Ключова разлика – филтриране срещу центрофугиране
Преди да преминем към задълбочен анализ на разликата между филтриране и центрофугиране, двете техники за разделяне, нека първо видим какво е техника за разделяне. В биологичната наука и инженерство се използва техника за разделяне, за да се изолира желаната съставка от смес. Това е феномен на пренос на маса, който превръща смес от съставки в две или повече отделни фракции. Разделянето на смеси зависи от разликите в химичните свойства или физичните свойства като маса, плътност, размер, форма или химичен афинитет между съставките на сместа. Техниките за разделяне често се категоризират според специфичните различия, които използват за постигане на разделяне. Филтрирането и центрофугирането са често използвани техники за разделяне, базирани само на физическото движение на желаните частици. Ключовата разлика между филтриране и центрофугиране е в използваната сила и метод. Филтрирането често използва техника на пресяване за прецеждане/отстраняване на замърсители или нежелани материали с помощта на гравитацията. Това може да се постигне чрез физически бариери като среда, мембрани или филтри. Центрофугирането използва центробежната сила за разделяне на желаните съединения и частици въз основа на молекулното тегло. За това разделяне се използва центрофуга. По-плътните съединения се пренасят от външната страна на центрофугата и могат да бъдат отстранени оттам. В тази статия нека разгледаме по-подробно разликите между филтриране и центрофугиране.
Какво е филтриране?
Филтрирането се използва за отделяне на желаните частици или съставки в смес или суспензия. В зависимост от приложението, един или повече заинтересовани компоненти могат да бъдат изолирани чрез техника на филтриране. Това е метод на физическо разделяне и е много важно в химията, науката за храните и инженерството за разделяне на материали с различен химичен състав или за пречистване на съединения. По време на филтриране се получава отделяне на един или множество перфорирани слой/и. При филтриране се задържат частици, които са твърде големи, за да преминат през отворите на перфорирания слой. След това големи частици могат да образуват остатък или слой от утайка върху филтъра и могат също така да блокират мрежата на филтъра, предотвратявайки преминаването на течната фаза през филтъра.
Фигура 1: Илюстрация на проста филтрация.
Какво е центрофугиране?
Центрифугирането е процес, чрез който се използва центрофужна машина за разделяне на желаните съставки на сложна течна смес/суспензия. В резултат на центрофугирането утайката се събира по-бързо и напълно на дъното на центрофужната епруветка. Останалата течност е известна като супернатантна течност. След това този супернатант или бързо се прехвърля от епруветката, без да се нарушава утайката, или се отстранява с помощта на пипета на Пастьор. Частиците, които се утаяват при центрофугиране, зависят от центробежното ускорение, размера и формата на частиците, обемната част на наличните твърди вещества, разликата в плътността между частицата и течността и вискозитета.
Фигура 2: Илюстрация на процеса на центрофугиране
Каква е разликата между филтриране и центрофугиране?
Определение на филтриране и центрофугиране
Филтриране: актът или процесът на отстраняване на нещо нежелано от течност.
Центрифугиране: процес на отделяне на по-леки части от разтвор или смес.
Характеристики на филтриране и центрофугиране
Филтрирането и центрофугирането могат да имат значително различни характеристики и могат да бъдат категоризирани в следните подгрупи;
Използвано принудително
Филтриране: При филтрирането се използва гравитационната сила.
Центрифугиране: При центрофугирането се използва центробежната сила.
Оборудване
Филтриране: Могат да се използват сита или перфориран слой или цедка или среда или физическа мембрана или филтърна фуния или техните комбинации. Някои помощни филтри могат да се използват за подпомагане на филтрирането. Това обикновено са несвиваема диатомитна пръст или силициев диоксид.
Центрифугиране: Използват се центрофужна машина и центрофужни епруветки.
Метод на работа
Филтриране: Големите частици в сместа не могат да преминат през мрежестата/перфорирана структура на филтъра, докато течността и малките частици преминават под силата на гравитацията, превръщайки се във филтрат (Фигура 1)
Центрифугиране: Сместа от разтвора се центрофугира, за да изтласка по-тежкото/по-плътното твърдо вещество на дъното, където често създава твърда утайка. Течността над тази утайка може да бъде отстранена или декантирана. Този метод е особено полезен за отделяне на твърди вещества, които не се филтрират добре (напр.: желатинови или фини частици). (Фигура 2)
Видове
Филтриране: Има три техники за филтриране, базирани на очаквания резултат, известни като гореща, студена и вакуумна филтрация. Техниката на горещо филтриране се използва предимно за отделяне на твърди вещества от горещ разтвор. Това се използва, за да се избегне образуването на кристали във филтърната фуния, която влиза в контакт с разтвора. Техниката на студено филтриране се използва предимно за бързо охлаждане на разтвора, който трябва да кристализира. Този метод води до образуването на много малки кристали, за разлика от получаването на големи кристали чрез бавно охлаждане на разтвора до стайна температура. Методът на вакуумно филтриране се използва предимно за малка партида от разтвора за бързо изсушаване на малки кристали. Това е най-ефективната техника за филтриране в сравнение с горещо и студено филтриране.
Центрифугиране: Има три техники за центрофугиране, а именно микроцентрофуги, високоскоростни центрофуги и ултрацентрофуги. Микроцентрофугата често се използва в изследователски дейности за обработка на малки обеми биологични молекули. Тази машина е достатъчно малка, за да се монтира на плот. Високоскоростните центрофуги могат да обработват по-големи обеми проби и се използват главно в широкомащабни индустриални приложения. Ултрацентрофугирането се използва главно за изследователски цели като изучаване на свойствата на биологични частици. Това е най-ефективният метод за разделяне в сравнение с микроцентрофугите и високоскоростните центрофуги.
Цел
Филтриране: Основната цел на филтрирането е постигане на желания резултат чрез отстраняване на примесите от сместа или за изолиране на твърди вещества от смес.
Центрифугиране: Основната цел на центрофугирането е изолирането на твърди вещества от разтвор.
Ефективност
Филтриране: Опростените техники за филтриране може да изискват много време за отделяне на желания материал и в резултат на това филтрирането е по-малко ефективно от центрофугирането.
Центрифугиране: Разделянето става много бързо в сравнение с техниките за филтриране. Следователно центрофугирането е по-ефективно от филтрирането.
Недостатъци
Филтриране: Ако се филтрират много малки количества разтвор, по-голямата част от този разтвор може да се абсорбира от филтърната среда. Смесите, съдържащи желатинови или фини частици, не се филтрират добре. Следователно, за разделяне на тези смеси може да се използва центрофугиране.
Центрифугиране: Този метод изисква ноу-хау и електричество в сравнение с техниките за филтриране.
Цена
Филтриране: Цената зависи от сложността на процеса на филтриране и обикновено простите техники за филтриране не изискват електричество, както и обучени хора. Следователно свързаните разходи може да са ниски в сравнение с центрофугирането.
Центрифугиране: Цената е висока в сравнение с простата техника на филтриране, тъй като центрофугата се нуждае от електричество, както и от обучени техници.
Приложения
Филтриране: Филтър за кафе, филтър за вода, филтър за пещи за отстраняване на частици, Пневматичните транспортни системи използват филтри, в лабораторията за филтриране се използва стъклена фуния, фуния на Бюхнер или фуния от синтеровано стъкло. В човешкия бъбрек бъбречната филтрация се използва за филтриране на кръвта и селективна повторна абсорбция на много елементи, които са жизненоважни за тялото за поддържане на хомеостазата.
Центрифугиране: Едно от най-честите приложения е обработката на утайки от отпадъчни води, където се отделя твърдо вещество от силно концентрирани суспензии. Центрофугирането се използва и за процес на обогатяване на уран. В допълнение към това, тази техника се използва в биологични изследвания за изолиране на желано твърдо или течно вещество от смес. В допълнение, центрофугирането се използва за отстраняване на мазнините от млякото, за да се получи обезмаслено мляко, за избистряне и стабилизиране на виното и за отделяне на съставките на урината и кръвните елементи в лаборатории за съдебни и медицински изследвания.
В заключение, филтрирането и центрофугирането са различни техники за разделяне и ключовата разлика между тях е използваната сила и оборудването за разделяне. В резултат на това те могат да имат значително различни приложения.
