Centrifūgas ir iekārtas, ko izmanto laboratorijās, medicīnas iestādēs un rūpniecībā, lai atdalītu suspendēto materiālu no barotnēm, ar kurām tās tiek sajauktas. To dara, ļoti ātri griežot slēgtos maisījuma konteinerus ap fiksētu centrālo punktu. Šīs kustības radītais centrbēdzes spēks piespiež suspensijas blīvāko materiālu pret konteinera sienām, efektīvi atdalot to no šķīduma. Šīs ierīces izmanto, lai atdalītu cietās vielas no šķidrām suspensijas vidēm; piemēram, tie ir būtisks medicīnisks instruments plazmas atdalīšanai no asins paraugiem.
Kā tie darbojas
Centrifūgas darbības pamatprincips ir centrbēdzes spēks. Ja spaini, kas ir līdz pusei piepildīts ar ūdeni, ātri griež riņķī virs galvas un atpakaļ uz zemi, spaiņa griešanās radītais centrbēdzes spēks spiež ūdeni uz leju. Tas saglabā ūdeni spainī pat tad, kad tas ir apgriezts otrādi.
Lielākā daļa centrifūgu izmanto šo spēku līdzīgā veidā, un tās sastāv no korpusa ar vāku un darbināma centrālā rotora. Rotoram ap apkārtmēru ir caurumu rinda, kurā ievieto šķīduma tvertnes, parasti mēģenes. Kad mašīnas vāks ir aizvērts un centrifūga ir ieslēgta, rotors griežas lielā ātrumā. Tāpat kā kausa eksperimenta gadījumā, centrbēdzes spēks liek jebkurai vielai šķīdumā, kas ir blīvāka par šķidrumu, piespiesties pret cauruļu ārējām sienām, atdalot to no šķidruma.
Kad centrifūga ir beigusi savu ciklu, tā tiek pakāpeniski palēnināta un apturēta, lai novērstu turbulenci, kas varētu izraisīt šķīduma atkārtotu samaisīšanu. Šis palēnināšanās periods arī ļauj visam atdalītajam materiālam nokrist mēģenes apakšā. Kad rotors ir apstājies, mēģeni var noņemt un paraugus apstrādāt.
Dažos gadījumos centrifūgas vienā galā var būt ekrāns, kas ļauj šķidrumiem iziet cauri, kamēr cietās vielas paliek iesprostotas mēģenē. Citi var turēt caurules fiksētā leņķī vai ļaut tām šūpoties ārā, kad tās griežas. Caurules novietojums un centrifūgas griešanās ātrums var atšķirties atkarībā no atdalāmā šķīduma veida.
Atdalīšana pēc blīvuma
Šādā veidā no suspensijas var atdalīt jebkuru suspendēto materiālu skaitu. Katra atšķirīgā viela atdalīsies blīvuma secībā, veidojot atšķirīgus slāņus caurules apakšā, kad iekārta tiek apturēta. To sauc par sedimentācijas principu. Piemēram, asins paraugs, kas ievietots centrifūgā piemērota cikla garumā, pilnībā sadalīsies, apakšā sakrājoties smagākām asins šūnām un augšpusē vieglākai asins plazmai. Tas ir īpaši noderīgi, lai identificētu visas nezināmu risinājumu sastāvdaļas.
Citi lietojumi
Centrifūgas ierīces izmanto ne tikai laboratorijās; viņi redz plašu izmantošanu notekūdeņu apsaimniekošanā, naftas rūpniecībā un pat cukura un piena pārstrādē. Parasti medicīnas un zinātniskās laboratorijas centrifūgas ir mazas galda ierīces. No otras puses, rūpnieciskās iekārtas, ko izmanto magnetīta vircas atdalīšanai no tehnoloģiskā ūdens ogļu rūpnīcā, var būt ļoti lielas.
Urāna bagātināšanas procesā izmantotajām gāzes centrifūgām ir īpaši izstrādāti konteineri, kas ietver stratēģiski novietotu iekšējo kausiņu. Vērpjot, šī liekšķere savāc vēlamo urāna-235 izotopu, bet smagāks 238 izotops sakrājas uz tvertnes sieniņām. Tomēr tas ir daudz ilgāks process nekā šķidrās suspensijas atdalīšana, un bieži vien tas aizņem vairākus tūkstošus ciklu.
Lielas centrifūgas tiek izmantotas arī, lai pakļautu cilvēkus ekstremāliem spēkiem kontrolētā vidē. Tik lielas mašīnas radīto ārējo spēku var izmantot, lai simulētu masīvos gravitācijas spēkus (G-spēkus), ko, iespējams, piedzīvos astronauts vai iznīcinātāja pilots, ceļojot ar ļoti lielu ātrumu. Ģeotehniskā modelēšana ir vēl viena joma, kurā centrifūgas izmanto, lai modelētu gravitācijas spriegumus prototipos.