Fő különbség – szűrés vs centrifugálás
Mielőtt a szűrés és a centrifugálás, a két elválasztási technika közötti különbség mélyreható elemzésére térnénk át, először nézzük meg, mi is az elválasztási technika. A biológia tudományban és mérnöki tudományokban elválasztási technikát alkalmaznak a kívánt összetevő izolálására a keverékből. Ez egy olyan tömegátviteli jelenség, amely az összetevők keverékét két vagy több különálló frakcióvá alakítja. A keverékek szétválasztása a keverék alkotóelemei közötti kémiai vagy fizikai tulajdonságok, például tömeg, sűrűség, méret, alak vagy kémiai affinitás különbségeitől függ. Az elválasztási technikákat gyakran kategorizálják aszerint, hogy milyen különbségeket alkalmaznak az elválasztáshoz. A szűrés és a centrifugálás az általánosan használt elválasztási technikák, amelyek csak a kívánt részecskék fizikai mozgásán alapulnak. A fő különbség a szűrés és a centrifugálás között az alkalmazott erőben és módszerben van. A szűrés gyakran használ szitálási technikát a szennyeződések vagy a nem kívánt anyagok gravitáció segítségével történő leszűrésére/eltávolítására. Ez fizikai akadályokkal, például közegekkel, membránokkal vagy szűrőkkel érhető el. A centrifugálás a centrifugális erőt használja fel a kívánt vegyületek és részecskék molekulatömeg alapján történő elválasztására. Ehhez az elválasztáshoz centrifugagépet használnak. A sűrűbb vegyületek a centrifugán kívülre kerülnek, és onnan eltávolíthatók. Ebben a cikkben részletezzük a szűrés és a centrifugálás közötti különbségeket.
Mi az a szűrés?
A szűrést a kívánt részecskék vagy összetevők elválasztására használják keverékben vagy szuszpenzióban. Az alkalmazástól függően egy vagy több érdekelt komponens izolálható szűrési technikával. Ez egy fizikai elválasztási módszer, és nagyon fontos a kémiában, az élelmiszertudományban és a mérnöki tudományokban a különböző kémiai összetételű anyagok szétválasztása vagy a vegyületek tisztítása. A szűrés során az elválasztás egyetlen vagy több perforált rétegnél történik. A szűrés során visszatartják azokat a részecskéket, amelyek túl nagyok ahhoz, hogy áthaladjanak a perforált réteg lyukain. Ekkor a nagy részecskék maradékot vagy lepényréteget képezhetnek a szűrő tetején, és eltömíthetik a szűrőhálót, megakadályozva a folyadékfázis átjutását a szűrőn.
1. ábra: Az egyszerű szűrés illusztrációja.
Mi az a centrifugálás?
A centrifugálás egy olyan eljárás, amelynek során egy centrifugagépet használnak a komplex folyékony keverék/iszap kívánt összetevőinek elválasztására. A centrifugálás eredményeként a csapadék gyorsabban és teljesebben összegyűlik a centrifugacső alján. A fennmaradó folyadékot felülúszó folyadéknak nevezik. Ezt a felülúszót ezután vagy gyorsan átvisszük a csőből a csapadék megzavarása nélkül, vagy Pasteur pipettával eltávolítjuk. A centrifugálás során kicsapódó részecskék a centrifugális gyorsulástól, a részecskék méretétől és alakjától, a jelenlévő szilárd anyagok térfogatától, a részecske és a folyadék közötti sűrűségkülönbségtől, valamint a viszkozitástól függenek.
2. ábra: A centrifugálási folyamat illusztrációja
Mi a különbség a szűrés és a centrifugálás között?
A szűrés és centrifugálás meghatározása
Szűrés: az a művelet vagy folyamat, amelynek során valami nem kívánt anyagot eltávolítanak a folyadékból.
Centrifugálás: az oldat vagy keverék könnyebb részeinek szétválasztása.
A szűrés és centrifugálás jellemzői
A szűrés és a centrifugálás jellemzői jelentősen eltérőek lehetnek, és a következő alcsoportokba sorolhatók:
Kényszerhasználat
Szűrés: A gravitációs erőt a szűrés során használják.
Centrifugálás: A centrifugális erőt használják a centrifugáláshoz.
Felszerelés
Szűrés: Sziták vagy perforált réteg vagy szűrő vagy közeg, fizikai membrán vagy szűrőtölcsér vagy ezek kombinációi használhatók. Néhány szűrési segédeszköz használható a szűrés elősegítésére. Ezek általában összenyomhatatlan kovaföld vagy szilícium-dioxid.
Centrifugálás: Centrifugagépet és centrifugacsöveket használnak.
Működési mód
Szűrés: A keverékben lévő nagy részecskék nem tudnak átjutni a szűrő hálóján/perforált szerkezetén, miközben a folyadék és a kis részecskék a gravitációs erő hatására szűrletté alakulnak át (1. ábra)
Centrifugálás: Az oldatkeveréket centrifugálják, hogy a nehezebb/sűrűbb szilárd anyagot az aljára kényszerítsék, ahol gyakran szilárd pogácsát hoz létre. A pogácsa feletti folyadék eltávolítható vagy dekantálható. Ez a módszer különösen hasznos a rosszul szűrődő szilárd anyagok (pl.: kocsonyás vagy finom részecskék) elválasztására. (2. ábra)
Típusok
Szűrés: Három szűrési technika létezik, amelyek a várható eredményn alapulnak: meleg-, hideg- és vákuumszűrés. A forró szűrési technikát elsősorban a szilárd anyagok és a forró oldatok elkülönítésére használják. Ezt az oldattal érintkező szűrőtölcsérben való kristályképződés elkerülésére használják. A hidegszűrési technikát elsősorban a kristályosítandó oldat gyors lehűtésére használják. Ez a módszer nagyon kicsi kristályok kialakulását eredményezi, szemben azzal, hogy az oldatot lassan szobahőmérsékletre hűtve nagy kristályokat kapunk. A vákuumszűrési módszert elsősorban kis adag oldathoz használják a kis kristályok gyors kiszárításához. Ez a leghatékonyabb szűrési technika a meleg és hideg szűréshez képest.
Centrifugálás: Három centrifugálási technika létezik, nevezetesen a mikrocentrifugák, a nagy sebességű centrifugák és az ultracentrifugálások. A mikrocentrifugát gyakran használják kutatási tevékenységekben kis mennyiségű biológiai molekulák feldolgozására. Ez a gép elég kicsi ahhoz, hogy asztalra rögzítsük. A nagy sebességű centrifugák nagyobb mintamennyiséget is képesek kezelni, és főként nagy ipari alkalmazásokban használják. Az ultracentrifugálást elsősorban kutatási célokra használják, például a biológiai részecskék tulajdonságainak tanulmányozására. Ez a leghatékonyabb elválasztási módszer a mikrocentrifugákhoz és a nagy sebességű centrifugákhoz képest.
Cél
Szűrés: A szűrés fő célja a kívánt eredmény elérése a szennyeződések keverékből történő eltávolításával, vagy a szilárd anyagok elválasztása a keverékből.
Centrifugálás: A centrifugálás fő célja a szilárd anyagok elkülönítése az oldatból.
Hatékonyság
Szűrés: Az egyszerű szűrési technikák sok időt igényelhetnek a kívánt anyag elkülönítéséhez, és ennek eredményeként a szűrés kevésbé hatékony, mint a centrifugálás.
Centrifugálás: Az elválasztás nagyon gyorsan megy végbe a szűrési technikákhoz képest. Ezért a centrifugálás hatékonyabb, mint a szűrés.
Hátrányok
Szűrés: Ha nagyon kis mennyiségű oldatot szűrünk, az oldat nagy részét a szűrőközeg felszívhatja. A zselatinos vagy finom részecskéket tartalmazó keverékek nem szűrnek jól. Ezért ezeknek a keverékeknek a szétválasztására centrifugálás használható.
Centrifugálás: Ez a módszer know-how-t és elektromosságot igényel a szűrési technikákhoz képest.
Költség
Szűrés: A költségek a szűrési folyamat összetettségétől függenek, és az egyszerű szűrési technikák általában nem igényelnek áramot, mint képzett személyeket. Ezért a kapcsolódó költségek alacsonyak lehetnek a centrifugáláshoz képest.
Centrifugálás: A költség magas az egyszerű szűrési technikához képest, mivel a centrifugához áramra, valamint képzett technikusokra van szükség.
Alkalmazások
Szűrés: Kávészűrő, vízszűrő, kemencék szűrője a részecskék eltávolítására, a pneumatikus szállítórendszerek szűrőket használnak, a laboratóriumban üvegtölcsért, Buchner tölcsért vagy szinterezett üveg tölcsért használnak a szűréshez. Az emberi vesében a veseszűrést használják a vér szűrésére és a szervezet számára a homeosztázis fenntartásához létfontosságú számos elem szelektív újrafelvételére.
Centrifugálás: Az egyik legelterjedtebb alkalmazás a szennyvíziszap kezelése, ahol a szilárd anyagok elválasztása az erősen koncentrált szuszpenzióktól. A centrifugálást az urándúsítási eljáráshoz is használják. Ezen túlmenően ezt a technikát a biológiai kutatásokban használják a kívánt szilárd vagy folyadék keverékből történő izolálására. Ezenkívül centrifugálást alkalmaznak a tejből zsír eltávolítására a fölözött tej előállítására, a bor derítésére és stabilizálására, valamint a vizelet összetevőinek és vérelemeinek elkülönítésére igazságügyi és orvosi kutatólaboratóriumokban.
Összefoglalva, a szűrés és a centrifugálás különböző elválasztási technikák, és a legfontosabb különbség közöttük az alkalmazott erő és az elválasztó berendezés. Ennek eredményeként lényegesen eltérő alkalmazási területeik lehetnek.
