Ključna razlika – filtracija proti centrifugiranju
Preden preidemo na poglobljeno analizo razlike med filtracijo in centrifugiranjem, obema tehnikama ločevanja, si najprej poglejmo, kaj je tehnika ločevanja. V biološki znanosti in tehniki se tehnika ločevanja uporablja za izolacijo želene sestavine iz mešanice. To je pojav prenosa mase, ki pretvori mešanico sestavin v dve ali več različnih frakcij. Ločevanje zmesi je odvisno od razlik v kemijskih ali fizikalnih lastnostih, kot so masa, gostota, velikost, oblika ali kemijska afiniteta, med sestavinami zmesi. Tehnike ločevanja so pogosto kategorizirane glede na posebne razlike, ki jih uporabljajo za dosego ločevanja. Filtracija in centrifugiranje sta pogosto uporabljeni tehniki ločevanja, ki temeljita samo na fizičnem gibanju želenih delcev. Ključna razlika med filtracijo in centrifugiranjem je v uporabljeni sili in metodi. Filtracija pogosto uporablja tehniko sejanja, da s pomočjo gravitacije izcedi/odstrani onesnaževalce ali neželene materiale. To je mogoče doseči s fizičnimi ovirami, kot so mediji, membrane ali cedila. Centrifugiranje uporablja centrifugalno silo za ločevanje želenih spojin in delcev glede na molekulsko maso. Za to ločitev se uporablja centrifuga. Gostejše spojine se prenesejo na zunanji del centrifuge in jih je mogoče odstraniti od tam. V tem članku podrobneje razložimo razlike med filtracijo in centrifugiranjem.
Kaj je filtracija?
Filtracija se uporablja za ločevanje želenih delcev ali sestavin v mešanici ali suspenziji. Odvisno od uporabe je mogoče s filtracijsko tehniko izolirati eno ali več zainteresiranih komponent. To je metoda fizikalnega ločevanja in je v kemiji, živilski znanosti in tehniki zelo pomembna za ločevanje materialov različne kemične sestave ali za čiščenje spojin. Med filtracijo pride do ločitve na eni ali več perforiranih plasti. Pri filtriranju se zadržijo delci, ki so preveliki, da bi šli skozi luknjice perforirane plasti. Nato lahko veliki delci tvorijo ostanek ali plast pogače na vrhu filtra in lahko tudi blokirajo mrežico filtra ter preprečijo, da bi tekoča faza prešla filter.
Slika 1: Prikaz preprostega filtriranja.
Kaj je centrifugiranje?
Centrifugiranje je postopek, pri katerem se stroj za centrifugiranje uporablja za ločevanje želenih sestavin kompleksne tekoče mešanice/gnojnice. Zaradi centrifugiranja se oborina hitreje in v celoti zbere na dnu centrifugalne cevi. Preostala tekočina je znana kot supernatant. Ta supernatant se nato bodisi hitro prenese iz epruvete, ne da bi motili oborino, ali pa se odstrani s Pasteurjevo pipeto. Delci, ki se oborijo pri centrifugiranju, so odvisni od centrifugalnega pospeška, velikosti in oblike delcev, volumskega deleža prisotnih trdnih snovi, razlike v gostoti med delcem in tekočino ter viskoznosti.
Slika 2: Prikaz postopka centrifugiranja
Kakšna je razlika med filtracijo in centrifugiranjem?
Definicija filtracije in centrifugiranja
Filtracija: dejanje ali postopek odstranjevanja nečesa neželenega iz tekočine.
Centrifugiranje: postopek ločevanja lažjih delov raztopine ali mešanice.
Značilnosti filtracije in centrifugiranja
Filtriranje in centrifugiranje imata lahko precej različne značilnosti in ju lahko razvrstimo v naslednje podskupine;
Prisilno uporabljeno
Filtracija: Pri filtraciji se uporablja gravitacijska sila.
Centrifugiranje: Pri centrifugiranju se uporablja centrifugalna sila.
Oprema
Filtracija: Uporabijo se lahko sita ali perforirana plast ali cedilo ali mediji ali fizična membrana ali filtrirni lijak ali njihove kombinacije. Za pomoč pri filtraciji lahko uporabite nekatere pripomočke za filtriranje. To so običajno nestisljiva diatomejska zemlja ali kremen.
Centrifugiranje: Uporabljajo se centrifugalni stroj in centrifugalne epruvete.
Način delovanja
Filtracija: Veliki delci v mešanici ne morejo skozi mrežasto/perforirano strukturo filtra, medtem ko tekočina in majhni delci prehajajo pod silo gravitacije in postanejo filtrat (slika 1)
Centrifugiranje: Mešanica raztopine se centrifugira, da se težje/gostejša trdna snov potisne na dno, kjer pogosto nastane čvrsta pogača. Tekočino nad to pogačo je mogoče odstraniti ali odtočiti. Ta metoda je še posebej uporabna za ločevanje trdnih snovi, ki se slabo filtrirajo (npr.: želatinasti ali drobni delci). (Slika 2)
Vrste
Filtracija: Obstajajo tri tehnike filtracije, ki temeljijo na pričakovanem izidu in so znane kot vroča, hladna in vakuumska filtracija. Tehnika vroče filtracije se uporablja predvsem za ločevanje trdnih snovi iz vroče raztopine. To se uporablja, da se prepreči razvoj kristalov v lijaku filtra, ki pride v stik z raztopino. Tehnika hladne filtracije se uporablja predvsem za hitro hlajenje raztopine, ki jo je treba kristalizirati. Rezultat te metode je razvoj zelo majhnih kristalov v nasprotju s pridobivanjem velikih kristalov s počasnim ohlajanjem raztopine na sobno temperaturo. Metoda vakuumske filtracije se uporablja predvsem za majhno serijo raztopine za hitro sušenje majhnih kristalov. To je najučinkovitejša tehnika filtracije v primerjavi z vročo in hladno filtracijo.
Centrifugiranje: Obstajajo tri tehnike centrifugiranja, in sicer mikrocentrifuge, visokohitrostne centrifuge in ultracentrifuge. Mikrocentrifuga se pogosto uporablja v raziskovalnih dejavnostih za obdelavo majhnih količin bioloških molekul. Ta stroj je dovolj majhen, da ga lahko pritrdite na mizo. Visokohitrostne centrifuge lahko obdelajo večje količine vzorcev in se uporabljajo predvsem v velikih industrijskih aplikacijah. Ultracentrifugiranje se uporablja predvsem za raziskovalne namene, kot je preučevanje lastnosti bioloških delcev. Je najučinkovitejša metoda ločevanja v primerjavi z mikrocentrifugami in visokohitrostnimi centrifugami.
Namen
Filtracija: Glavni namen filtracije je doseči želeni rezultat z odstranjevanjem nečistoč iz zmesi ali za izolacijo trdnih snovi iz zmesi.
Centrifugiranje: Glavni namen centrifugiranja je izolacija trdnih snovi iz raztopine.
Učinkovitost
Filtracija: Enostavne tehnike filtracije lahko zahtevajo veliko časa za ločevanje želenega materiala, zato je filtracija manj učinkovita kot centrifugiranje.
Centrifugiranje: Ločevanje poteka zelo hitro v primerjavi s tehnikami filtracije. Zato je centrifugiranje učinkovitejše od filtracije.
Slabosti
Filtriranje: Če filtriramo zelo majhne količine raztopine, lahko filtrirni medij absorbira večino te raztopine. Mešanice, ki vsebujejo želatinaste ali drobne delce, se ne filtrirajo dobro. Zato lahko za ločevanje teh mešanic uporabimo centrifugiranje.
Centrifugiranje: Ta metoda zahteva znanje in izkušnje in elektriko v primerjavi s tehnikami filtracije.
Cena
Filtracija: Stroški so odvisni od zahtevnosti postopka filtracije in običajno preproste tehnike filtracije ne zahtevajo električne energije in usposobljenih oseb. Zato so lahko povezani stroški nizki v primerjavi s centrifugiranjem.
Centrifugiranje: stroški so visoki v primerjavi s preprosto tehniko filtracije, ker centrifuga potrebuje elektriko in usposobljene tehnike.
Aplikacije
Filtracija: filter za kavo, vodni filter, filter peči za odstranjevanje delcev, pnevmatski transportni sistemi uporabljajo filtre, v laboratoriju se za filtracijo uporablja steklen lij, Buchnerjev lij ali lij iz sintranega stekla. V človeških ledvicah se ledvična filtracija uporablja za filtriranje krvi in selektivno ponovno absorpcijo številnih elementov, ki so ključni za ohranjanje homeostaze v telesu.
Centrifugiranje: Ena najpogostejših aplikacij je obdelava blata iz čistilnih naprav, kjer se ločuje trdna snov od visoko koncentriranih suspenzij. Centrifugiranje se uporablja tudi za proces bogatenja urana. Poleg tega se ta tehnika uporablja v bioloških raziskavah za izolacijo želene trdne ali tekočine iz mešanice. Poleg tega se centrifugiranje uporablja za odstranjevanje maščobe iz mleka za proizvodnjo posnetega mleka, za bistrenje in stabilizacijo vina ter za ločevanje sestavin urina in krvnih elementov v forenzičnih in medicinskih raziskovalnih laboratorijih.
Za zaključek, filtracija in centrifugiranje sta različni tehniki ločevanja in ključna razlika med njima je uporabljena sila in oprema za ločevanje. Posledično imajo lahko bistveno različne aplikacije.
