Peamine erinevus – filtreerimine vs tsentrifuugimine
Enne kui asume kahe eraldusmeetodi – filtreerimise ja tsentrifuugimise – erinevuse süvaanalüüsi juurde, vaatame esm alt, mis on eraldamistehnika. Bioloogiateaduses ja inseneriteaduses kasutatakse eraldustehnikat soovitud koostisosa eraldamiseks segust. See on massiülekande nähtus, mis muudab koostisosade segu kaheks või enamaks erinevaks fraktsiooniks. Segude eraldamine sõltub erinevustest segu koostisosade keemilistes või füüsikalistes omadustes, nagu mass, tihedus, suurus, kuju või keemiline afiinsus. Eraldamistehnikad liigitatakse sageli konkreetsete erinevuste järgi, mida nad eraldamise saavutamiseks kasutavad. Filtreerimine ja tsentrifuugimine on tavaliselt kasutatavad eraldamismeetodid, mis põhinevad ainult soovitud osakeste füüsilisel liikumisel. Põhiline erinevus filtreerimise ja tsentrifuugimise vahel on kasutatud jõus ja meetodis. Filtreerimisel kasutatakse sageli saasteainete või soovimatute materjalide kurnamiseks/eemaldamiseks raskusjõu abil sõelumistehnikat. Seda saab saavutada füüsiliste tõkete, näiteks söötmete, membraanide või kurnade abil. Tsentrifuugimisel kasutatakse tsentrifugaaljõudu, et eraldada soovitud ühendid ja tahked osakesed molekulmassi alusel. Selleks eraldamiseks kasutatakse tsentrifuugimasinat. Tihedamad ühendid kanduvad tsentrifuugi välisküljele ja neid saab se alt eemaldada. Selles artiklis käsitleme filtreerimise ja tsentrifuugimise erinevusi.
Mis on filtreerimine?
Filtreerimist kasutatakse soovitud osakeste või koostisosade eraldamiseks segus või suspensioonis. Olenev alt rakendusest saab filtreerimistehnika abil eraldada kas ühe või mitu huvitatud komponenti. See on füüsikaline eraldusmeetod ning keemias, toiduaineteteaduses ja inseneriteaduses on väga oluline erineva keemilise koostisega materjalide eraldamine või ühendite puhastamine. Filtreerimisel toimub eraldumine ühes või mitmes perforeeritud kihis. Filtreerimisel jäävad osakesed, mis on liiga suured, et läbida perforeeritud kihi auke. Seejärel võivad suured osakesed moodustada filtri peal jäägi- või kookikihi ning ummistada ka filtrisilma, takistades vedelikufaasi läbimist filtriga.
Joonis 1: Lihtsa filtreerimise illustratsioon.
Mis on tsentrifuugimine?
Tsentrifuugimine on protsess, mille käigus tsentrifuugimasinat kasutatakse keerulise vedela segu/lobri soovitud koostisosade eraldamiseks. Tsentrifuugimise tulemusena koguneb sade kiiremini ja täielikult tsentrifuugitoru põhja. Ülejäänud vedelikku nimetatakse supernatandiks. See supernatant kantakse seejärel kiiresti torust ilma sadet segamata või eemaldatakse Pasteuri pipetiga. Tsentrifuugimisel sadestuvad osakesed sõltuvad tsentrifugaalkiirendusest, osakeste suurusest ja kujust, esinevate tahkete ainete mahust, osakeste ja vedeliku vahelisest tiheduse erinevusest ning viskoossusest.
Joonis 2: tsentrifuugimisprotsessi illustratsioon
Mis vahe on filtreerimisel ja tsentrifuugimisel?
Filtreerimise ja tsentrifuugimise määratlus
Filtreerimine: toiming või protsess, mille käigus eemaldatakse vedelikust midagi soovimatut.
Tsentrifuugimine: lahuse või segu kergemate osade eraldamise protsess.
Filtrimise ja tsentrifuugimise omadused
Filtreerimisel ja tsentrifuugimisel võivad olla oluliselt erinevad omadused ja need võib liigitada järgmistesse alarühmadesse;
Sundkasutatud
Filtreerimine: filtreerimisel kasutatakse gravitatsioonijõudu.
Tsentrifuugimine: tsentrifuugimisel kasutatakse tsentrifugaaljõudu.
Varustus
Filtreerimine: kasutada võib sõelu või perforeeritud kihti või kurna või kandjat või füüsilist membraani või filtrilehtrit või nende kombinatsioone. Filtreerimise hõlbustamiseks võib kasutada mõnda filtriabi. Need on tavaliselt kokkusurumatu kobediatomiit või ränidioksiid.
Tsentrifuugimine: kasutatakse tsentrifuugimasinat ja tsentrifuugitorusid.
Toimimisviis
Filtreerimine: segus olevad suured osakesed ei pääse läbi filtri võrgusilma/perforeeritud struktuuri, samas kui vedelik ja väikesed osakesed läbivad gravitatsioonijõu mõjul, muutudes filtraatiks (joonis 1)
Tsentrifuugimine: lahuse segu tsentrifuugitakse, et suruda raskem/tihedam tahke aine põhja, kus see tekitab sageli tugeva koogi. Selle koogi kohal oleva vedeliku saab eemaldada või dekanteerida. See meetod on eriti kasulik tahkete ainete eraldamiseks, mis ei filtreeri hästi (nt želatiinsed või peened osakesed). (Joonis 2)
Tüübid
Filtreerimine: oodataval tulemusel põhinevad kolm filtreerimistehnikat, mida nimetatakse kuum-, külm- ja vaakumfiltreerimiseks. Kuuma filtreerimise tehnikat kasutatakse peamiselt tahkete ainete eraldamiseks kuumast lahusest. Seda kasutatakse selleks, et vältida kristallide teket filtrilehtris, mis lahusega kokku puutub. Külmfiltreerimise tehnikat kasutatakse peamiselt kristalliseeritava lahuse kiireks jahutamiseks. Selle meetodi tulemusena tekivad väga väikesed kristallid, mitte aga suurte kristallide saamine, jahutades lahust aeglaselt toatemperatuurini. Vaakumfiltreerimismeetodit kasutatakse peamiselt väikese lahusepartii jaoks, et väikesed kristallid kiiresti kuivatada. See on kõige tõhusam filtreerimistehnika võrreldes kuuma ja jaheda filtreerimisega.
Tsentrifuugimine: on kolm tsentrifuugimistehnikat, nimelt mikrotsentrifuugid, suure kiirusega tsentrifuugid ja ultratsentrifuugimised. Mikrotsentrifuugi kasutatakse sageli uurimistegevuses väikeste koguste bioloogiliste molekulide töötlemiseks. See masin on lauaplaadile kinnitamiseks piisav alt väike. Kiired tsentrifuugid saavad hakkama suuremate proovide mahtudega ja neid kasutatakse peamiselt suuremahulistes tööstuslikes rakendustes. Ultratsentrifuugimist kasutatakse peamiselt teadusuuringuteks, näiteks bioloogiliste osakeste omaduste uurimiseks. See on mikrotsentrifuugide ja kiirete tsentrifuugidega võrreldes kõige tõhusam eraldusmeetod.
Eesmärk
Filtreerimine: filtreerimise põhieesmärk on soovitud tulemuse saavutamine lisandite eemaldamise teel segust või tahkete ainete eraldamiseks segust.
Tsentrifuugimine: tsentrifuugimise põhieesmärk on tahkete ainete eraldamine lahusest.
Tõhusus
Filtreerimine: lihtsad filtreerimismeetodid võivad soovitud materjali eraldamiseks kuluda palju aega ja selle tulemusena on filtreerimine vähem tõhus kui tsentrifuugimine.
Tsentrifuugimine: eraldumine toimub filtreerimismeetoditega võrreldes väga kiiresti. Seetõttu on tsentrifuugimine tõhusam kui filtreerimine.
puudused
Filtreerimine: kui filtreeritakse väga väike kogus lahust, võib suurem osa lahusest imenduda filtrisse. Segud, mis sisaldavad želatiinseid või peeneid osakesi, ei filtreeri hästi. Seetõttu võib nende segude eraldamiseks kasutada tsentrifuugimist.
Tsentrifuugimine: see meetod nõuab oskusteavet ja elektrit võrreldes filtreerimistehnikatega.
Kulu
Filtreerimine: maksumus sõltub filtreerimisprotsessi keerukusest ja tavaliselt ei vaja lihtsad filtreerimismeetodid nii elektrit kui ka koolitatud inimesi. Seetõttu võivad sellega seotud kulud olla tsentrifuugimisega võrreldes madalad.
Tsentrifuugimine: kulud on lihtsa filtreerimistehnikaga võrreldes kõrged, kuna tsentrifuug vajab nii elektrit kui ka koolitatud tehnikuid.
Rakendused
Filtreerimine: kohvifilter, veefilter, ahjufilter osakeste eemaldamiseks, pneumaatilised transpordisüsteemid kasutavad filtreid, laboris kasutatakse filtreerimiseks klaaslehtrit, Buchneri lehtrit või paagutatud klaasist lehtrit. Inimese neerudes kasutatakse neerufiltrimist vere filtreerimiseks ja paljude keha jaoks homöostaasi säilitamiseks elutähtsate elementide selektiivseks reabsorptsiooniks.
Tsentrifuugimine: Üks levinumaid rakendusi on reoveesetete töötlemine, mille käigus eraldatakse tahke aine väga kontsentreeritud suspensioonidest. Tsentrifuugimist kasutatakse ka uraani rikastamise protsessis. Lisaks sellele kasutatakse seda tehnikat bioloogilistes uuringutes soovitud tahke või vedeliku eraldamiseks segust. Lisaks kasutatakse tsentrifuugimist piimast rasva eemaldamiseks lõssi tootmiseks, veini selitamiseks ja stabiliseerimiseks ning uriini koostisosade ja vereelementide eraldamiseks kohtuekspertiisi ja meditsiiniuuringute laborites.
Kokkuvõtteks võib öelda, et filtreerimine ja tsentrifuugimine on erinevad eraldusmeetodid ja nende peamine erinevus on kasutatav jõud ja eraldusseadmed. Seetõttu võivad neil olla oluliselt erinevad rakendused.
