, no entanto, são inconvenientes nos casos em que é necessária a separação quantitativa dos sedimentos, uma vez que é difícil remover completamente os sedimentos do filtro. Eles não são adequados para filtrar soluções quentes muito concentradas de álcalis e carbonatos de metais alcalinos.

A porosidade das placas de filtro de vidro e suas designações mudavam frequentemente. De acordo com GOST 9775-69, a classe do filtro depende do tamanho dos poros (Tabela 8).

Tipos de funis e cadinhos de vidro com filtros porosos são mostrados na Fig. 123.

Além dos produtos de vidro com filtros para líquidos, também são fabricados produtos com filtros para filtragem e lavagem de gases.

Também estão disponíveis funis de filtro com tubo termostatado e camisa termostatada (Fig. 124). Os funis aquecidos eletricamente são projetados para filtragem aquecida de soluções e suspensões que são cristalizadas e viscosas à temperatura ambiente. O aquecimento do funil do filtro a 130°C evita que a solução se solidifique e a filtração prossegue rapidamente.

O elemento principal de um funil de filtro aquecido eletricamente com tubo termostatizado é um filtro de vidro com diâmetro de 40 mm com tubo de vidro de parede fina soldado, que contém um aquecedor elétrico de 30 W. Os funis estão disponíveis com filtros com tamanhos de 40, 100, 160 mícrons.

Em um funil de filtro aquecido, o controle da temperatura é garantido pelo fluxo do líquido refrigerante. O volume do funil acima do filtro com tubo termostatado é de 80 ml, com camisa termostatada - 58 ml.

Para separar líquidos de sólidos, é utilizado um funil de filtro submersível reverso (Fig. 123, d). O filtro é imerso no líquido e o filtrado entra no receptor ao qual o filtro está conectado. Com este dispositivo é conveniente realizar a filtração a baixa temperatura, mantendo a baixa temperatura da mistura filtrada através de um banho de resfriamento.

Para separar pequenas quantidades de substâncias, utiliza-se um funil com “prego” de vidro, que é coberto com um pedaço redondo de papel filtro. Para isso, a ponta de uma vareta de vidro é amolecida na chama de um queimador e depois achatada, pressionando-a contra a superfície plana horizontal de uma placa de metal. É necessário que o filtro se encaixe perfeitamente no prego e as bordas do filtro sejam dobradas 1-2 mm ao longo da parede do funil. O receptor do filtrado é um tubo de filtro (com saída lateral).

Para filtrar substâncias com baixo ponto de fusão ou altamente solúveis à temperatura ambiente, utilize vácuo durante o resfriamento. No caso de pequenas quantidades de sedimentos, o funil e a solução são pré-resfriados em geladeira. Em outros casos, um funil de Buchner é embutido em um frasco com o fundo cortado, enchendo-o com gelo ou uma mistura refrescante.

Ao filtrar em atmosfera de gás inerte, utilize as instalações mostradas na Fig. 125.

Filtros analíticos de aerossol AFA

Os filtros AFA são usados ​​para estudar e controlar aerossóis contidos no ar ou outros gases. Os filtros AFA consistem em um elemento filtrante separado ou um elemento filtrante colado a um anel de suporte e anéis de papel protetor com saliências.

O elemento filtrante utilizado é um material filtrante FP (filtro Petryanov) feito de fibras poliméricas ultrafinas (acetato de celulose, perclorovinil, poliestireno). A superfície de trabalho do filtro redondo é de 3, 10, 20 e 160 cm2.

Centrifugação

A centrifugação é um dos métodos de separação de sistemas heterogêneos (líquido - líquido, líquido - partículas sólidas); em rotores sob a influência de forças centrífugas. A centrifugação é vantajosa se as substâncias filtradas obstruírem os poros do filtro, se deteriorarem ao entrar em contato com o material do filtro ou se estiverem finamente dispersas.

A centrifugação é realizada em dispositivos especiais chamados centrífugas. A parte principal da centrífuga é o rotor, que gira em alta velocidade.

Os tipos de centrífugas são numerosos; Eles são divididos principalmente de acordo com o tamanho do fator de separação. É igual à razão entre a aceleração do campo centrífugo desenvolvido em uma centrífuga e a aceleração da gravidade. O fator de separação é uma quantidade adimensional. O efeito de separação da centrífuga aumenta proporcionalmente ao fator de separação.

O fator de separação das centrífugas acionadas eletricamente produzidas pela indústria nacional varia de 1.600 a 300.000, e a velocidade do rotor varia de 1.000 a 50.000 rpm.

Sistemas heterogêneos em centrífugas são separados por sedimentação ou filtração. Dependendo disso, as centrífugas estão disponíveis com rotor sólido ou com rotor perfurado coberto com material filtrante.

A centrifugação por decantação é realizada para clarificar um líquido contendo sólidos em suspensão ou para sedimentar a fase sólida. Consiste na sedimentação da fase sólida, compactação do sedimento e liberação do sobrenadante.

Na prática laboratorial são utilizados vários tipos de centrífugas: manuais ou elétricas, de mesa (portáteis), móveis e estacionárias. Com base no fator de separação, as centrífugas são divididas em convencionais (com fator de separação inferior a 3.500), supercentrífugas e ultracentrífugas (com fator de separação de pelo menos 3.500). As centrífugas convencionais são usadas principalmente para separar suspensões de baixa dispersão (tamanho superior a 10-50 mícrons) de várias concentrações. As supercentrífugas são usadas principalmente para separar emulsões e suspensões altamente dispersas (tamanho inferior a 10 mícrons). Para a separação e estudo de sistemas altamente dispersos e compostos de alto peso molecular, são comuns ultracentrífugas analíticas e preparativas com fator de separação superior a 100.000. Centrífugas analíticas são usadas para determinar o peso molecular e o grau de polimerização de compostos de alto peso molecular, preparativos as centrífugas são utilizadas para isolar substâncias de soluções que se encontram em condições normais em estado coloidal ou na forma de suspensões inseparáveis ​​​​(proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos).

O rotor da ultracentrífuga gira, via de regra, em uma câmara de vácuo durante o resfriamento (centrífugas refrigeradas).A velocidade e o tempo de rotação do rotor, bem como as condições de temperatura da centrifugação, são controlados por dispositivos eletrônicos.

A solução a ser tratada é colocada em um recipiente especial, que é então girado em alta velocidade em um rotor centrífugo. Neste caso, os componentes da mistura, sob a influência da força centrífuga, são distribuídos em camadas de diferentes profundidades (de acordo com as massas das partículas); as partículas mais pesadas são pressionadas contra o fundo do recipiente.

Ao utilizar centrífugas tubulares portáteis de pequeno porte com acionamento manual ou elétrico, a suspensão é colocada em tubos de vidro ou plástico, que giram em torno do eixo principal, suspensos em eixos. As centrífugas tubulares para separação periódica de pequenas quantidades de uma substância podem ser de dois tipos. Em alguns, os tubos de ensaio são presos por pinos no rotor e assumem posição horizontal durante a rotação, em outros são fixados rigidamente em um determinado ângulo em relação ao eixo de rotação (rotores angulares).

Na Fig. 126 mostra a posição dos tubos durante a centrifugação em um rotor angular e em um rotor com copos oscilantes.

Após parar a centrífuga, a fase líquida límpida (centrado) é drenada ou coletada com uma pipeta. O precipitado é lavado e centrifugado novamente. Se for necessário extrair a quantidade máxima de sedimento do tubo de ensaio, o concentrado é descartado e o sedimento é seco em dessecador a vácuo sem removê-lo do tubo de vidro da centrífuga.

Ao usar centrífugas de tubo, tubos de ensaio feitos de vidro de paredes espessas ou material sintético são inseridos em copos de metal protetores. O fundo dos tubos de vidro é protegido por juntas de borracha. Os tubos de ensaio de vidro podem ser enchidos até a metade do volume, e os tubos de ensaio feitos de materiais sintéticos em altas velocidades do rotor (5.000 rpm) devem ser enchidos quase até o topo para que não se deformem sob a influência da força centrífuga. Para garantir uma operação segura, é necessário equilibrar com muita precisão os tubos com a suspensão centrifugada. O desequilíbrio em altas velocidades pode causar danos ao rotor. Considerando que os solventes voláteis podem evaporar durante a centrifugação, é melhor vedar os tubos com rolhas.

Os rotores das centrífugas de tubos de ensaio de laboratório, com exceção das manuais, são colocados em caixas metálicas protetoras (tampas) para que não haja risco de perigo aos trabalhadores caso um tubo de ensaio com béquer caia dos cabides.

É necessário seguir rigorosamente as instruções fornecidas nas instruções de fábrica desta centrífuga; a velocidade do rotor especificada nas instruções não deve ser excedida. A centrífuga só pode ser colocada em movimento com a tampa de segurança fechada; A tampa só pode ser aberta depois de a centrífuga ter parado completamente.

Centrífuga manual RC-4. Esta centrífuga foi projetada para separar líquidos de diferentes densidades ou para separar partículas suspensas ou agitadas de líquidos. As partes principais da centrífuga: um corpo de ferro fundido, dentro do qual são montadas engrenagens (engrenagem sem-fim), um porta-tubo de ensaio, uma alça e uma pinça. Existem quatro mangas feitas de carbolito na suspensão articulada do suporte do tubo de ensaio. Líquidos e sólidos de diferentes densidades são distribuídos em diferentes locais do tubo quando girados. A separação pode ser realizada simultaneamente em quatro tubos. Para uma revolução da alça, o suporte do tubo de ensaio dá oito voltas. Para funcionar, a centrífuga é montada com uma pinça na tampa da mesa do laboratório ou em um suporte especial.

Centrífuga de mesa de laboratório TsLN-2. A centrífuga TsLN-2 opera com rotor angular RU 6x10. O volume máximo de material centrifugado é de 60 cm3. Velocidade do rotor 3000-8000 rpm; O intervalo de velocidade de rotação, ajustado pelo interruptor, é de 1000 rotações. O fator de separação chega a 5500. O tempo de aceleração do rotor até a velocidade máxima é de 10 minutos; tempo de frenagem não superior a 8 minutos. Tempo de operação contínua 60 min; intervalo mínimo obrigatório de 15 minutos. A câmara de trabalho da centrífuga é fechada por uma tampa com dispositivo de fechamento automático. Peso da centrífuga 8 kg.

Ao trabalhar com a centrífuga TsLN-2 é proibido: trabalhar sem aterramento; aumentar a velocidade de rotação acima de 8.000 rpm; trabalhar com rotor aberto e tampas de centrífuga; trabalhar com tubos de ensaio de vidro em velocidades de rotor acima de 4.000 rpm; coloque tubos cheios de material centrifugado e não diametralmente opostos.

A diferença de massa dos tubos de ensaio diametralmente preenchidos com o material a ser centrifugado não deve ultrapassar 0,5 g. A densidade do líquido separado em tubos de ensaio feitos de materiais poliméricos não deve ser superior a 2 g/cm3, em tubos de ensaio de vidro - não mais que 1,5 g/cm3.

Centrífuga angular de pequeno porte TsUM-1. A centrífuga possui rotor cruzado para centrifugação simultânea de líquidos em quatro tubos com capacidade de 25 ml, quatro de 10 ml e oito de 5 ml. A velocidade do rotor de 2.000 a 8.000 rpm é ajustada em etapas. O fator de separação atinge 6.000. O tempo de aceleração do rotor é de 8 a 10 minutos. A centrífuga está equipada com relógio elétrico, que permite definir o tempo de centrifugação de 0 a 60 minutos, seguido de frenagem automática. Peso da centrífuga 16 kg.

A centrifugação preparativa é um dos métodos de isolamento de material biológico para posterior pesquisa bioquímica. Permite isolar um número significativo de partículas celulares para um estudo abrangente de sua atividade biológica, estrutura e morfologia. O método também é aplicável para isolar macromoléculas biológicas básicas. Campo de uso: pesquisa médica, química e bioquímica.

Classificação dos métodos de centrifugação preparativa

A centrifugação preparativa é realizada usando um dos seguintes métodos:

• Isopícnico. Pode ser realizado em gradiente de densidade ou da forma usual. No primeiro caso, o material a ser processado é colocado sobre a superfície de uma solução tampão com gradiente contínuo de densidade e centrifugado até que as partículas sejam separadas em zonas. No segundo caso, o meio em estudo é centrifugado até que se forme um sedimento de partículas de alto peso molecular, após o qual as partículas em estudo são isoladas do resíduo resultante.
• Equilíbrio. É realizado em um gradiente de densidade de sais de metais pesados. A centrifugação permite estabelecer uma distribuição de equilíbrio da concentração da substância em estudo dissolvida. Então, sob a influência de forças de aceleração centrífuga, as partículas do meio são coletadas em uma zona separada do tubo de ensaio.

A metodologia ideal é selecionada levando em consideração os objetivos e características do ambiente em estudo.

Classificação de centrífugas preparatórias de laboratório

Dependendo das características de projeto e características operacionais, as centrífugas preparativas podem ser divididas em 3 grupos principais:

Propósito geral. Velocidade máxima – 8.000 rpm com aceleração centrífuga relativa de até 6.000 g. As centrífugas universais de laboratório são equipadas com rotores angulares ou rotores com recipientes suspensos para armazenamento de material biológico. Distinguem-se por uma grande capacidade de 4 dm 3 a 6 dm 3, o que permite a utilização de tubos de centrífuga padrão com volume de 10-100 dm 3 e vasos com capacidade não superior a 1,25 dm 3. Devido às peculiaridades de fixação do rotor ao eixo de transmissão, os tubos ou vasos devem ser balanceados e diferir em peso em no máximo 0,25 G. Não é permitido operar a centrífuga com número ímpar de tubos. Quando o rotor está parcialmente carregado, os recipientes com o meio de teste devem ser colocados simetricamente entre si, garantindo assim sua distribuição uniforme em relação ao eixo de rotação do rotor.

• Expressar. Velocidade máxima – 25.000 rpm com aceleração centrífuga relativa de até 89.000 g. Para evitar o aquecimento devido às forças de atrito que surgem durante a rotação do rotor, a câmara de trabalho está equipada com um sistema de refrigeração. São equipados com rotores angulares ou rotores com recipientes suspensos para colocação de material biológico. Capacidade de preparativo de alta velocidade
  centrífugas – 1,5 dm 3 .
• Ultracentrífugas. Velocidade máxima – 75.000 rpm com aceleração centrífuga relativa de até 510.000g. Para evitar o aquecimento devido às forças de atrito que surgem durante a rotação do rotor, são equipados com sistema de refrigeração e unidade de vácuo. Os rotores ultracentrífugos são feitos de titânio ultra-forte ou ligas de alumínio. Para reduzir as vibrações devido ao enchimento irregular, os rotores possuem um eixo flexível.

Uma categoria separada deve incluir centrífugas preparativas para fins especiais, projetadas para realizar certos tipos de pesquisa e resolver problemas específicos. Este grupo inclui centrífugas com camisas de aquecimento, centrífugas refrigeradas e outros equipamentos similares.

Características do projeto do rotor em centrífugas preparativas

As centrífugas preparativas são equipadas com rotores angulares ou horizontais:

Rotores angulares - os tubos de ensaio estão localizados em um ângulo de 20-35° em relação ao eixo de rotação durante a operação da centrífuga. A distância percorrida pelas partículas até a parede correspondente do tubo de ensaio é pequena e, portanto, sua sedimentação ocorre bastante rapidamente. Devido às correntes de convecção que ocorrem durante a centrifugação, os rotores de ângulo fixo raramente são usados ​​para separar partículas cujo tamanho e propriedades causam diferenças significativas nas taxas de sedimentação. Rotores horizontais – os tubos neste tipo de rotor são montados verticalmente. Durante o processo de rotação, sob a influência da força centrífuga, os vasos com o material processado movem-se para a posição horizontal. Estas características de design e operação permitem reduzir os fenômenos de convecção, de modo que rotores deste tipo são ideais para separar partículas com diferentes taxas de sedimentação. A utilização de tubos setoriais permite uma redução adicional dos efeitos dos fenômenos de vórtice e convecção.

O tipo de rotor determina o escopo de utilização do equipamento. A capacidade de trocar o rotor permite usar o mesmo modelo de centrífuga para resolver diversos problemas. As centrífugas médicas do laboratório Centurion estão disponíveis nas versões de piso ou de mesa, o que possibilita a utilização do equipamento em qualquer ambiente, independente do espaço disponível.

O método de centrifugação baseia-se no comportamento diferente das partículas no campo centrífugo criado pela centrífuga. A amostra, localizada no recipiente de centrifugação, é colocada em um rotor, que é acionado por um acionamento centrífugo. Para separar uma mistura de partículas é necessário selecionar um conjunto de condições, como velocidade de rotação, tempo de centrifugação e raio do rotor. Para partículas esféricas, a taxa de deposição (sedimentação) depende não apenas da aceleração, mas também do raio e da densidade das partículas, bem como da viscosidade do meio em que a amostra é depositada.

A centrifugação pode ser dividida em dois tipos: preparativa e analítica. A centrifugação preparativa é utilizada quando é necessário isolar parte da amostra para futuras pesquisas. Este método é usado para isolar células de suspensão, macromoléculas biológicas, etc.

A centrifugação analítica é usada para estudar o comportamento de macromoléculas biológicas em um campo centrífugo. Este método permite obter dados sobre a massa, forma e tamanho de moléculas localizadas em volumes relativamente pequenos da amostra. Na prática laboratorial diária, a centrifugação preparativa é mais frequentemente encontrada.

As centrífugas preparatórias de laboratório, por sua vez, são divididas em grupos de acordo com sua finalidade: ultracentrífugas preparativas, centrífugas de uso geral e centrífugas de alta velocidade. As centrífugas de uso geral têm maior aplicação prática em laboratórios médicos e possuem velocidade máxima de até 6 mil rpm. A principal característica desse tipo de dispositivo é sua capacidade relativamente grande - até 6 litros, o que permite a utilização para centrifugação não apenas de tubos de centrífuga com volume de até 100 ml, mas também de recipientes de até 1,25 litros. Em todas as centrífugas de uso geral, os rotores são montados rigidamente no eixo de transmissão, de modo que os recipientes centrifugados devem ser balanceados com bastante precisão. Para evitar quebras, não carregue um número ímpar de tubos no rotor; se a carga estiver incompleta, os recipientes devem ser colocados frente a frente.

As centrífugas de alta velocidade têm velocidade máxima de 25 mil rpm e aceleração de até 89 mil g. A câmara que contém o rotor e as amostras centrifugadas é equipada com um sistema de refrigeração para evitar o aquecimento causado pelo atrito quando o rotor gira em altas velocidades. Normalmente, essas centrífugas podem operar com volume de até 1,5 litros e são equipadas com rotores angulares ou rotores com copos substituíveis.

As ultracentrífugas preparativas aceleram até 75.000 rpm e têm aceleração centrífuga máxima de 510 mil g. Eles são equipados com unidades de refrigeração e vácuo para evitar o superaquecimento do rotor devido ao atrito com o ar. Os rotores dessas centrífugas são feitos de titânio de alta resistência ou ligas de alumínio. O eixo das ultracentrífugas, ao contrário das centrífugas preparativas e de alta velocidade, é flexível para reduzir a vibração quando o equilíbrio do rotor é perturbado. Os recipientes no rotor devem ser cuidadosamente balanceados até um décimo de grama.