Ključna razlika – filtracija naspram centrifugiranja
Prije nego što prijeđemo na dubinsku analizu razlika između filtracije i centrifugiranja, dviju tehnika odvajanja, prvo ćemo vidjeti što je tehnika odvajanja. U biološkoj znanosti i inženjerstvu tehnika odvajanja koristi se za izolaciju željenog sastojka iz smjese. Ovo je fenomen prijenosa mase koji pretvara smjesu sastojaka u dvije ili više različitih frakcija. Razdvajanje smjesa ovisi o razlikama u kemijskim svojstvima ili fizičkim svojstvima kao što su masa, gustoća, veličina, oblik ili kemijski afinitet među sastojcima smjese. Tehnike odvajanja često se kategoriziraju prema specifičnim razlikama koje koriste za postizanje odvajanja. Filtriranje i centrifugiranje često su korištene tehnike odvajanja koje se temelje samo na fizičkom kretanju željenih čestica. Ključna razlika između filtracije i centrifugiranja je u korištenoj sili i metodi. Filtriranje često koristi tehniku prosijavanja za cijeđenje/uklanjanje zagađivača ili neželjenih materijala uz pomoć gravitacije. To se može postići fizičkim barijerama kao što su mediji, membrane ili cjedila. Centrifugiranje koristi centrifugalnu silu za odvajanje željenih spojeva i čestica na temelju molekularne težine. Za ovo odvajanje koristi se centrifuga. Gušći spojevi prelaze na vanjski dio centrifuge i mogu se odatle ukloniti. U ovom članku razradimo razlike između filtracije i centrifugiranja.
Što je filtracija?
Filtracija se koristi za odvajanje željenih čestica ili sastojaka u smjesi ili suspenziji. Ovisno o primjeni, jedna ili više zainteresiranih komponenti mogu se izolirati tehnikom filtracije. To je metoda fizičke separacije i vrlo je važna u kemiji, znanosti o hrani i inženjerstvu za odvajanje materijala različitog kemijskog sastava ili za pročišćavanje spojeva. Tijekom filtracije dolazi do odvajanja na jednom ili više perforiranih slojeva. Pri filtriranju se zadržavaju čestice koje su prevelike da bi prošle kroz rupe perforiranog sloja. Zatim, velike čestice mogu formirati talog ili sloj kolača na vrhu filtra i također mogu blokirati mrežicu filtra, sprječavajući tekuću fazu da prođe kroz filtar.
Slika 1: Ilustracija jednostavne filtracije.
Što je centrifugiranje?
Centrifugiranje je postupak kojim se stroj za centrifugiranje koristi za odvajanje željenih sastojaka složene tekuće smjese/kaše. Kao rezultat centrifugiranja, talog se brže i potpunije skuplja na dnu epruvete centrifuge. Preostala tekućina poznata je kao tekućina supernatanta. Ovaj supernatant se zatim brzo prenese iz epruvete bez ometanja taloga ili se ukloni pomoću Pasteurove pipete. Taloženje čestica u centrifugiranju ovisi o centrifugalnom ubrzanju, veličini i obliku čestica, volumenu prisutnih krutih tvari, razlici gustoće između čestica i tekućine i viskoznosti.
Slika 2: Ilustracija procesa centrifugiranja
Koja je razlika između filtracije i centrifugiranja?
Definicija filtracije i centrifugiranja
Filtracija: čin ili proces uklanjanja nečega neželjenog iz tekućine.
Centrifugiranje: proces odvajanja lakših dijelova otopine ili smjese.
Karakteristike filtracije i centrifugiranja
Filtracija i centrifugiranje mogu imati značajno različite karakteristike i mogu se kategorizirati u sljedeće podskupine;
Prisilno korišteno
Filtracija: U filtraciji se koristi gravitacijska sila.
Centrifugiranje: U centrifugiranju se koristi centrifugalna sila.
Oprema
Filtracija: Mogu se koristiti sita ili perforirani sloj ili cjedilo ili medij ili fizička membrana ili lijevak za filter ili njihove kombinacije. Neka pomagala za filtriranje mogu se koristiti za pomoć pri filtriranju. To su obično nestlačiva dijatomejska zemlja ili silicij.
Centrifugiranje: Koriste se stroj za centrifugiranje i centrifugalne epruvete.
Način rada
Filtracija: Velike čestice u smjesi ne mogu proći kroz mrežastu/perforiranu strukturu filtra dok tekućina i male čestice prolaze pod silom gravitacije i postaju filtrat (Slika 1)
Centrifugiranje: smjesa otopine se centrifugira kako bi se teža/gušća krutina potisnula na dno, gdje često stvara čvrsti kolač. Tekućina iznad ovog kolača može se ukloniti ili dekantirati. Ova metoda je posebno korisna za odvajanje krutih tvari koje se ne filtriraju dobro (npr.: želatinozne ili fine čestice). (Slika 2)
Vrste
Filtracija: Postoje tri tehnike filtracije temeljene na očekivanom ishodu poznate kao vruća, hladna i vakuumska filtracija. Tehnika vruće filtracije prvenstveno se koristi za odvajanje krutih tvari iz vruće otopine. Ovo se koristi kako bi se izbjeglo razvijanje kristala u lijevku filtera koji dolazi u dodir s otopinom. Tehnika hladnog filtriranja prvenstveno se koristi za brzo hlađenje otopine koju treba kristalizirati. Ova metoda rezultira razvojem vrlo malih kristala za razliku od dobivanja velikih kristala polaganim hlađenjem otopine na sobnu temperaturu. Metoda vakuumske filtracije prvenstveno se koristi za malu količinu otopine za brzo sušenje malih kristala. Ovo je najučinkovitija tehnika filtracije u usporedbi s vrućom i hladnom filtracijom.
Centrifugiranje: Postoje tri tehnike centrifugiranja, naime mikrocentrifuge, centrifuge velike brzine i ultracentrifuge. Mikrocentrifuga se često koristi u istraživačkim aktivnostima za obradu malih količina bioloških molekula. Ovaj stroj je dovoljno malen da se može postaviti na ploču stola. Centrifuge velike brzine mogu podnijeti veće količine uzoraka i uglavnom se koriste u velikim industrijskim aplikacijama. Ultracentrifugiranje se uglavnom koristi u istraživačke svrhe kao što je proučavanje svojstava bioloških čestica. To je najučinkovitija metoda odvajanja u usporedbi s mikrocentrifugama i centrifugama velike brzine.
Svrha
Filtracija: Glavna svrha filtracije je postizanje željenog rezultata uklanjanjem nečistoća iz smjese ili, za izolaciju krutih tvari iz smjese.
Centrifugiranje: Glavna svrha centrifugiranja je izolacija krutina iz otopine.
Učinkovitost
Filtracija: jednostavnim tehnikama filtracije može biti potrebno mnogo vremena za odvajanje željenog materijala i kao rezultat toga filtracija je manje učinkovita od centrifugiranja.
Centrifugiranje: Odvajanje se događa vrlo brzo u usporedbi s tehnikama filtracije. Stoga je centrifugiranje učinkovitije od filtracije.
Nedostaci
Filtracija: Ako se filtriraju vrlo male količine otopine, medij za filtriranje može apsorbirati većinu te otopine. Smjese koje sadrže želatinozne ili fine čestice ne filtriraju se dobro. Stoga se za odvajanje ovih smjesa može koristiti centrifugiranje.
Centrifugiranje: Ova metoda zahtijeva znanje i iskustvo i električnu energiju u usporedbi s tehnikama filtracije.
Cijena
Filtracija: Cijena ovisi o složenosti procesa filtracije, a jednostavne tehnike filtracije obično ne zahtijevaju električnu energiju kao i obučene osobe. Stoga povezani trošak može biti nizak u usporedbi s centrifugiranjem.
Centrifugiranje: Trošak je visok u usporedbi s jednostavnom tehnikom filtracije jer centrifuga treba električnu energiju kao i obučene tehničare.
Aplikacije
Filtracija: filter za kavu, filter za vodu, filter za peći za uklanjanje čestica, pneumatski transportni sustavi koriste filtere, u laboratoriju se za filtriranje koristi stakleni lijevak, Buchnerov lijevak ili lijevak od sinteriranog stakla. U ljudskom bubregu, bubrežna filtracija koristi se za filtriranje krvi i selektivnu ponovnu apsorpciju mnogih elemenata vitalnih za tijelo za održavanje homeostaze.
Centrifugiranje: Jedna od najčešćih primjena je obrada kanalizacijskog mulja gdje se odvajaju čvrste tvari od visoko koncentriranih suspenzija. Centrifugiranje se također koristi za proces obogaćivanja urana. Osim toga, ova se tehnika koristi u biološkim istraživanjima za izolaciju željene krutine ili tekućine iz smjese. Osim toga, centrifugiranje se koristi za uklanjanje masnoće iz mlijeka za proizvodnju obranog mlijeka, za bistrenje i stabilizaciju vina te za odvajanje sastojaka urina i krvnih elemenata u forenzičkim i medicinskim istraživačkim laboratorijima.
U zaključku, filtracija i centrifugiranje različite su tehnike odvajanja, a ključna razlika između njih je korištena sila i oprema za odvajanje. Kao rezultat toga, mogu imati bitno različite primjene.
