Was ist eine Zentrifugen?
Eine Zentrifuge ist eine Maschine, die Mischungen mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht (flüssig-flüssig oder flüssig-fest) durch Anwendung der Zentrifugalkraft trennt.
Gemische können sich auch spontan durch den Unterschied im spezifischen Gewicht absetzen (z. B. mit Hilfe eines Scheidetrichters), aber die Trennung erfolgt durch die Schwerkraft (1 G) und dauert länger. Zentrifugen können Kräfte von Tausenden von G aufbringen, wodurch die Trennung schneller erfolgt. Zentrifugen, die Zehntausende von G oder mehr aufbringen können, werden als Ultrazentrifugen bezeichnet.
Verwendungszwecke von Zentrifugen
Zentrifugen werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, z. B. in Universitäts- und Unternehmenslabors, in medizinischen Einrichtungen und in den Produktionsstätten der Hersteller. In jedem dieser Bereiche werden die Produkte je nach Anwendung und Umfang eingesetzt.
1. Laboranwendungen
Zentrifugen werden häufig in biochemischen Laboratorien eingesetzt. Typische Anwendungen sind die Rückgewinnung von in Flüssigkeiten gemischten Zellen sowie die Trennung und Rückgewinnung von Proteinen und Peptiden.
In der pharmazeutischen Industrie werden sie beispielsweise zur Trennung von gemischten Flüssigkeiten mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht eingesetzt. Sie werden häufig in Qualitätskontrollräumen eingesetzt, um beispielsweise pharmazeutische Inhaltsstoffe zu analysieren. Beide werden für Laborzwecke verwendet.
2. Verwendung in medizinischen Einrichtungen
In medizinischen Einrichtungen werden sie für Blutuntersuchungen wie Gerinnungstests und biochemische Untersuchungen verwendet. Wenn Blut, das in Blutentnahmeröhrchen mit Gerinnungshemmern gesammelt wurde, zentrifugiert wird, setzen sich die Blutzellbestandteile am Boden des Entnahmeröhrchens ab und Plasma kann als Überstand gesammelt werden (Gerinnungstests).
Wird das Blut in einem Gefäß ohne Gerinnungshemmer entnommen, gerinnen gelassen und anschließend zentrifugiert, so setzen sich die festen Bestandteile (Blutzellen und Gerinnungsbestandteile) ab, und das Serum kann als Überstand gewonnen werden (biochemische Tests).
3. Industrielle Anwendungen
In der Industrie wird sie in Lebensmittelfabriken zur Raffinierung von Zucker und zur Abtrennung von Milchfett sowie in chemischen Anlagen zur Entflüssigung von Harzen, zur Abtrennung von Schlämmen und zur Rückgewinnung von Katalysatoren eingesetzt. Sie werden auch in der Abwasser- und Schlammbehandlung eingesetzt. Die in diesen Industriezweigen hauptsächlich verwendeten Zentrifugen sind Dekantierzentrifugen und zylindrische Zentrifugen.
Das Prinzip der Zentrifugen
Flüssig-Fest- oder Flüssig-Flüssig-Gemische mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht lassen sich mit Hilfe der Schwerkraft durch Stillstand trennen (Schwerkraftsedimentation). Die Schwerkraftsedimentation ist jedoch zeitaufwendig, da nur 1 G auf sie wirkt.
Eine Zentrifuge ist ein Gerät, das eine schnellere Trennung von Stoffen als die Schwerkraftsedimentation ermöglicht, indem Zentrifugalkräfte von mehreren tausend G aufgebracht werden. Die Größe der Zentrifugalkraft hängt vom Abstand der zu trennenden Substanz von der Rotationsachse und der Rotationsgeschwindigkeit ab.
1. Versuchszentrifugen
Eine Laborzentrifuge besteht im Wesentlichen aus einem Rotor, der das Probengefäß hält und in Drehung versetzt, einer Antriebswelle, die die Drehachse darstellt, und einem mit der Antriebswelle verbundenen Motor.
Das Probengefäß wird als Sedimentationsröhrchen bezeichnet und kann verschiedene Formen haben, z. B. Reagenzgläser, Spitzrohre, Deep-Well-Platten und Mikroröhrchen. Daher ist es in der Regel möglich, eine Vielzahl von Gefäßen durch einen Wechsel des Rotorteils oder durch den Austausch von Adaptern unterzubringen.
Bei der Verwendung einer Laborzentrifuge muss die ausgewuchtete Probe symmetrisch zur Drehachse des Rotors positioniert werden. Bei schwingenden Rotoren muss die Probe außerdem so positioniert werden, dass der Schwerpunkt des Bechers auf der Schwingachse liegt.
Wenn das Gleichgewicht nicht stimmt, ist eine ordnungsgemäße Trennung der Probe möglicherweise nicht möglich. Viele Zentrifugen sind mit einem automatischen Stopp ausgestattet, wenn eine Unwucht festgestellt wird.
2. Industriezentrifugen
Eine industrielle Zentrifuge, die größer ist als eine Laborzentrifuge, ist die Dekanterzentrifuge. Bei Dekanter-Zentrifugen wird die Trennung durch die Rotation der Trommel bei hoher Geschwindigkeit erreicht. Das Gemisch wird durch ein Zuführungsrohr eingeleitet und durch die Zentrifugalkraft entwässert, während es von einer Förderschnecke transportiert wird. Die Feststoffe und die Flüssigkeit werden durch das Gehäuse aufgefangen und aus der Maschine ausgetragen.
Arten von Zentrifugen
Zentrifugen können nach ihrem Verwendungszweck eingeteilt werden.
1. Versuchszentrifugen
Laborzentrifugen gibt es in verschiedenen Größen, von klein bis groß, und können in Tisch- und Standmodelle unterteilt werden. Die Palette der Sedimentationsröhrchen reicht von kleinen Röhrchen für Mikroröhrchen mit einem Fassungsvermögen von 2 mL oder weniger bis hin zu großen Röhrchen für Gefäße mit einem Fassungsvermögen von mehreren hundert mL bis über 1 L.
Aufgrund ihrer Bauweise sind sie in der Regel in der Lage, mehrere Proben auf einmal zu trennen. Einige Produkte sind auch mit einem Kühlmechanismus ausgestattet, um die durch die Reibung zwischen dem Rotor und der Luft erzeugte Wärme zu kühlen (gekühlte Zentrifugen), wobei berücksichtigt wird, dass biologische Proben gehandhabt werden.
2. Industriezentrifugen
Die industriellen Zentrifugen lassen sich in zwei Typen unterteilen: Zentrifugalsedimentationsmaschinen und Zentrifugalfiltrationsmaschinen.
- Zentrifugale Sedimentationsmaschinen
Dies sind Zentrifugen, bei denen der Rotor keine Filter oder Löcher hat, durch die die Flüssigkeit hindurchtreten kann. Jede Schicht bildet sich an der Wand des Rotors, und die abgetrennte Flüssigkeit wird durch Ablassen aufgefangen. - Zentrifugalfiltrationsmaschine
Es wird ein Korb oder eine ähnliche Vorrichtung mit Löchern in den Wänden des Rotationskörpers verwendet, an dem Filtermaterial (Tuch, Metallfilter) befestigt ist. Das Filtermaterial hält die Sedimente im Korb zurück, und das Wasser, das kleiner ist als das Filtermaterial, wird durch die Löcher im Korb abgeleitet.
Neben dem oben genannten Dekanter-Typ gibt es auch einen zylindrischen Typ. Es gibt eine Vielzahl von Produkten für unterschiedliche Anwendungen und Branchen.