Galvenā atšķirība - filtrēšana pret centrifugēšanu
Pirms pāriet pie padziļinātas analīzes par atšķirību starp filtrēšanu un centrifugēšanu, abām atdalīšanas metodēm, vispirms apskatīsim, kas ir atdalīšanas paņēmiens. Bioloģijas zinātnē un inženierzinātnēs izmanto atdalīšanas metodi, lai no maisījuma izolētu vēlamo sastāvdaļu. Tā ir masas pārneses parādība, kas pārvērš sastāvdaļu maisījumu divās vai vairākās atšķirīgās frakcijās. Maisījumu atdalīšana ir atkarīga no maisījuma sastāvdaļu ķīmisko īpašību vai fizikālo īpašību atšķirībām, piemēram, masas, blīvuma, izmēra, formas vai ķīmiskās afinitātes. Atdalīšanas metodes bieži tiek iedalītas kategorijās atbilstoši īpašajām atšķirībām, ko tās izmanto, lai panāktu atdalīšanu. Filtrēšana un centrifugēšana ir parasti izmantotās atdalīšanas metodes, kuru pamatā ir tikai vēlamo daļiņu fiziska kustība. Galvenā atšķirība starp filtrēšanu un centrifugēšanu ir izmantotajā spēkā un metodē. Filtrēšanai bieži tiek izmantots sijāšanas paņēmiens, lai ar gravitācijas palīdzību izkāstu/noņemtu piesārņotājus vai nevēlamus materiālus. To var panākt, izmantojot fiziskus šķēršļus, piemēram, barotnes, membrānas vai sietiņus. Centrifugēšana izmanto centrbēdzes spēku, lai atdalītu vēlamos savienojumus un daļiņas, pamatojoties uz molekulmasu. Šai atdalīšanai tiek izmantota centrifūgas iekārta. Blīvāki savienojumi tiek pārvietoti uz centrifūgas ārpusi, un tos var noņemt no turienes. Šajā rakstā sīkāk aplūkosim atšķirības starp filtrēšanu un centrifugēšanu.
Kas ir filtrēšana?
Filtrēšanu izmanto, lai maisījumā vai suspensijā atdalītu vēlamās daļiņas vai sastāvdaļas. Atkarībā no pielietojuma vienu vai vairākas ieinteresētās sastāvdaļas var izolēt, izmantojot filtrēšanas tehniku. Tā ir fizikāla atdalīšanas metode, un tā ir ļoti svarīga ķīmijā, pārtikas zinātnē un inženierzinātnēs, lai atdalītu dažāda ķīmiskā sastāva materiālus vai attīrītu savienojumus. Filtrēšanas laikā atdalīšana notiek vienā vai vairākos perforētā slānī/s. Filtrējot tiek saglabātas daļiņas, kas ir pārāk lielas, lai izietu cauri perforētā slāņa caurumiem. Pēc tam lielas daļiņas var izveidot nogulsnes vai kūkas slāni uz filtra, kā arī var bloķēt filtra sietu, neļaujot šķidruma fāzei šķērsot filtru.
1. attēls: vienkāršas filtrēšanas ilustrācija.
Kas ir centrifugēšana?
Centrifugēšana ir process, kurā centrifūgas iekārtu izmanto, lai atdalītu vēlamās sarežģītā šķidrā maisījuma/susspensijas sastāvdaļas. Centrifugēšanas rezultātā nogulsnes ātrāk un pilnīgāk tiek savāktas centrifūgas mēģenes apakšā. Atlikušo šķidrumu sauc par supernatanta šķidrumu. Pēc tam šo supernatantu vai nu ātri pārnes no mēģenes, neizjaucot nogulsnes, vai arī noņem, izmantojot Pastēra pipeti. Daļiņas, kas izgulsnējas centrifugēšanas laikā, ir atkarīgas no centrbēdzes paātrinājuma, daļiņu izmēra un formas, esošo cieto vielu tilpuma, daļiņu un šķidruma blīvuma starpības un viskozitātes.
2. attēls: centrifugēšanas procesa ilustrācija
Kāda ir atšķirība starp filtrēšanu un centrifugēšanu?
Filtrēšanas un centrifugēšanas definīcija
Filtrēšana: darbība vai process, kurā no šķidruma tiek izņemts kaut kas nevēlams.
Centrifugēšana: vieglāku šķīduma vai maisījuma daļu atdalīšanas process.
Filtrēšanas un centrifugēšanas raksturojums
Filtrēšanai un centrifugēšanai var būt ievērojami atšķirīgi raksturlielumi, un tos var iedalīt šādās apakšgrupās;
Izmantots piespiedu kārtā
Filtrēšana: filtrēšanā tiek izmantots gravitācijas spēks.
Centrifugēšana: centrifugēšanā tiek izmantots centrbēdzes spēks.
Aprīkojums
Filtrēšana: var izmantot sietus vai perforētu slāni vai sietiņu, vai materiālu, vai fizisko membrānu vai filtra piltuvi vai to kombinācijas. Dažus filtru palīglīdzekļus var izmantot, lai palīdzētu filtrēt. Parasti tās ir nesaspiežamā diatomīta zeme vai silīcija dioksīds.
Centrifugēšana: tiek izmantota centrifūgas iekārta un centrifūgas caurules.
Darbības metode
Filtrēšana: lielas daļiņas maisījumā nevar iziet cauri filtra sietam/perforētajai struktūrai, kamēr šķidrums un mazās daļiņas gravitācijas spēka ietekmē kļūst par filtrātu (1. attēls)
Centrifugēšana: šķīduma maisījumu centrifugē, lai piespiestu smagāku/blīvāku cieto vielu uz leju, kur tas bieži veido stingru kūku Šķidrumu virs šīs kūkas var noņemt vai dekantēt. Šī metode ir īpaši noderīga, lai atdalītu cietās vielas, kas slikti filtrējas (piemēram, želatīna vai smalkas daļiņas). (2. attēls)
Veidi
Filtrēšana: ir trīs filtrēšanas metodes, kuru pamatā ir sagaidāmais rezultāts, kas pazīstams kā karstā, aukstā un vakuuma filtrēšana. Karstās filtrēšanas paņēmienu galvenokārt izmanto, lai atdalītu cietās vielas no karsta šķīduma. To izmanto, lai izvairītos no kristālu veidošanās filtra piltuvē, kas nonāk saskarē ar šķīdumu. Aukstās filtrēšanas metodi galvenokārt izmanto, lai ātri atdzesētu kristalizējamo šķīdumu. Šīs metodes rezultātā veidojas ļoti mazi kristāli pretstatā lielu kristālu iegūšanai, lēni atdzesējot šķīdumu līdz istabas temperatūrai. Vakuuma filtrēšanas metodi galvenokārt izmanto nelielai šķīduma partijai, lai ātri izžāvētu mazus kristālus. Šī ir visefektīvākā filtrēšanas metode salīdzinājumā ar karsto un vēso filtrēšanu.
Centrifugēšana: ir trīs centrifugēšanas metodes, proti, mikrocentrifūgas, ātrgaitas centrifūgas un ultracentrifugācijas. Mikrocentrifūgu bieži izmanto pētniecības darbībās, lai apstrādātu nelielu bioloģisko molekulu apjomu. Šī iekārta ir pietiekami maza, lai to piestiprinātu pie galda. Ātrgaitas centrifūgas var apstrādāt lielākus paraugu apjomus, un tās galvenokārt izmanto liela mēroga rūpniecībā. Ultracentrifugēšanu galvenokārt izmanto pētniecības nolūkos, piemēram, bioloģisko daļiņu īpašību izpētei. Tā ir visefektīvākā atdalīšanas metode salīdzinājumā ar mikrocentrifūgām un ātrgaitas centrifūgām.
Mērķis
Filtrēšana: galvenais filtrēšanas mērķis ir iegūt vēlamo rezultātu, atdalot no maisījuma piemaisījumus vai, lai no maisījuma izolētu cietās vielas.
Centrifugēšana: galvenais centrifugēšanas mērķis ir cietvielu atdalīšana no šķīduma.
Efektivitāte
Filtrēšana: vienkāršām filtrēšanas metodēm var būt nepieciešams daudz laika, lai atdalītu vēlamo materiālu, un tāpēc filtrēšana ir mazāk efektīva nekā centrifugēšana.
Centrifugēšana: atdalīšana notiek ļoti ātri, salīdzinot ar filtrēšanas metodēm. Tāpēc centrifugēšana ir efektīvāka nekā filtrēšana.
Trūkumi
Filtrēšana: ja filtrē ļoti mazus šķīduma daudzumus, lielāko daļu šī šķīduma var absorbēt filtra vide. Maisījumi, kas satur želatīna vai smalkas daļiņas, slikti filtrējas. Tāpēc, lai atdalītu šos maisījumus, var izmantot centrifugēšanu.
Centrifugēšana: šai metodei ir vajadzīgas zināšanas un elektrība salīdzinājumā ar filtrēšanas metodēm.
Izmaksas
Filtrēšana: izmaksas ir atkarīgas no filtrēšanas procesa sarežģītības, un parasti vienkāršām filtrēšanas metodēm nav nepieciešama elektrība, kā arī apmācītas personas. Tāpēc saistītās izmaksas var būt zemas salīdzinājumā ar centrifugēšanu.
Centrifugēšana: izmaksas ir augstas salīdzinājumā ar vienkāršu filtrēšanas paņēmienu, jo centrifūgai ir nepieciešama elektrība, kā arī apmācīti tehniķi.
Lietojumprogrammas
Filtrēšana: kafijas filtrs, ūdens filtrs, krāsns filtrs daļiņu noņemšanai, pneimatiskajās transportēšanas sistēmās tiek izmantoti filtri, laboratorijā filtrēšanai tiek izmantota stikla piltuve, Buhnera piltuve vai saķepināta stikla piltuve. Cilvēka nierēs nieru filtrāciju izmanto, lai filtrētu asinis un selektīvi reabsorbētu daudzus organismam vitāli svarīgus elementus, lai uzturētu homeostāzi.
Centrifugēšana: viens no visizplatītākajiem lietojumiem ir notekūdeņu dūņu apstrāde, kurā tiek atdalītas cietās vielas no ļoti koncentrētām suspensijām. Centrifugēšanu izmanto arī urāna bagātināšanas procesā. Papildus tam šo paņēmienu izmanto bioloģiskajos pētījumos, lai no maisījuma izolētu vēlamo cieto vai šķidrumu. Turklāt centrifugēšanu izmanto, lai atdalītu no piena taukus, lai ražotu vājpienu, dzidrinātu un stabilizētu vīnu un atdalītu urīna sastāvdaļas un asins elementus tiesu medicīnas un medicīnas pētījumu laboratorijās.
Noslēgumā jāsaka, ka filtrēšana un centrifugēšana ir dažādas atdalīšanas metodes, un galvenā atšķirība starp tām ir izmantotais spēks un atdalīšanas aprīkojums. Tā rezultātā tiem var būt būtiski atšķirīgas lietojumprogrammas.
