Центрифугирование
Центрифугирование — способ разделения неоднородных (дисперсных) жидких систем в поле центробежных сил (центрифугатном поле). Этот метод обладает значительно более высокой эффективностью разделения по сравнению с отстаиванием, отжиманием или фильтрованием.
Процесс осуществляется в специальных аппаратах — центрифугах. Их принцип работы основан на создании центробежной силы, которая многократно увеличивает скорость осаждения (седиментации) компонентов смеси по сравнению со скоростью их разделения под действием только силы тяжести.
Эффективность центрифуги оценивают по безразмерному показателю — фактору разделения (K), который рассчитывается по формуле:
K = (2πn)²r / g
где:
- n — число оборотов ротора в минуту;
- r — радиус вращения ротора;
- g — ускорение свободного падения (≈ 9.8 м/с²).
На практике чаще используют величину относительное центробежное ускорение (g), выраженное в единицах ускорения свободного падения. Его можно рассчитать по упрощённой формуле:
g = 1.117 × 10⁻⁵ × N² × r
где N — число оборотов ротора в минуту.
Устройство и типы центрифуг
Типичная центрифуга состоит из:
- Корпуса
- Электродвигателя
- Ротора с гнёздами для пробирок или стаканов
- Механизма передачи
- Рабочей камеры
- Панели управления
Для ускорения седиментации гнёзда в роторе располагают под углом (угловые роторы) или они принимают горизонтальное положение при вращении (роторы с качающимися стаканами).
Принципы и применение в биологии
Различия в скоростях осаждения частиц увеличиваются при росте плотности среды, в которой происходит разделение. Поэтому иногда центрифугирование проводят в специально созданной плотной среде, например, в растворе сахарозы (градиентное центрифугирование).
В микробиологии метод используют для:
- Осаждения (концентрирования) микроорганизмов
- Очистки микробной взвеси от грубых примесей
- Увеличения плотности клеток в единице объёма
Выбор типа центрифуги зависит от массы и размера осаждаемых частиц:
- Для вирусов и макромолекул (иммунология, вирусология) требуются центрифуги с очень высоким фактором разделения — ультра- и суперцентрифуги.
- Для осаждения бактерий оптимальны центрифуги с фактором разделения около 7000 (что соответствует 9000–10000 об/мин).
- Для осаждения грибов, простейших, животных клеток и крупных примесей достаточно центрифуг с малым фактором разделения (1500–3000 об/мин).
При малых концентрациях частиц процесс седиментации можно ускорить добавлением коагулянтов или, например, убитых бактерий того же вида.
Техника безопасности и правила работы
- Уравновешивание: Перед запуском стаканы или пробирки с жидкостью, расположенные в роторе друг против друга, должны быть тщательно уравновешены на специальных весах.
- Амортизация: На дно стаканов рекомендуется помещать резиновые прокладки.
- Запуск: Крышку центрифуги необходимо плотно закрыть. Двигатель включают, плавно увеличивая скорость вращения до заданного значения.
- Остановка: По истечении заданного времени двигатель выключают. Крышку можно открывать только после полной остановки ротора.
- Асептика: При работе с живыми микроорганизмами строго соблюдают правила асептики.
- Посуда: Для центрифугирования микробных взвесей используют только специальные центрифужные пробирки или стаканы из стекла или других материалов, пригодных для надёжной стерилизации. Обычные лабораторные пробирки или бутылки применять нельзя.
См. также: Ультрацентрифуга.