Kľúčový rozdiel – filtrácia verzus odstreďovanie
Skôr než prejdeme k hĺbkovej analýze rozdielu medzi filtráciou a odstreďovaním, dvoma separačnými technikami, pozrime sa, čo je separačná technika. V biologickej vede a technike sa na izoláciu požadovanej zložky zo zmesi používa separačná technika. Ide o fenomén prenosu hmoty, ktorý premieňa zmes zložiek na dve alebo viac odlišných frakcií. Separácia zmesí závisí od rozdielov v chemických vlastnostiach alebo fyzikálnych vlastnostiach, ako je hmotnosť, hustota, veľkosť, tvar alebo chemická afinita medzi zložkami zmesi. Separačné techniky sú často kategorizované podľa špecifických rozdielov, ktoré používajú na dosiahnutie separácie. Filtrácia a centrifugácia sú bežne používané separačné techniky založené len na fyzickom pohybe požadovaných častíc. Kľúčový rozdiel medzi filtráciou a centrifugáciou je v použitej sile a metóde. Filtrácia často využíva techniku preosievania na precedenie/odstránenie kontaminantov alebo nežiaducich materiálov pomocou gravitácie. To sa dá dosiahnuť pomocou fyzických bariér, ako sú médiá, membrány alebo sitá. Centrifugácia využíva odstredivú silu na oddelenie požadovaných zlúčenín a častíc na základe molekulovej hmotnosti. Na túto separáciu sa používa odstredivka. Hustejšie zlúčeniny sa prenesú do vonkajšej časti odstredivky a môžu sa odtiaľ odstrániť. V tomto článku si rozoberieme rozdiely medzi filtráciou a odstreďovaním.
Čo je filtrácia?
Filtrácia sa používa na oddelenie požadovaných častíc alebo zložiek v zmesi alebo suspenzii. V závislosti od aplikácie je možné pomocou filtračnej techniky izolovať jednu alebo viac zainteresovaných zložiek. Ide o fyzikálnu separačnú metódu a v chémii, potravinárstve a inžinierstve je veľmi dôležité oddeľovať materiály rôzneho chemického zloženia alebo čistiť zlúčeniny. Počas filtrácie dochádza k separácii na jednej alebo viacerých perforovaných vrstvách. Pri filtrovaní sa zadržia častice, ktoré sú príliš veľké na to, aby prešli cez otvory perforovanej vrstvy. Potom môžu veľké častice vytvoriť zvyšok alebo vrstvu koláča na vrchu filtra a môžu tiež zablokovať sieťku filtra, čím zabránia tekutej fáze preniknúť cez filter.
Obrázok 1: Ilustrácia jednoduchej filtrácie.
Čo je odstreďovanie?
Odstredenie je proces, pri ktorom sa odstredivka používa na oddelenie požadovaných zložiek komplexnej kvapalnej zmesi/kalu. V dôsledku odstreďovania sa zrazenina rýchlejšie a úplne zhromažďuje na dne centrifugačnej skúmavky. Zvyšná kvapalina je známa ako kvapalina nad usadeninou. Tento supernatant sa potom buď rýchlo prenesie zo skúmavky bez narušenia zrazeniny, alebo sa odstráni pomocou Pasteurovej pipety. Častice precipitujúce pri odstreďovaní závisia od odstredivého zrýchlenia, veľkosti a tvaru častíc, objemového podielu prítomných pevných látok, rozdielu hustoty medzi časticami a kvapalinou a viskozity.
Obrázok 2: Ilustrácia procesu odstreďovania
Aký je rozdiel medzi filtráciou a odstreďovaním?
Definícia filtrácie a odstreďovania
Filtrácia: akt alebo proces odstraňovania niečoho nežiaduceho z tekutiny.
Centrifugácia: proces oddeľovania ľahších častí roztoku alebo zmesi.
Charakteristiky filtrácie a odstreďovania
Filtrácia a odstreďovanie môžu mať výrazne odlišné charakteristiky a možno ich kategorizovať do nasledujúcich podskupín;
Použitá sila
Filtrácia: Pri filtrácii sa využíva gravitačná sila.
Odstredenie: Pri odstreďovaní sa využíva odstredivá sila.
Vybavenie
Filtrácia: Môžu sa použiť sitá alebo perforovaná vrstva alebo sitko alebo médium alebo fyzická membrána alebo filtračný lievik alebo ich kombinácie. Na uľahčenie filtrácie možno použiť niektoré filtračné pomôcky. Zvyčajne ide o nestlačiteľnú kremelinu alebo oxid kremičitý.
Centrifugácia: Používa sa odstredivka a odstredivkové skúmavky.
Spôsob činnosti
Filtrácia: Veľké častice v zmesi nemôžu prejsť cez sieťovinu/perforovanú štruktúru filtra, zatiaľ čo tekutina a malé častice prechádzajú vplyvom gravitačnej sily a stávajú sa filtrátom (obrázok 1)
Odstredenie: Zmes roztoku sa odstreďuje, aby sa ťažšia/hustejšia tuhá látka dostala na dno, kde sa často vytvorí pevný koláč Kvapalina nad týmto koláčom sa môže odstrániť alebo dekantovať. Táto metóda je obzvlášť užitočná na oddeľovanie pevných látok, ktoré nefiltrujú dobre (napr. želatínové alebo jemné častice). (Obrázok 2)
Typy
Filtrácia: Existujú tri techniky filtrácie založené na očakávanom výsledku, ktorý je známy ako horúca, studená a vákuová filtrácia. Technika horúcej filtrácie sa primárne používa na oddelenie pevných látok z horúceho roztoku. Toto sa používa, aby sa zabránilo vývoju kryštálov vo filtračnom lieviku, ktorý prichádza do kontaktu s roztokom. Technika studenej filtrácie sa primárne používa na rýchle ochladenie roztoku, ktorý má kryštalizovať. Táto metóda vedie k vývoju veľmi malých kryštálov na rozdiel od získavania veľkých kryštálov pomalým ochladzovaním roztoku na izbovú teplotu. Metóda vákuovej filtrácie sa primárne používa pre malú dávku roztoku na rýchle vysušenie malých kryštálov. Toto je najefektívnejšia filtračná technika v porovnaní s horúcou a studenou filtráciou.
Centrifugácia: Existujú tri techniky centrifugácie, a to mikrocentrifúgy, vysokorýchlostné centrifúgy a ultracentrifugácie. Mikrocentrifúga sa často používa vo výskumných aktivitách na spracovanie malých objemov biologických molekúl. Tento stroj je dostatočne malý na to, aby sa dal pripevniť na stôl. Vysokorýchlostné centrifúgy dokážu spracovať väčšie objemy vzoriek a používajú sa hlavne vo veľkých priemyselných aplikáciách. Ultracentrifugácia sa používa hlavne na výskumné účely, ako je štúdium vlastností biologických častíc. Je to najúčinnejšia separačná metóda v porovnaní s mikrocentrifúgami a vysokorýchlostnými centrifúgami.
Účel
Filtrácia: Hlavným účelom filtrácie je dosiahnutie požadovaného výsledku odstránením nečistôt zo zmesi alebo na izoláciu pevných látok zo zmesi.
Centrifugácia: Hlavným účelom centrifugácie je izolácia pevných látok z roztoku.
Efektívnosť
Filtrácia: Jednoduché filtračné techniky môžu vyžadovať veľa času na oddelenie požadovaného materiálu a výsledkom je, že filtrácia je menej účinná ako odstreďovanie.
Odstreďovanie: V porovnaní s filtračnými technikami dochádza k separácii veľmi rýchlo. Preto je odstreďovanie efektívnejšie ako filtrácia.
Nevýhody
Filtrácia: Ak sa filtrujú veľmi malé množstvá roztoku, väčšina tohto roztoku môže byť absorbovaná filtračným médiom. Zmesi obsahujúce želatínové alebo jemné častice nefiltrujú dobre. Preto sa na oddelenie týchto zmesí môže použiť centrifugácia.
Centrifugácia: Táto metóda vyžaduje know-how a elektrickú energiu v porovnaní s filtračnými technikami.
Cost
Filtrácia: Cena závisí od zložitosti filtračného procesu a jednoduché filtračné techniky zvyčajne nevyžadujú elektrickú energiu ani vyškolené osoby. Preto môžu byť súvisiace náklady v porovnaní s odstreďovaním nízke.
Odstredenie: Náklady sú vysoké v porovnaní s jednoduchou filtračnou technikou, pretože odstredivka potrebuje elektrinu a tiež vyškolených technikov.
Aplikácie
Filtrácia: Kávový filter, vodný filter, pecný filter na odstránenie častíc, Pneumatické dopravné systémy využívajú filtre, v laboratóriu sa na filtráciu používa sklenený lievik, Buchnerov lievik alebo lievik zo sintrovaného skla. V ľudských obličkách sa obličková filtrácia používa na filtráciu krvi a selektívnu reabsorpciu mnohých prvkov životne dôležitých pre telo na udržanie homeostázy.
Centrifugácia: Jednou z najbežnejších aplikácií je úprava splaškových kalov, kde dochádza k oddeľovaniu pevných látok od vysoko koncentrovaných suspenzií. Centrifugácia sa používa aj na proces obohacovania uránu. Okrem toho sa táto technika používa v biologickom výskume na izoláciu požadovanej pevnej látky alebo kvapaliny zo zmesi. Okrem toho sa centrifugácia používa na odstránenie tuku z mlieka na výrobu odstredeného mlieka, na čírenie a stabilizáciu vína a na oddelenie zložiek moču a krvných elementov vo forenzných a lekárskych výskumných laboratóriách.
Na záver, filtrácia a odstreďovanie sú rôzne separačné techniky a kľúčovým rozdielom medzi nimi je použitá sila a separačné zariadenie. V dôsledku toho môžu mať podstatne odlišné aplikácie.
