Ключевая разница – фильтрация и центрифугирование
Прежде чем перейти к углубленному анализу различий между фильтрацией и центрифугированием, двумя методами разделения, давайте сначала посмотрим, что такое метод разделения. В биологической науке и технике метод разделения используется для выделения желаемого компонента из смеси. Это явление массопереноса, которое превращает смесь компонентов в две или более отдельных фракций. Разделение смесей зависит от различий в химических свойствах или физических свойствах, таких как масса, плотность, размер, форма или химическое сродство между составляющими смеси. Методы разделения часто классифицируют в соответствии с конкретными различиями, которые они используют для достижения разделения. Фильтрация и центрифугирование являются широко используемыми методами разделения, основанными только на физическом движении желаемых частиц. Ключевое различие между фильтрацией и центрифугированием заключается в используемой силе и методе. Фильтрация часто использует метод просеивания для процеживания/удаления загрязняющих веществ или нежелательных материалов под действием силы тяжести. Этого можно достичь с помощью физических барьеров, таких как среда, мембраны или сетчатые фильтры. Центрифугирование использует центробежную силу для разделения желаемых соединений и твердых частиц в зависимости от молекулярной массы. Для этого разделения используется центрифуга. Более плотные соединения переходят за пределы центрифуги и могут быть удалены оттуда. В этой статье давайте подробно остановимся на различиях между фильтрацией и центрифугированием.
Что такое фильтрация?
Фильтрация используется для отделения желаемых частиц или компонентов в смеси или суспензии. В зависимости от применения один или несколько интересующих компонентов могут быть выделены с помощью метода фильтрации. Это метод физического разделения, и в химии, пищевой науке и технике очень важно разделять материалы разного химического состава или очищать соединения. Во время фильтрации происходит разделение на один или несколько перфорированных слоев. При фильтрации задерживаются частицы, которые слишком велики, чтобы пройти через отверстия перфорированного слоя. Затем крупные частицы могут образовывать осадок или корку на поверхности фильтра, а также могут блокировать сетку фильтра, препятствуя проникновению жидкой фазы через фильтр.
Рисунок 1: Иллюстрация простой фильтрации.
Что такое центрифугирование?
Центрифугирование – это процесс, при котором центрифуга используется для разделения желаемых компонентов сложной жидкой смеси/суспензии. В результате центрифугирования осадок быстрее и полнее собирается на дне центрифужной пробирки. Оставшаяся жидкость известна как надосадочная жидкость. Затем этот супернатант либо быстро переносят из пробирки, не нарушая осадка, либо удаляют с помощью пипетки Пастера. Частицы, осаждающиеся при центрифугировании, зависят от центробежного ускорения, размера и формы частиц, объемной доли присутствующих твердых частиц, разности плотностей между частицей и жидкостью и вязкости.
Рисунок 2: Иллюстрация процесса центрифугирования
В чем разница между фильтрацией и центрифугированием?
Определение фильтрации и центрифугирования
Фильтрация: действие или процесс удаления чего-то нежелательного из жидкости.
Центрифугирование: процесс разделения более легких порций раствора или смеси.
Характеристики фильтрации и центрифугирования
Фильтрация и центрифугирование могут иметь существенно разные характеристики, и их можно разделить на следующие подгруппы:
Применение силы
Фильтрация: В фильтрации используется сила гравитации.
Центрифугирование: при центрифугировании используется центробежная сила.
Оборудование
Фильтрация: Можно использовать сита, или перфорированный слой, или сетчатый фильтр, или материал, или физическую мембрану, или фильтровальную воронку, или их комбинации. Некоторые вспомогательные фильтрующие средства могут использоваться для облегчения фильтрации. Обычно это несжимаемый диатомит или кремнезем.
Центрифугирование: Используются центрифужная машина и центрифужные пробирки.
Метод работы
Фильтрация: Крупные частицы в смеси не могут пройти через сетчатую/перфорированную структуру фильтра, в то время как жидкость и мелкие частицы проходят под действием силы тяжести, превращаясь в фильтрат (Рисунок 1)
Центрифугирование: растворная смесь центрифугируется, чтобы вытеснить более тяжелое/плотное твердое вещество на дно, где оно часто образует твердую лепешку. Жидкость над этой лепешкой можно удалить или декантировать. Этот метод особенно полезен для отделения твердых частиц, которые плохо фильтруются (например, желеобразных или мелких частиц). (Рисунок 2)
Типы
Фильтрация: Существует три метода фильтрации, основанные на ожидаемом результате, известные как горячая, холодная и вакуумная фильтрация. Метод горячей фильтрации в основном используется для отделения твердых веществ от горячего раствора. Это используется для предотвращения образования кристаллов в воронке фильтра, контактирующей с раствором. Метод холодной фильтрации в основном используется для быстрого охлаждения кристаллизуемого раствора. Этот метод приводит к образованию очень маленьких кристаллов, в отличие от получения больших кристаллов при медленном охлаждении раствора до комнатной температуры. Вакуумный метод фильтрации в основном используется для небольшого количества раствора, чтобы быстро высушить мелкие кристаллы. Это наиболее эффективный метод фильтрации по сравнению с горячей и холодной фильтрацией.
Центрифугирование: Существует три метода центрифугирования, а именно микроцентрифуги, высокоскоростные центрифуги и ультрацентрифугирования. Микроцентрифуги часто используются в исследовательской деятельности для обработки небольших объемов биологических молекул. Эта машина достаточно мала, чтобы ее можно было закрепить на столе. Высокоскоростные центрифуги могут работать с большими объемами проб и в основном используются в крупномасштабных промышленных приложениях. Ультрацентрифугирование в основном используется для исследовательских целей, таких как изучение свойств биологических частиц. Это наиболее эффективный метод разделения по сравнению с микроцентрифугами и высокоскоростными центрифугами.
Цель
Фильтрация: Основная цель фильтрации – получение желаемого результата путем удаления примесей из смеси или выделения твердых частиц из смеси.
Центрифугирование: Основной целью центрифугирования является выделение твердых веществ из раствора.
Эффективность
Фильтрация: Простые методы фильтрации могут потребовать много времени для отделения желаемого материала, и в результате фильтрация менее эффективна, чем центрифугирование.
Центрифугирование: разделение происходит очень быстро по сравнению с методами фильтрации. Поэтому центрифугирование более эффективно, чем фильтрация.
Недостатки
Фильтрация: Если фильтруется очень небольшое количество раствора, большая часть этого раствора может быть поглощена фильтрующим материалом. Смеси, содержащие желеобразные или мелкие частицы, плохо фильтруются. Поэтому для разделения этих смесей можно использовать центрифугирование.
Центрифугирование: Этот метод требует ноу-хау и электричества по сравнению с методами фильтрации.
Стоимость
Фильтрация: Стоимость зависит от сложности процесса фильтрации, и обычно простые методы фильтрации не требуют электричества и обученного персонала. Следовательно, связанные с этим затраты могут быть ниже по сравнению с центрифугированием.
Центрифугирование: стоимость высока по сравнению с простой техникой фильтрации, поскольку центрифуге требуется электричество, а также обученный технический персонал.
Приложения
Фильтрация: фильтр для кофе, фильтр для воды, фильтр для печей для удаления частиц, в системах пневмотранспорта используются фильтры, в лаборатории для фильтрации используется стеклянная воронка, воронка Бюхнера или воронка из пористого стекла. В почках человека почечная фильтрация используется для фильтрации крови и избирательного повторного поглощения многих элементов, жизненно важных для поддержания гомеостаза организма.
Центрифугирование: Одним из наиболее распространенных применений является обработка осадка сточных вод при отделении твердых веществ от высококонцентрированных суспензий. Центрифугирование также используется в процессе обогащения урана. Кроме того, этот метод используется в биологических исследованиях для выделения желаемого твердого вещества или жидкости из смеси. Кроме того, центрифугирование используется для удаления жира из молока для производства обезжиренного молока, для осветления и стабилизации вина, а также для отделения компонентов мочи и элементов крови в судебно-медицинских исследовательских лабораториях.
В заключение следует отметить, что фильтрация и центрифугирование являются разными методами разделения, и ключевое различие между ними заключается в используемой силе и оборудовании для разделения. В результате они могут иметь существенно разные приложения.
