Qu’est-ce qu’un concentrateur centrifuge ?
Un concentrateur centrifuge est un appareil qui applique une force centrifuge à un échantillon en solution sous pression réduite afin d’évaporer le solvant et de concentrer l’échantillon.
Il se compose généralement d’une chambre de centrifugation, d’une chambre de refroidissement et d’une unité de décompression.
Utilisations des concentrateurs centrifuges
Les concentrateurs centrifuges ont pour caractéristique d’abaisser le point d’ébullition du solvant dans l’échantillon pendant la concentration et d’appliquer une force centrifuge à l’échantillon pour empêcher l’éjection du solvant et la formation de mousse. Cela signifie que la perte d’échantillon due au chauffage ou à l’ébullition peut être réduite, ce qui convient à la concentration d’échantillons pour la microanalyse lorsque de très petites quantités d’échantillon sont utilisées.
Ils sont utilisés pour concentrer l’ADN, l’ARN et les peptides, et pour préparer d’autres utilisations nécessitant une concentration et un séchage. Ils sont également utilisés dans de nombreux domaines pour la concentration de mélanges de solvants et d’eau, l’analyse de résidus, les enquêtes toxicologiques et la criminalistique, la chimie combinatoire, l’analyse alimentaire et l’analyse environnementale.
Principe des concentrateurs centrifuges
Les concentrateurs centrifuges utilisés pour la microanalyse et d’autres utilisations se caractérisent par l’utilisation des “trois états de la matière” pour concentrer les échantillons. Plus précisément, le solvant contenu dans l’échantillon est évaporé sous pression réduite à une température inférieure à celle des conditions atmosphériques, vaporisé et collecté, et l’échantillon est concentré en réduisant la quantité de solvant dans l’échantillon. Par conséquent, la configuration minimale requise pour un concentrateur centrifuge est une chambre centrifuge, une chambre de refroidissement et un dispositif de réduction de la pression tel qu’une pompe à vide.
Dans les concentrateurs centrifuges, la chambre centrifuge est dépressurisée par un dispositif de décompression pendant que l’échantillon liquide est placé dans la chambre centrifuge. Sous pression réduite, le point d’ébullition de la substance est abaissé et, par conséquent, le point d’ébullition du solvant contenu dans l’échantillon dans la chambre de centrifugation est abaissé. L’évaporation du solvant est donc possible à des températures plus basses que dans les conditions atmosphériques.
Le solvant évaporé passe dans la chambre de refroidissement, où il est refroidi et recueilli. À ce stade, l’échantillon est chauffé, ce qui favorise l’évaporation du solvant et empêche la congélation du solvant qui se produit lors de la dépressurisation. La pression à la surface de l’échantillon dans la chambre de centrifugation est la même que dans la chambre de centrifugation dépressurisée. La force centrifuge appliquée à l’échantillon dans le concentrateur centrifuge crée un gradient de pression à l’intérieur de l’échantillon, où plus l’échantillon est profond, plus la pression est élevée.
Par conséquent, si la pression dans la chambre centrifuge est bien contrôlée, seule la surface de l’échantillon a un point d’ébullition sous pression réduite et seule la surface bout sans faire bouillir l’intérieur de l’échantillon, évitant ainsi l’ébullition eutectique, où l’intérieur bout.
Autres informations sur les concentrateurs centrifuges
1. Concentration des boues par les concentrateurs centrifuges
Les concentrateurs centrifuges sont principalement utilisés dans des domaines tels que la microanalyse, mais depuis quelques années, ils sont également utilisés dans le traitement des boues d’épuration. Parmi les boues d’épuration, les boues du premier bassin de décantation se déposent facilement et peuvent être aisément épaissies par décantation gravitaire.
Cependant, les boues du dernier bassin de sédimentation (en particulier les boues excédentaires) ne se déposent pas facilement, ce qui rend difficile la concentration des boues par décantation par gravité. Par conséquent, les concentrateurs centrifuges sont utilisés comme un type de méthode d’épaississement mécanique des boues (méthode d’épaississement mécanique). Les méthodes d’épaississement mécanique comprennent également les épaississeurs flottants à pression atmosphérique et les épaississeurs à bande filtrante.
2. Structure et fonctionnement des concentrateurs centrifuges pour l’épaississement des boues
Les concentrateurs centrifuges pour l’épaississement des boues épaississent les boues excédentaires par la force centrifuge. Aucune dépressurisation n’est alors effectuée. Les concentrateurs centrifuges pour l’épaississement des boues ont une structure dans laquelle le cylindre extérieur et le cylindre intérieur avec vis tournent autour du tuyau d’alimentation en boues tout en maintenant une différence de rotation constante entre eux.
Cette différence de rotation est fixée, par exemple, entre trois et huit tours, le cylindre intérieur avec la vis tournant légèrement plus lentement. La boue est d’abord introduite dans le cylindre extérieur par le tuyau d’alimentation en boue du concentrateur centrifuge. Avant que la boue ne soit introduite dans le concentrateur centrifuge, des floculants ou d’autres agents sont généralement ajoutés.
Le cylindre extérieur tourne à grande vitesse et la boue est soumise à la force centrifuge, ce qui provoque une sédimentation et une séparation dues à la différence de gravité spécifique entre l’eau et les solides, entraînant l’accumulation de boues épaissies dans le cylindre extérieur. À ce stade, il y a une différence de rotation entre les cylindres intérieur et extérieur, le cylindre intérieur tournant légèrement plus lentement, de sorte que la boue concentrée déposée est raclée et expulsée par une vis fixée au cylindre intérieur et évacuée.
Ce type de concentrateur centrifuge peut, par exemple, être utilisé pour épaissir des boues ayant une concentration de 1 % ou moins jusqu’à une concentration de 4 à 6 %.