Co to jest wirowanie? Do czego służy metoda? Termin „wirowanie” oznacza rozdzielenie cząstek cieczy lub substancji stałych na różne frakcje przy użyciu sił odśrodkowych. To oddzielenie substancji odbywa się za pomocą specjalnej aparatury - wirówek. Jaka jest zasada metody?
Zasada wirowania
Rozważmy definicję bardziej szczegółowo. Wirowanie to oddziaływanie na substancje poprzez ultraszybką rotację w specjalistycznej aparaturze. Główną częścią każdej wirówki jest rotor, w którym znajdują się szczeliny do instalowania probówek z materiałem, który ma być rozdzielony na osobne frakcje. Podczas obracania się wirnika przy dużych prędkościach w grę wchodzi siła odśrodkowa. Substancje umieszczone w probówkach są rozdzielane na różne substancje w zależności od poziomu gęstości. Na przykład wirowanie próbek wód gruntowych oddziela ciecz i wytrąca zawarte w niej substancje stałe.
Autormetoda
Po raz pierwszy wiadomo, czym jest wirowanie, po eksperymentach przeprowadzonych przez naukowca A. F. Lebiediewa. Metoda została opracowana przez naukowca w celu określenia składu wody glebowej. Wcześniej do tego celu wykorzystywano osadzanie cieczy, a następnie oddzielanie od niej próbek stałych. Opracowanie metody wirowania pozwoliło znacznie szybciej poradzić sobie z tym zadaniem. Dzięki tej separacji stało się możliwe wyodrębnienie frakcji stałej substancji z cieczy w postaci suchej w ciągu kilku minut.
Kroki wirowania
Wirowanie różnicowe rozpoczyna się od osadzania się substancji, które mają być badane. Taka obróbka materiału odbywa się w osadnikach. Podczas osiadania cząsteczki materii są oddzielane pod wpływem grawitacji. Pozwala to na przygotowanie substancji do lepszej separacji przy użyciu sił odśrodkowych.
Ponadto substancje w probówkach są filtrowane. Na tym etapie stosuje się tzw. bębny perforowane, które służą do oddzielania cząstek cieczy od cząstek stałych. W trakcie przedstawionych czynności cały osad pozostaje na ściankach wirówki.
Korzyści z metody
W porównaniu z innymi metodami oddzielania poszczególnych substancji, takimi jak filtracja czy sedymentacja, wirowanie umożliwia uzyskanie osadu o minimalnej zawartości wilgoci. Zastosowanie tej metody separacji umożliwia oddzielenie drobno zdyspergowanych zawiesin. Wynik touzyskanie cząstek o wielkości 5-10 mikronów. Kolejną ważną zaletą wirowania jest możliwość jego realizacji przy użyciu urządzeń o małych objętościach i gabarytach. Jedyną wadą metody jest wysokie zużycie energii przez urządzenia.
Wirowanie w biologii
W biologii rozdzielanie substancji na oddzielne substancje stosuje się, gdy konieczne jest przygotowanie preparatów do badań pod mikroskopem. Tutaj wirowanie odbywa się na złożonych urządzeniach - cytorotorach. Takie urządzenia, oprócz gniazd na probówki, wyposażone są w uchwyty na próbki, wszelkiego rodzaju szkiełka podstawowe o złożonej konstrukcji. Jakość otrzymanych materiałów, a co za tym idzie ilość przydatnych informacji, które można uzyskać z wyników analizy, zależy bezpośrednio od konstrukcji wirówki podczas prowadzenia badań w biologii.
Wirowanie w przemyśle rafinacji ropy naftowej
Metoda wirowania jest niezbędna w produkcji oleju. Istnieją skamieniałości węglowodorów, z których woda nie jest całkowicie uwalniana podczas destylacji. Wirowanie umożliwia usunięcie nadmiaru cieczy ze składu oleju, podnosząc jego jakość. W tym przypadku olej jest rozpuszczany w benzenie, a następnie podgrzewany do 60 °C, a następnie poddawany działaniu siły odśrodkowej. Na koniec zmierz ilość pozostałej wody w substancji i, jeśli to konieczne, powtórz procedurę.
Wirowanie krwi
Ta metoda jest szeroko stosowana w medycyniecele. W medycynie pozwala rozwiązać następującą liczbę problemów:
- Uzyskiwanie oczyszczonych próbek krwi do plazmaferezy. W tym celu komórki krwi są oddzielane od osocza w wirówce. Operacja umożliwia pozbycie się z krwi wirusów, nadmiaru przeciwciał, bakterii chorobotwórczych, toksyn.
- Przygotowywanie krwi do transfuzji dawcy. Po rozdzieleniu płynów ustrojowych na oddzielne frakcje przez odwirowanie, komórki krwi wracają do dawcy, a osocze jest wykorzystywane do transfuzji lub zamrażane do późniejszego wykorzystania.
- Izolacja masy płytek krwi. Substancja pozyskiwana jest z osocza krwi wzbogaconego płytkami krwi. Powstała masa jest wykorzystywana w oddziałach chirurgicznych i hematologicznych placówek medycznych, w terapii ratunkowej, salach operacyjnych. Zastosowanie masy płytkowej w medycynie umożliwia poprawę krzepliwości krwi u ofiar.
- Synteza masy erytrocytów. Wirowanie krwinek następuje poprzez delikatne oddzielenie ich frakcji specjalną techniką. Gotowa masa, bogata w erytrocyty, służy do transfuzji w przypadku utraty krwi, operacji. Masę erytrocytów często stosuje się w leczeniu anemii i innych ogólnoustrojowych chorób krwi.
W nowoczesnej praktyce medycznej stosuje się wiele urządzeń nowej generacji, które umożliwiają rozpędzanie obracającego się bębna do określonej prędkości i zatrzymanie go w określonym momencie. Pozwala to na dokładniejsze rozdzielenie krwi na czerwone krwinki, płytki krwi, osocze, surowicę iskrzepy. W podobny sposób bada się inne płyny ustrojowe, w szczególności oddziela się substancje w składzie moczu.
Wirówki: główne typy
Odkryliśmy, czym jest wirowanie. Teraz dowiedzmy się, jakie urządzenia są używane do implementacji metody. Wirówki są zamknięte lub otwarte, z napędem mechanicznym lub ręcznym. Główną częścią roboczą ręcznych urządzeń otwieranych jest oś obrotowa umieszczona pionowo. W jej górnej części prostopadle zamocowany jest drążek, w którym znajdują się ruchome metalowe tuleje. Zawierają specjalne probówki, zwężone u dołu. Na dole rękawów umieszczona jest wata, co pozwala uniknąć uszkodzenia szklanej probówki w kontakcie z metalem. Następnie aparat jest wprawiany w ruch. Po pewnym czasie ciecz oddziela się od zawieszonych ciał stałych. Następnie wirówka ręczna zostaje zatrzymana. Na dnie probówek zagęszcza się gęsty, stały osad. Nad nim znajduje się ciekła część substancji.
Wirówki mechaniczne typu zamkniętego mają dużą liczbę tulei, w których można umieścić probówki. Takie urządzenia są wygodniejsze niż ręczne. Ich wirniki są napędzane potężnymi silnikami elektrycznymi i są w stanie przyspieszyć do 3000 obr./min. Pozwala to na lepsze oddzielenie substancji płynnych od stałych.
Cechy przygotowania probówek podczas wirowania
Rurki używane dowirowanie, musi być wypełnione badanym materiałem o identycznej masie. Dlatego do pomiarów stosuje się tutaj specjalne wagi o wysokiej precyzji. Gdy wymagane jest wyważanie wielu probówek w wirówce, stosuje się następującą technikę. Po zważeniu pary szklanych pojemników i osiągnięciu tej samej masy, jeden z nich pozostaje standardem. Kolejne probówki są równoważone tą próbką przed umieszczeniem w aparacie. Technika ta znacznie przyspiesza pracę w przypadku konieczności przygotowania całej serii probówek do wirowania.
Warto zauważyć, że zbyt dużo testowanej substancji nigdy nie jest umieszczane w probówkach. Szklane pojemniki są wypełnione w taki sposób, aby odległość do krawędzi wynosiła co najmniej 10 mm. W przeciwnym razie substancja wyleje się z probówki pod wpływem siły odśrodkowej.
Superwirówki
Aby oddzielić składniki bardzo drobnych zawiesin, konwencjonalne ręczne lub mechaniczne wirówki nie wystarczą. W takim przypadku wymagany jest bardziej imponujący wpływ na substancje z sił odśrodkowych. W realizacji takich procesów wykorzystywane są superwirówki.
Urządzenia przedstawionego planu wyposażone są w ślepy bęben w postaci rurki o małej średnicy - nie większej niż 240 mm. Długość takiego bębna znacznie przekracza jego przekrój, co pozwala znacznie zwiększyć liczbę obrotów i wytworzyć potężną siłę odśrodkową.
W superwirówce badana substancja wchodzi do bębna, porusza się wzdłuż rurki i uderza w specjalne reflektory, które są wyrzucanemateriał na ścianach urządzenia. Istnieją również komory przeznaczone do oddzielnego pobierania płynów lekkich i ciężkich.
Zalety superwirówki obejmują:
- absolutna szczelność;
- najwyższy wskaźnik separacji;
- kompaktowy rozmiar;
- możliwość oddzielania substancji na poziomie molekularnym.
Zamykanie
Więc dowiedzieliśmy się, czym jest wirowanie. Obecnie metoda znajduje zastosowanie, gdy konieczne jest izolowanie osadów roztworów, oczyszczanie cieczy oraz oddzielanie składników substancji biologicznie czynnych i chemicznych. Ultrawirówki służą do oddzielania substancji na poziomie molekularnym. Metoda wirowania jest aktywnie wykorzystywana w przemyśle chemicznym, naftowym, nuklearnym, spożywczym, a także w medycynie.
