Βασική διαφορά – Διήθηση έναντι φυγοκέντρησης
Πριν προχωρήσουμε σε μια εις βάθος ανάλυση της διαφοράς μεταξύ Διήθησης και Φυγοκέντρησης, των δύο τεχνικών διαχωρισμού, ας δούμε πρώτα τι είναι η τεχνική διαχωρισμού. Στη βιολογική επιστήμη και τη μηχανική, χρησιμοποιείται μια τεχνική διαχωρισμού για την απομόνωση του επιθυμητού συστατικού από ένα μείγμα. Αυτό είναι ένα φαινόμενο μεταφοράς μάζας που μετατρέπει ένα μείγμα συστατικών σε δύο ή περισσότερα διακριτά κλάσματα. Ο διαχωρισμός των μιγμάτων εξαρτάται από τις διαφορές στις χημικές ιδιότητες ή τις φυσικές ιδιότητες όπως η μάζα, η πυκνότητα, το μέγεθος, το σχήμα ή η χημική συγγένεια, μεταξύ των συστατικών ενός μείγματος. Οι τεχνικές διαχωρισμού συχνά κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με τις συγκεκριμένες διαφορές που χρησιμοποιούν για την επίτευξη του διαχωρισμού. Η διήθηση και η φυγοκέντρηση είναι οι κοινώς χρησιμοποιούμενες τεχνικές διαχωρισμού που βασίζονται μόνο στη φυσική κίνηση των επιθυμητών σωματιδίων. Η βασική διαφορά μεταξύ της διήθησης και της φυγοκέντρησης είναι η χρησιμοποιούμενη δύναμη και μέθοδος. Το φιλτράρισμα χρησιμοποιεί συχνά μια τεχνική κοσκινίσματος για να τεντώσει/αφαιρέσει τους ρύπους ή τα ανεπιθύμητα υλικά με τη βοήθεια της βαρύτητας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσω φυσικών φραγμών όπως μέσα, μεμβράνες ή φίλτρα. Η φυγοκέντρηση χρησιμοποιεί τη φυγόκεντρο δύναμη για να διαχωρίσει τις επιθυμητές ενώσεις και τα σωματίδια με βάση το μοριακό βάρος. Για αυτόν τον διαχωρισμό χρησιμοποιείται μηχανή φυγοκέντρησης. Οι πυκνότερες ενώσεις μεταφέρονται στο εξωτερικό της συσκευής φυγοκέντρησης και μπορούν να αφαιρεθούν από εκεί. Σε αυτό το άρθρο, ας δούμε αναλυτικά τις διαφορές μεταξύ φιλτραρίσματος και φυγοκέντρησης.
Τι είναι το φιλτράρισμα;
Η διήθηση χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό των επιθυμητών σωματιδίων ή συστατικών σε ένα μείγμα ή εναιώρημα. Ανάλογα με την εφαρμογή, ένα ή περισσότερα ενδιαφερόμενα εξαρτήματα μπορούν να απομονωθούν χρησιμοποιώντας τεχνική φιλτραρίσματος. Είναι μια μέθοδος φυσικού διαχωρισμού και είναι πολύ σημαντικό στη χημεία, την επιστήμη των τροφίμων και τη μηχανική να διαχωριστούν υλικά διαφορετικής χημικής σύνθεσης ή να καθαριστούν ενώσεις. Κατά τη διάρκεια της διήθησης, ο διαχωρισμός λαμβάνει χώρα σε ένα ή περισσότερα διάτρητα στρώματα. Στο φιλτράρισμα, τα σωματίδια που είναι πολύ μεγάλα για να περάσουν από τις οπές του διάτρητου στρώματος συγκρατούνται. Στη συνέχεια, μεγάλα σωματίδια μπορεί να σχηματίσουν ένα υπόλειμμα ή ένα στρώμα κέικ πάνω από το φίλτρο και μπορεί επίσης να μπλοκάρουν το πλέγμα του φίλτρου, εμποδίζοντας τη ρευστή φάση να διασχίσει το φίλτρο.
Εικόνα 1: Απεικόνιση απλής διήθησης.
Τι είναι η φυγοκέντρηση;
Η φυγοκέντρηση είναι μια διαδικασία με την οποία χρησιμοποιείται μια μηχανή φυγοκέντρησης για τον διαχωρισμό των επιθυμητών συστατικών ενός πολύπλοκου υγρού μίγματος/αιωρήματος. Ως αποτέλεσμα της φυγοκέντρησης, το ίζημα συγκεντρώνεται πιο γρήγορα και πλήρως στον πυθμένα του σωλήνα φυγοκέντρησης. Το υπόλοιπο υγρό είναι γνωστό ως υπερκείμενο υγρό. Αυτό το υπερκείμενο στη συνέχεια είτε μεταφέρεται ταχέως από το σωλήνα χωρίς να διαταραχθεί το ίζημα, είτε απομακρύνεται χρησιμοποιώντας μια πιπέτα Pasteur. Τα σωματίδια που καθιζάνουν στη φυγοκέντρηση εξαρτώνται από τη φυγόκεντρη επιτάχυνση, το μέγεθος και το σχήμα των σωματιδίων, το τμήμα όγκου των στερεών που υπάρχουν, τη διαφορά πυκνότητας μεταξύ του σωματιδίου και του ρευστού και το ιξώδες.
Εικόνα 2: Απεικόνιση της διαδικασίας φυγοκέντρησης
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ φιλτραρίσματος και φυγοκέντρησης;
Ορισμός διήθησης και φυγοκέντρησης
Διήθηση: η πράξη ή η διαδικασία αφαίρεσης κάτι ανεπιθύμητου από ένα υγρό.
Φυγοκέντρηση: η διαδικασία διαχωρισμού ελαφρύτερων μερών ενός διαλύματος ή ενός μείγματος.
Χαρακτηριστικά διήθησης και φυγοκέντρησης
Η διήθηση και η φυγοκέντρηση μπορεί να έχουν σημαντικά διαφορετικά χαρακτηριστικά και μπορούν να κατηγοριοποιηθούν στις ακόλουθες υποομάδες;
Force Used
Διήθηση: Η βαρυτική δύναμη χρησιμοποιείται στο φιλτράρισμα.
Φυγοκέντρηση: Η φυγόκεντρος δύναμη χρησιμοποιείται στη φυγοκέντρηση.
Εξοπλισμός
Διήθηση: Μπορούν να χρησιμοποιηθούν κόσκινα ή διάτρητη στρώση ή φίλτρο ή μέσα ή φυσική μεμβράνη ή διηθητικό χωνί ή συνδυασμοί τους. Μερικά βοηθήματα φίλτρου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν το φιλτράρισμα. Αυτά είναι συνήθως ασυμπίεστη γη διατόμων ή πυρίτιο.
Φυγοκέντρηση: Χρησιμοποιείται μηχανή φυγοκέντρησης και σωλήνες φυγοκέντρησης.
Μέθοδος Λειτουργίας
Διήθηση: Μεγάλα σωματίδια στο μείγμα δεν μπορούν να περάσουν μέσα από το πλέγμα/διάτρητη δομή του φίλτρου ενώ υγρό και μικρά σωματίδια περνούν υπό τη δύναμη της βαρύτητας και γίνονται διήθημα (Εικόνα 1)
Φυγοκέντρηση: Το μείγμα διαλύματος φυγοκεντρείται για να πιέσει το βαρύτερο/πυκνότερο στερεό στον πυθμένα, όπου συχνά δημιουργεί ένα σφιχτό κέικ. Το υγρό πάνω από αυτό το κέικ μπορεί να αφαιρεθεί ή να μεταγγιστεί. Αυτή η μέθοδος είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για το διαχωρισμό στερεών που δεν φιλτράρονται καλά (π.χ.: ζελατινώδη ή λεπτά σωματίδια). (Εικόνα 2)
Τύποι
Διήθηση: Υπάρχουν τρεις τεχνικές φιλτραρίσματος που βασίζονται στο αναμενόμενο αποτέλεσμα που είναι γνωστό ως φιλτράρισμα εν θερμώ, κρύο και εν κενώ. Η τεχνική θερμής διήθησης χρησιμοποιείται κυρίως για τον διαχωρισμό στερεών από ένα θερμό διάλυμα. Αυτό χρησιμοποιείται για να αποφευχθεί η ανάπτυξη κρυστάλλων στη διηθητική χοάνη που έρχεται σε επαφή με το διάλυμα. Η τεχνική ψυχρής διήθησης χρησιμοποιείται κυρίως για την ταχεία ψύξη του διαλύματος που πρόκειται να κρυσταλλωθεί. Αυτή η μέθοδος έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη πολύ μικρών κρυστάλλων σε αντίθεση με τη λήψη μεγάλων κρυστάλλων ψύχοντας το διάλυμα αργά σε θερμοκρασία δωματίου. Η μέθοδος διήθησης κενού χρησιμοποιείται κυρίως για μια μικρή παρτίδα του διαλύματος για να στεγνώσει γρήγορα μικρούς κρυστάλλους. Αυτή είναι η πιο αποτελεσματική τεχνική φιλτραρίσματος σε σύγκριση με το ζεστό και το ψυχρό φιλτράρισμα.
Φυγοκέντρηση: Υπάρχουν τρεις τεχνικές φυγοκέντρησης και συγκεκριμένα οι μικροφυγόκεντροι, οι φυγόκεντροι υψηλής ταχύτητας και οι υπερφυγοκέντρηση. Η μικροφυγόκεντρος χρησιμοποιείται συχνά σε ερευνητικές δραστηριότητες για την επεξεργασία μικρών όγκων βιολογικών μορίων. Αυτό το μηχάνημα είναι αρκετά μικρό για να στερεωθεί σε ένα τραπέζι. Οι φυγόκεντροι υψηλής ταχύτητας μπορούν να χειριστούν μεγαλύτερους όγκους δειγμάτων και χρησιμοποιούνται κυρίως σε βιομηχανικές εφαρμογές μεγάλης κλίμακας. Η υπερφυγοκέντρηση χρησιμοποιείται κυρίως για ερευνητικούς σκοπούς όπως η μελέτη ιδιοτήτων βιολογικών σωματιδίων. Είναι η πιο αποτελεσματική μέθοδος διαχωρισμού σε σύγκριση με τις μικροφυγόκεντρες και τις φυγόκεντρες υψηλής ταχύτητας.
Σκοπός
Διήθηση: Κύριος σκοπός της διήθησης είναι να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα με την αφαίρεση ακαθαρσιών από ένα μείγμα ή, για την απομόνωση στερεών από ένα μείγμα.
Φυγοκέντρηση: Κύριος σκοπός της φυγοκέντρησης είναι η απομόνωση στερεών από ένα διάλυμα.
Αποτελεσματικότητα
Διήθηση: Οι απλές τεχνικές φιλτραρίσματος μπορεί να χρειάζονται πολύ χρόνο για να διαχωριστεί το επιθυμητό υλικό και ως αποτέλεσμα, το φιλτράρισμα είναι λιγότερο αποτελεσματικό από τη φυγοκέντρηση.
Φυγοκέντρηση: Ο διαχωρισμός γίνεται πολύ γρήγορα σε σύγκριση με τις τεχνικές διήθησης. Επομένως, η φυγοκέντρηση είναι πιο αποτελεσματική από τη διήθηση.
Μειονεκτήματα
Διήθηση: Εάν διηθηθούν πολύ μικρές ποσότητες διαλύματος, το μεγαλύτερο μέρος αυτού του διαλύματος μπορεί να απορροφηθεί από το μέσο διήθησης. Μείγματα που περιέχουν ζελατινώδη ή λεπτά σωματίδια δεν φιλτράρονται καλά. Επομένως, για τον διαχωρισμό αυτών των μιγμάτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί φυγοκέντρηση.
Φυγοκέντρηση: Αυτή η μέθοδος απαιτεί τεχνογνωσία και ηλεκτρική ενέργεια σε σύγκριση με τεχνικές φιλτραρίσματος.
Κόστος
Φιλτράρισμα: Το κόστος εξαρτάται από την πολυπλοκότητα της διαδικασίας φιλτραρίσματος και συνήθως οι απλές τεχνικές φιλτραρίσματος δεν απαιτούν ηλεκτρική ενέργεια καθώς και εκπαιδευμένα άτομα. Επομένως, το σχετικό κόστος μπορεί να είναι χαμηλό σε σύγκριση με τη φυγοκέντρηση.
Φυγοκέντρηση: Το κόστος είναι υψηλό σε σύγκριση με την απλή τεχνική φιλτραρίσματος, επειδή η φυγόκεντρος χρειάζεται ηλεκτρική ενέργεια καθώς και εκπαιδευμένους τεχνικούς.
Εφαρμογές
Φίλτρο: Φίλτρο καφέ, φίλτρο νερού, φίλτρο κλιβάνων για την απομάκρυνση σωματιδίων, Τα πνευματικά συστήματα μεταφοράς χρησιμοποιούν φίλτρα, στο εργαστήριο χρησιμοποιείται γυάλινη χοάνη, χοάνη Buchner ή χοάνη πυροσυσσωματωμένου γυαλιού για διήθηση. Στον ανθρώπινο νεφρό, η νεφρική διήθηση χρησιμοποιείται για το φιλτράρισμα του αίματος και την επιλεκτική επαναρρόφηση πολλών στοιχείων ζωτικής σημασίας για τον οργανισμό για τη διατήρηση της ομοιόστασης.
Φυγοκέντρηση: Μία από τις πιο κοινές εφαρμογές είναι η επεξεργασία της λυματολάσπης όπου γίνεται ο διαχωρισμός στερεών από εναιωρήματα υψηλής συγκέντρωσης. Η φυγοκέντρηση χρησιμοποιείται επίσης για τη διαδικασία εμπλουτισμού ουρανίου. Επιπλέον, αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται στη βιολογική έρευνα για την απομόνωση του επιθυμητού στερεού ή υγρού από ένα μείγμα. Επιπλέον, η φυγοκέντρηση χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση του λίπους από το γάλα για την παραγωγή αποβουτυρωμένου γάλακτος, για τη διαύγαση και τη σταθεροποίηση του κρασιού και για τον διαχωρισμό των συστατικών των ούρων και των στοιχείων του αίματος σε ιατροδικαστικά και ιατρικά ερευνητικά εργαστήρια.
Συμπερασματικά, η διήθηση και η φυγοκέντρηση είναι διαφορετικές τεχνικές διαχωρισμού και η βασική διαφορά μεταξύ τους είναι η χρησιμοποιούμενη δύναμη και ο εξοπλισμός διαχωρισμού. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να έχουν ουσιαστικά διαφορετικές εφαρμογές.
