Nøkkelforskjell – filtrering vs sentrifugering
Før vi går videre til en dybdeanalyse av forskjellen mellom filtrering og sentrifugering, de to separasjonsteknikkene, la oss først se hva en separasjonsteknikk er. I biologisk vitenskap og ingeniørfag brukes en separasjonsteknikk for å isolere ønsket bestanddel fra en blanding. Dette er et masseoverføringsfenomen som konverterer en blanding av bestanddeler til to eller flere distinkte fraksjoner. Separasjon av blandinger avhenger av forskjeller i kjemiske egenskaper eller fysiske egenskaper som masse, tetthet, størrelse, form eller kjemisk affinitet, blant bestanddelene i en blanding. Separasjonsteknikker blir ofte kategorisert i henhold til de spesifikke forskjellene de bruker for å oppnå separasjon. Filtrering og sentrifugering er de vanligste separasjonsteknikkene basert kun på fysisk bevegelse av ønskede partikler. Nøkkelforskjellen mellom filtrering og sentrifugering er i den brukte kraften og metoden. Filtrering bruker ofte en siktingsteknikk for å sile/fjerne ut forurensninger eller uønskede materialer ved hjelp av tyngdekraften. Dette kan oppnås gjennom fysiske barrierer som media, membraner eller siler. Sentrifugering bruker sentrifugalkraften til å separere de ønskede forbindelsene og partikler basert på molekylvekten. Sentrifugemaskin brukes til denne separasjonen. De tettere forbindelsene overføres til utsiden av sentrifugen og kan fjernes derfra. I denne artikkelen skal vi gå nærmere inn på forskjellene mellom filtrering og sentrifugering.
Hva er filtrering?
Filtrering brukes til å separere ønskede partikler eller bestanddeler i en blanding eller suspensjon. Avhengig av applikasjonen kan enten en eller flere interesserte komponenter isoleres ved hjelp av filtreringsteknikk. Det er en fysisk separasjonsmetode, og det er svært viktig i kjemi, matvitenskap og ingeniørfag å skille materialer med ulik kjemisk sammensetning eller rense forbindelser. Under filtrering skjer separasjon ved ett eller flere perforerte lag. Ved filtrering holdes partikler som er for store til å passere gjennom hullene i det perforerte laget tilbake. Deretter kan store partikler danne en rest eller et kakelag på toppen av filteret og kan også blokkere filternettet, og hindre væskefasen i å krysse filteret.
Figur 1: Illustrasjon av enkel filtrering.
Hva er sentrifugering?
Sentrifugering er en prosess der en sentrifugemaskin brukes til å separere ønskede bestanddeler i en kompleks væskeblanding/slurry. Som et resultat av sentrifugering samles bunnfallet raskere og fullstendig på bunnen av sentrifugerøret. Den gjenværende væsken er kjent som supernatantvæsken. Denne supernatanten overføres deretter enten raskt fra røret uten å forstyrre bunnfallet, eller fjernes ved hjelp av en Pasteur-pipette. Partiklene som utfelles ved sentrifugering avhenger av sentrifugalakselerasjon, partiklers størrelse og form, volumandelen av faste stoffer som er tilstede, tetthetsforskjellen mellom partikkelen og væsken, og viskositeten.
Figur 2: Illustrasjon av sentrifugeringsprosessen
Hva er forskjellen mellom filtrering og sentrifugering?
Definisjon av filtrering og sentrifugering
Filtrering: handlingen eller prosessen med å fjerne noe uønsket fra en væske.
sentrifugering: prosessen med å separere lettere deler av en løsning eller en blanding.
Kenskaper ved filtrering og sentrifugering
Filtrering og sentrifugering kan ha vesentlig forskjellige egenskaper, og de kan kategoriseres i følgende undergrupper;
Force Used
Filtrering: Gravitasjonskraften brukes i filtrering.
Sentrifugering: Sentrifugalkraften brukes i sentrifugering.
Utstyr
Filtrering: Sil eller perforert lag eller sil eller media eller fysisk membran eller filtertrakt eller deres kombinasjoner kan brukes. Noen filterhjelpemidler kan brukes for å hjelpe filtreringen. Disse er vanligvis inkompressibel diatoméjord eller silika.
Sentrifugering: Sentrifugemaskin og sentrifugerør brukes.
Operasjonsmåte
Filtrering: Store partikler i blandingen kan ikke passere gjennom den mesh/perforerte strukturen til filteret mens væske og små partikler passerer under tyngdekraften og blir til filtrat (Figur 1)
Sentrifugering: Løsningsblandingen sentrifugeres for å tvinge det tyngre/tættere faststoffet til bunnen, hvor det ofte danner en fast kake. Væsken over denne kaken kan fjernes eller dekanteres. Denne metoden er spesielt nyttig for å separere faste stoffer som ikke filtrerer godt (f.eks. gelatinøse eller fine partikler). (Figur 2)
Typer
Filtrering: Det er tre filtreringsteknikker basert på det forventede resultatet kjent som varm-, kald- og vakuumfiltrering. Varmfiltreringsteknikk brukes først og fremst for å skille faste stoffer fra en varm løsning. Dette brukes for å unngå krystallutvikling i filtertrakten som kommer i kontakt med løsningen. Kaldfiltreringsteknikk brukes først og fremst for å raskt avkjøle løsningen som skal krystalliseres. Denne metoden resulterer i utvikling av svært små krystaller i motsetning til å få store krystaller ved å avkjøle løsningen sakte til romtemperatur. Vakuumfiltreringsmetoden brukes først og fremst for en liten batch av løsningen for raskt å tørke ut små krystaller. Dette er den mest effektive filtreringsteknikken sammenlignet med varm og kjølig filtrering.
Sentrifugering: Det er tre sentrifugeringsteknikker, nemlig mikrosentrifuger, høyhastighetssentrifuger og ultrasentrifugeringer. Mikrosentrifuge brukes ofte i forskningsaktiviteter for å behandle små volumer av biologiske molekyler. Denne maskinen er liten nok til å festes på en bordplate. Høyhastighets sentrifuger kan håndtere større prøvevolumer og brukes hovedsakelig i storskala industriapplikasjoner. Ultrasentrifugering brukes hovedsakelig til forskningsformål som å studere egenskaper til biologiske partikler. Det er den mest effektive separasjonsmetoden sammenlignet med mikrosentrifuger og høyhastighetssentrifuger.
Purpose
Filtrering: Hovedformålet med filtrering er å oppnå ønsket resultat ved å fjerne urenheter fra en blanding eller for å isolere faste stoffer fra en blanding.
Sentrifugering: Hovedformålet med sentrifugering er isolering av faste stoffer fra en løsning.
Effektivitet
Filtrering: Enkle filtreringsteknikker kan trenge mye tid for å separere ønsket materiale, og som et resultat er filtrering mindre effektiv enn sentrifugering.
Sentrifugering: Separasjon skjer veldig raskt sammenlignet med filtreringsteknikker. Derfor er sentrifugering mer effektiv enn filtrering.
Ulemper
Filtrering: Hvis svært små mengder løsning filtreres, kan det meste av denne løsningen absorberes av filtermediet. Blandinger som inneholder gelatinøse eller fine partikler filtrerer dårlig. Derfor kan sentrifugering brukes for å skille disse blandingene.
Sentrifugering: Denne metoden krever kunnskap og elektrisitet sammenlignet med filtreringsteknikker.
Kostnad
Filtrering: Kostnaden avhenger av kompleksiteten i filtreringsprosessen, og vanligvis krever enkle filtreringsteknikker ikke strøm så vel som trente personer. Derfor kan den tilknyttede kostnaden være lav sammenlignet med sentrifugering.
Sentrifugering: Kostnaden er høy sammenlignet med enkel filtreringsteknikk fordi sentrifugen trenger elektrisitet så vel som utdannede teknikere.
Applications
Filtrering: Kaffefilter, vannfilter, ovnsfilter for å fjerne partikler, Pneumatiske transportsystemer bruker filtre, i laboratoriet brukes en glasstrakt, en Buchnertrakt eller sintret glasstrakt til filtrering. I den menneskelige nyren brukes nyrefiltrering til å filtrere blod og selektiv re-absorpsjon av mange elementer som er avgjørende for kroppen for å opprettholde homeostase.
Sentrifugering: En av de vanligste bruksområdene er behandling av kloakkslam hvor separering av fast stoff fra høykonsentrert suspensjon. Sentrifugering brukes også til urananrikningsprosessen. I tillegg til det brukes denne teknikken i biologisk forskning for isolering av ønsket faststoff eller væske fra en blanding. I tillegg brukes sentrifugering for å fjerne fett fra melk for å produsere skummet melk, for å klarne og stabilisere vinen og for å separere urinbestanddeler og blodelementer i rettsmedisinske og medisinske forskningslaboratorier.
Avslutningsvis er filtrering og sentrifugering forskjellige separasjonsteknikker, og den viktigste forskjellen mellom dem er den utnyttede kraften og separasjonsutstyret. Som et resultat kan de ha vesentlig forskjellige applikasjoner.
