Centrifuger är maskiner som används i laboratorier, medicinska anläggningar och industrier för att separera suspenderat material från mediet de blandas med. Detta görs genom att slutna behållare av blandningen snurras mycket snabbt runt en fast central punkt. Centrifugalkraften som genereras av denna rörelse tvingar det tätare materialet i suspensionen mot behållarens väggar, vilket effektivt separerar det från lösningen. Dessa anordningar används för att separera fasta ämnen från flytande suspensionsmedier; till exempel är de ett viktigt medicinskt verktyg för att separera plasma från blodprover.
Hur de arbetar
Kärnprincipen för centrifugdrift är centrifugalkraft. Om en hink till hälften med vatten snurras snabbt i en cirkel, över huvudet och tillbaka ner till marken, tvingar centrifugalkraften som skapas av hinkens rotation vattnet mot botten. Det är detta som håller vattnet kvar i hinken även när det är upp och ner.
De flesta centrifuger utnyttjar denna kraft på liknande sätt och består av ett hölje med lock och en driven central rötor. Rotorn har en rad hål runt sin omkrets i vilka behållarna, typiskt provrör, med lösning placeras. När maskinlocket är stängt och centrifugen är påslagen snurrar rotorn med hög hastighet. Som är fallet med hinkexperimentet, gör centrifugalkraften att allt material i lösningen som är tätare än vätskan tvingas mot rörens ytterväggar och separerar det från vätskan i processen.
När centrifugen har avslutat sin cykel saktas den gradvis ned och stoppas för att förhindra turbulens som kan få lösningen att blandas igen. Denna långsammare period tillåter också att allt separerat material faller mot botten av provröret. När rotorn har stannat kan röret tas bort och proverna bearbetas.
I vissa fall kan en centrifug ha en skärm i ena änden, vilket gör att vätskor kan passera medan fasta ämnen förblir fångade inuti röret. Andra kan hålla rören i en fast vinkel eller låta dem svänga ut när de snurrar. Rörets position och hastigheten med vilken centrifugen snurrar kan variera beroende på vilken typ av lösning som separeras.
Separation genom densitet
Valfritt antal suspenderade material kan separeras från en suspension på detta sätt. Varje ämne kommer att separeras i densitetsordning och bildar distinkta lager i botten av röret när maskinen stoppas. Detta är känt som sedimentationsprincipen. Till exempel kommer ett blodprov som sätts in i en centrifug för en lämplig cykellängd att bryta ner fullständigt med tyngre blodkroppar som samlas i botten och lättare blodplasma i toppen. Detta är särskilt användbart för att identifiera alla komponenter i okända lösningar.
andra användningsområden
Centrifugeranordningar används inte bara i laboratorier; de ser omfattande användning i avloppsvattenhantering, i oljeindustrin och till och med vid bearbetning av socker och mjölk. Vanligtvis är medicinska och vetenskapliga laboratoriecentrifuger små skrivbordsenheter. Industriella maskiner som används för att separera magnetitslam från processvatten i en kolanläggning kan å andra sidan vara mycket stora.
Gascentrifuger som används i processen för urananrikning har specialdesignade behållare som inkluderar en strategiskt placerad inre skopa. När den snurras, samlar denna skopa upp den önskvärda uran-235-isotopen medan den tyngre 238-isotopen samlas på behållarens väggar. Detta är emellertid en mycket längre process än separation av vätskesuspension, som ofta tar flera tusen cykler att uppnå.
Stora centrifuger används också för att utsätta människor för extrema krafter i en kontrollerad miljö. Den utåtriktade kraften som skapas av en så stor maskin kan användas för att simulera de massiva gravitationskrafterna (G-krafter) som en astronaut eller stridspilot sannolikt kommer att uppleva när de färdas i mycket höga hastigheter. Geoteknisk modellering är ett annat område där centrifuger används för att simulera gravitationsspänningar i prototyper.