Belangrijk verschil - Filtratie versus centrifugeren
Voordat we overgaan tot een diepgaande analyse van het verschil tussen filtratie en centrifugeren, de twee scheidingstechnieken, laten we eerst eens kijken wat een scheidingstechniek is. In de biologische wetenschap en techniek wordt een scheidingstechniek gebruikt om het gewenste bestanddeel uit een mengsel te isoleren. Dit is een massaoverdrachtsfenomeen dat een mengsel van bestanddelen omzet in twee of meer afzonderlijke fracties. Scheiding van mengsels hangt af van verschillen in chemische eigenschappen of fysische eigenschappen zoals massa, dichtheid, grootte, vorm of chemische affiniteit tussen de bestanddelen van een mengsel. Scheidingstechnieken worden vaak gecategoriseerd op basis van de specifieke verschillen die ze gebruiken om scheiding te bereiken. Filtratie en centrifugatie zijn de meest gebruikte scheidingstechnieken die alleen gebaseerd zijn op de fysieke beweging van gewenste deeltjes. Het belangrijkste verschil tussen filtratie en centrifugeren zit in de gebruikte kracht en methode. Filtratie maakt vaak gebruik van een zeeftechniek om met behulp van de zwaartekracht verontreinigingen of ongewenste materialen te zeven/verwijderen. Dit kan worden bereikt door fysieke barrières zoals media, membranen of zeven. Centrifugatie maakt gebruik van de centrifugale kracht om de gewenste verbindingen en deeltjes te scheiden op basis van het molecuulgewicht. Voor deze scheiding wordt een centrifugemachine gebruikt. De dichtere verbindingen gaan naar de buitenkant van de centrifuge en kunnen daar worden verwijderd. Laten we in dit artikel dieper ingaan op de verschillen tussen filtratie en centrifugeren.
Wat is filtratie?
Filtratie wordt gebruikt om gewenste deeltjes of bestanddelen in een mengsel of suspensie te scheiden. Afhankelijk van de toepassing kunnen één of meer geïnteresseerde componenten worden geïsoleerd met behulp van filtratietechniek. Het is een fysische scheidingsmethode en het is erg belangrijk in de chemie, voedingswetenschap en techniek om materialen van verschillende chemische samenstelling te scheiden of om verbindingen te zuiveren. Tijdens filtratie vindt scheiding plaats bij een enkele of meerdere geperforeerde laag(en). Bij het filteren worden deeltjes die te groot zijn om door de gaten van de geperforeerde laag te gaan, tegengehouden. Grote deeltjes kunnen dan een residu of koeklaag vormen bovenop het filter en kunnen ook het filtergaas verstoppen, waardoor de vloeistoffase het filter niet kan passeren.
Figuur 1: Illustratie van eenvoudige filtratie.
Wat is centrifugeren?
Centrifugatie is een proces waarbij een centrifugemachine wordt gebruikt om de gewenste bestanddelen van een complex vloeibaar mengsel/slurry te scheiden. Door centrifugeren wordt het neerslag sneller en vollediger verzameld op de bodem van de centrifugebuis. De resterende vloeistof staat bekend als de bovenstaande vloeistof. Dit supernatant wordt vervolgens ofwel snel uit de buis overgebracht zonder het precipitaat te verstoren, of verwijderd met behulp van een Pasteur-pipet. De deeltjes die bij het centrifugeren neerslaan, zijn afhankelijk van de centrifugale versnelling, de grootte en vorm van de deeltjes, het volumedeel van de aanwezige vaste stoffen, het dichtheidsverschil tussen het deeltje en de vloeistof en de viscositeit.
Figuur 2: Illustratie van centrifugatieproces
Wat is het verschil tussen filtratie en centrifugeren?
Definitie van filtratie en centrifugeren
Filtratie: de handeling of het proces om iets ongewensts uit een vloeistof te verwijderen.
Centrifugatie: het proces van het scheiden van lichtere delen van een oplossing of een mengsel.
Kenmerken van filtratie en centrifugeren
Filtratie en centrifugatie kunnen aanzienlijk verschillende kenmerken hebben en ze kunnen worden onderverdeeld in de volgende subgroepen;
Geweld gebruikt
Filtratie: de zwaartekracht wordt gebruikt bij filtratie.
Centrifugatie: de middelpuntvliedende kracht wordt gebruikt bij het centrifugeren.
Apparatuur
Filtratie: Zeven of geperforeerde laag of zeef of media of fysiek membraan of filtertrechter of hun combinaties kunnen worden gebruikt. Sommige filterhulpmiddelen kunnen worden gebruikt om de filtratie te helpen. Dit zijn gewoonlijk onsamendrukbare diatomeeënaarde of silica.
Centrifugatie: Centrifugemachine en centrifugebuizen worden gebruikt.
Werkwijze
Filtratie: Grote deeltjes in het mengsel kunnen niet door de mesh/geperforeerde structuur van het filter, terwijl vloeistof en kleine deeltjes onder de zwaartekracht passeren en filtraat worden (Figuur 1)
Centrifugatie: Het oplossingsmengsel wordt gecentrifugeerd om de zwaardere/dichtere vaste stof naar de bodem te dwingen, waar het vaak een stevige cake vormt. De vloeistof boven deze cake kan worden verwijderd of gedecanteerd. Deze methode is bijzonder nuttig voor het scheiden van vaste stoffen die niet goed filtreren (bijv. gelatineuze of fijne deeltjes). (Figuur 2)
Typen
Filtratie: Er zijn drie filtratietechnieken gebaseerd op het verwachte resultaat, bekend als warme, koude en vacuümfiltratie. Hete filtratietechniek wordt voornamelijk gebruikt om vaste stoffen uit een hete oplossing te scheiden. Dit wordt gebruikt om kristalontwikkeling in de filtertrechter die in contact komt met de oplossing te voorkomen. Koude filtratietechniek wordt voornamelijk gebruikt om de te kristalliseren oplossing snel af te koelen. Deze methode resulteert in de ontwikkeling van zeer kleine kristallen in tegenstelling tot het verkrijgen van grote kristallen door de oplossing langzaam af te koelen tot kamertemperatuur. Vacuümfiltratiemethode wordt voornamelijk gebruikt voor een kleine batch van de oplossing om kleine kristallen snel uit te drogen. Dit is de meest efficiënte filtratietechniek in vergelijking met warme en koude filtratie.
Centrifugatie: er zijn drie centrifugatietechnieken, namelijk microcentrifuges, hogesnelheidscentrifuges en ultracentrifugaties. Microcentrifuge wordt vaak gebruikt bij onderzoeksactiviteiten om kleine hoeveelheden biologische moleculen te verwerken. Deze machine is klein genoeg om op een tafelblad te bevestigen. Hogesnelheidscentrifuges kunnen grotere monstervolumes aan en worden voornamelijk gebruikt in grootschalige industriële toepassingen. Ultracentrifugatie wordt voornamelijk gebruikt voor onderzoeksdoeleinden, zoals het bestuderen van eigenschappen van biologische deeltjes. Het is de meest efficiënte scheidingsmethode vergeleken met microcentrifuges en hogesnelheidscentrifuges.
Doel
Filtratie: Het belangrijkste doel van filtratie is het verkrijgen van het gewenste resultaat door onzuiverheden uit een mengsel te verwijderen of, voor de isolatie van vaste stoffen uit een mengsel.
Centrifugatie: Het belangrijkste doel van centrifugeren is de isolatie van vaste stoffen uit een oplossing.
Efficiëntie
Filtratie: eenvoudige filtratietechnieken kunnen veel tijd vergen om het gewenste materiaal te scheiden en als gevolg daarvan is filtratie minder efficiënt dan centrifugeren.
Centrifugatie: Scheiding vindt zeer snel plaats in vergelijking met filtratietechnieken. Daarom is centrifugeren efficiënter dan filtratie.
Nadelen
Filtratie: als zeer kleine hoeveelheden oplossing worden gefilterd, kan het grootste deel van deze oplossing door het filtermedium worden geabsorbeerd. Mengsels met gelatineuze of fijne deeltjes filteren niet goed. Daarom kan centrifugeren worden gebruikt om deze mengsels te scheiden.
Centrifugatie: deze methode vereist knowhow en elektriciteit in vergelijking met filtratietechnieken.
Kosten
Filtratie: de kosten zijn afhankelijk van de complexiteit van het filtratieproces, en gewoonlijk vereisen eenvoudige filtratietechnieken geen elektriciteit en geen getrainde personen. Daarom kunnen de bijbehorende kosten laag zijn in vergelijking met centrifugeren.
Centrifugatie: de kosten zijn hoog in vergelijking met een eenvoudige filtratietechniek, omdat de centrifuge zowel elektriciteit als getrainde technici nodig heeft.
Toepassingen
Filtratie: koffiefilter, waterfilter, ovenfilter om deeltjes te verwijderen, pneumatische transportsystemen gebruiken filters, in het laboratorium wordt een glazen trechter, een Buchner-trechter of gesinterde glastrechter gebruikt voor filtratie. In de menselijke nier wordt nierfiltratie gebruikt om bloed te filteren en selectieve heropname van vele elementen die essentieel zijn voor het lichaam om de homeostase te handhaven.
Centrifugatie: Een van de meest voorkomende toepassingen is de behandeling van zuiveringsslib, waarbij vaste stoffen worden gescheiden van sterk geconcentreerde suspensies. Centrifugatie wordt ook gebruikt voor het verrijken van uranium. Daarnaast wordt deze techniek gebruikt in biologisch onderzoek voor het isoleren van gewenste vaste of vloeibare stoffen uit een mengsel. Daarnaast wordt centrifugeren gebruikt om vet uit melk te verwijderen om magere melk te produceren, om de wijn te klaren en te stabiliseren en om urinebestanddelen en bloedelementen te scheiden in forensische en medische onderzoekslaboratoria.
Concluderend, filtratie en centrifugatie zijn verschillende scheidingstechnieken en het belangrijkste verschil tussen beide is de gebruikte kracht en scheidingsapparatuur. Als gevolg hiervan kunnen ze aanzienlijk verschillende toepassingen hebben.
