Klíčový rozdíl – filtrace vs odstředění
Než přejdeme k hloubkové analýze rozdílu mezi filtrací a odstřeďováním, dvěma separačními technikami, podívejme se nejprve, co je separační technika. V biologických vědách a inženýrství se k izolaci požadované složky ze směsi používá separační technika. Jedná se o jev přenosu hmoty, který převádí směs složek na dvě nebo více odlišných frakcí. Separace směsí závisí na rozdílech v chemických vlastnostech nebo fyzikálních vlastnostech, jako je hmotnost, hustota, velikost, tvar nebo chemická afinita, mezi složkami směsi. Separační techniky jsou často kategorizovány podle specifických rozdílů, které používají k dosažení separace. Filtrace a centrifugace jsou běžně používané separační techniky založené pouze na fyzickém pohybu požadovaných částic. Klíčový rozdíl mezi filtrací a centrifugací je v použité síle a metodě. Filtrace často používá techniku prosévání k namáhání/odstranění kontaminantů nebo nežádoucích materiálů pomocí gravitace. Toho lze dosáhnout pomocí fyzických bariér, jako jsou média, membrány nebo sítka. Centrifugace využívá odstředivou sílu k oddělení požadovaných sloučenin a částic na základě molekulové hmotnosti. K této separaci se používá odstředivka. Hustší sloučeniny se přenášejí na vnější stranu odstředivky a mohou být odtud odstraněny. V tomto článku si rozebereme rozdíly mezi filtrací a centrifugací.
Co je filtrace?
Filtrace se používá k oddělení požadovaných částic nebo složek ve směsi nebo suspenzi. V závislosti na aplikaci lze pomocí filtrační techniky izolovat jednu nebo více zainteresovaných složek. Jde o fyzikální separační metodu a v chemii, potravinářství a inženýrství je velmi důležité oddělovat materiály různého chemického složení nebo čistit sloučeniny. Během filtrace dochází k separaci na jedné nebo více perforovaných vrstvách. Při filtrování se zadržují částice, které jsou příliš velké na to, aby prošly otvory v perforované vrstvě. Poté mohou velké částice tvořit zbytky nebo vrstvu koláče na horní straně filtru a mohou také blokovat síto filtru, čímž brání tekuté fázi procházet filtrem.
Obrázek 1: Ilustrace jednoduché filtrace.
Co je centrifugace?
Odstřeďování je proces, při kterém se odstředivka používá k separaci požadovaných složek komplexní kapalné směsi/kaše. V důsledku centrifugace se sraženina rychleji a úplně shromáždí na dně centrifugační zkumavky. Zbývající kapalina je známá jako kapalina nad usazeninou. Tento supernatant se pak buď rychle přenese ze zkumavky bez narušení sraženiny, nebo se odstraní pomocí Pasteurovy pipety. Částice srážející se při odstřeďování závisí na odstředivém zrychlení, velikosti a tvaru částic, objemovém podílu přítomných pevných látek, rozdílu hustoty mezi částicí a kapalinou a viskozitě.
Obrázek 2: Ilustrace procesu odstřeďování
Jaký je rozdíl mezi filtrací a odstřeďováním?
Definice filtrace a odstřeďování
Filtrace: akt nebo proces odstranění něčeho nežádoucího z kapaliny.
Centrifugace: proces oddělování lehčích částí roztoku nebo směsi.
Charakteristiky filtrace a odstřeďování
Filtrace a odstřeďování mohou mít výrazně odlišné vlastnosti a lze je rozdělit do následujících podskupin;
Použitá síla
Filtrace: Při filtraci se využívá gravitační síla.
Odstředění: Při odstřeďování se využívá odstředivá síla.
Zařízení
Filtrace: Lze použít síta nebo perforovanou vrstvu nebo sítko nebo médium nebo fyzickou membránu nebo filtrační nálevku nebo jejich kombinace. Některé filtrační pomůcky mohou být použity k usnadnění filtrace. Obvykle se jedná o nestlačitelnou křemelinu nebo oxid křemičitý.
Centrifugace: Používá se odstředivkový stroj a odstředivkové zkumavky.
Způsob operace
Filtrace: Velké částice ve směsi nemohou procházet síťovinou/perforovanou strukturou filtru, zatímco tekutina a malé částice procházejí působením gravitační síly a stávají se filtrátem (obrázek 1)
Odstřeďování: Směs roztoku se odstředí, aby se těžší/hustší pevná látka dostala na dno, kde se často vytvoří pevný koláč. Kapalina nad tímto koláčem může být odstraněna nebo dekantována. Tato metoda je zvláště užitečná pro separaci pevných látek, které se špatně filtrují (např. želatinové nebo jemné částice). (Obrázek 2)
Typy
Filtrace: Existují tři filtrační techniky založené na očekávaném výsledku známém jako horká, studená a vakuová filtrace. Technika filtrace za horka se primárně používá k oddělení pevných látek z horkého roztoku. To se používá, aby se zabránilo vývoji krystalů ve filtrační nálevce, která přichází do kontaktu s roztokem. Technika filtrace za studena se primárně používá k rychlému ochlazení roztoku, který má být krystalizován. Tato metoda vede k vývoji velmi malých krystalů na rozdíl od získávání velkých krystalů pomalým ochlazením roztoku na pokojovou teplotu. Metoda vakuové filtrace se primárně používá pro malou dávku roztoku k rychlému vysušení malých krystalů. Toto je nejúčinnější filtrační technika ve srovnání s horkou a studenou filtrací.
Centrifugace: Existují tři centrifugační techniky, jmenovitě mikrocentrifugy, vysokorychlostní centrifugy a ultracentrifugace. Mikrocentrifuga se často používá ve výzkumných činnostech ke zpracování malých objemů biologických molekul. Tento stroj je dostatečně malý na to, aby se dal připevnit na stůl. Vysokorychlostní odstředivky zvládnou větší objemy vzorků a používají se hlavně ve velkých průmyslových aplikacích. Ultracentrifugace se používá hlavně pro výzkumné účely, jako je studium vlastností biologických částic. Je to nejúčinnější separační metoda ve srovnání s mikrocentrifugami a vysokorychlostními odstředivkami.
Účel
Filtrace: Hlavním účelem filtrace je dosažení požadovaného výsledku odstraněním nečistot ze směsi nebo pro izolaci pevných látek ze směsi.
Centrifugace: Hlavním účelem centrifugace je izolace pevných látek z roztoku.
Efektivita
Filtrace: Jednoduché filtrační techniky mohou vyžadovat mnoho času k oddělení požadovaného materiálu a v důsledku toho je filtrace méně účinná než centrifugace.
Odstřeďování: K separaci dochází velmi rychle ve srovnání s filtračními technikami. Proto je centrifugace účinnější než filtrace.
Nevýhody
Filtrace: Pokud jsou filtrována velmi malá množství roztoku, většina tohoto roztoku může být absorbována filtračním médiem. Směsi obsahující želatinové nebo jemné částice špatně filtrují. K oddělení těchto směsí lze proto použít centrifugaci.
Centrifugace: Tato metoda vyžaduje know-how a elektřinu ve srovnání s filtračními technikami.
Cena
Filtrace: Cena závisí na složitosti procesu filtrace a jednoduché filtrační techniky obvykle nevyžadují elektřinu ani vyškolené osoby. Proto mohou být související náklady ve srovnání s centrifugací nízké.
Odstřeďování: Náklady jsou vysoké ve srovnání s jednoduchou filtrační technikou, protože odstředivka potřebuje elektřinu a také vyškolené techniky.
Aplikace
Filtrace: Kávový filtr, vodní filtr, filtr pece k odstranění částic, Pneumatické dopravní systémy používají filtry, v laboratoři se k filtraci používá skleněná nálevka, Buchnerova nálevka nebo nálevka ze slinutého skla. V lidských ledvinách se ledvinová filtrace používá k filtraci krve a selektivní reabsorpci mnoha prvků životně důležitých pro tělo k udržení homeostázy.
Centrifugace: Jednou z nejběžnějších aplikací je úprava čistírenských kalů, kde dochází k separaci pevných látek od vysoce koncentrovaných suspenzí. Centrifugace se také používá pro proces obohacování uranu. Kromě toho se tato technika používá v biologickém výzkumu pro izolaci požadované pevné látky nebo kapaliny ze směsi. Kromě toho se centrifugace používá k odstranění tuku z mléka k výrobě odstředěného mléka, k vyčeření a stabilizaci vína ak separaci složek moči a krevních elementů ve forenzních a lékařských výzkumných laboratořích.
Na závěr, filtrace a centrifugace jsou různé separační techniky a klíčový rozdíl mezi nimi je použitá síla a separační zařízení. V důsledku toho mohou mít podstatně odlišné aplikace.
