ЦЕНТРИФУГУВАННЯ: З ЧОГО СКЛАДАЄТЬСЯ, ТИПИ, ЗНАЧЕННЯ, ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Центрифугування представляє собою метод, метод або процедура, механічно або фізичне розділення молекул або частинок з різною щільністю і також присутні в рідкому середовищі. Його основою є застосування відцентрової сили, що застосовується обладнанням, яке називається центрифугою.

Центрифугуванням компоненти зразка рідини можна відокремити та проаналізувати. Серед цих компонентів є різні класи молекул або частинок. Що стосується частинок, то посилаються на різні фрагменти клітин, на органели клітин, навіть на клітини різних типів.

Центрифуга. Джерело: Метт Яніцький через Flickr

Теодор Шведгер вважається одним із провідних піонерів у дослідженні центрифугування. Нобелівська премія 1926 р. Визначила, що молекули або частинки з власними розмірами мають різні коефіцієнти осадження S. "S" походить від Шведгера, на честь його роботи.

Тому частинки мають характерні швидкості осідання. Це означає, що не всі вони поводяться однаково під дією відцентрової сили, вираженої в обертах в хвилину (об / хв), або як функція радіуса ротора (відносна відцентрова сила, г).

Серед факторів, що визначають S та його швидкість, є, наприклад, характеристики молекул або частинок; властивості середовища; техніка або спосіб центрифугування; і тип використовуваної центрифуги, серед інших аспектів.

Центрифугування класифікується за його корисністю. У препаративному випадку, коли він обмежений поділом компонентів зразка; і в аналітиці, коли вона також прагне проаналізувати відокремлену молекулу або частинку. З іншого боку, його також можна класифікувати за умовами процесу.

Центрифугування в різних її типах було важливим для просування наукових знань. Використовується в науково-дослідних центрах, це сприяло розумінню складних біохімічних та біологічних процесів, серед багатьох інших.

З чого він складається? (процес)

Основи центрифугування

Процес центрифугування заснований на тому, що молекули або частинки, що складають зразок у розчині, будуть обертатися при обертанні в пристрої, званому центрифугою. Це спричиняє відділення частинок від оточуючого їх середовища, коли вони осідають з різною швидкістю.

Процес спеціально заснований на теорії осідання. Відповідно до цього осідатимуть частинки, які мають більшу щільність, а решта речовин або компонентів навколишнього середовища залишаться суспендованими.

Чому? Тому що молекули або частинки мають свої розміри, форми, маси, обсяги та щільність. Тому не всі вони встигають осаджувати однаково, що перекладається на різний коефіцієнт осідання S; і, отже, з різною швидкістю осідання.

Ці властивості є такими, що дозволяють молекулам або частинкам розділятися відцентровою силою при заданій швидкості центрифугування.

Центробіжна сила

На відцентрову силу впливатиме кілька факторів, які визначатимуть осідання: ті, які притаманні молекулам чи частинкам; до характеристик середовища, в якому вони знаходяться; та фактори, пов'язані з центрифугами, де проводиться процедура центрифугування.

По відношенню до молекул чи частинок маса, питомий об'єм та коефіцієнт флотації однакові впливають на фактори осідання.

Стосовно середовища, яке їх оточує, важлива маса витісненого розчинника, щільність середовища, стійкість до прогресування та коефіцієнт тертя.

Щодо центрифуги, то найважливішими факторами, що впливають на процес осадження, є тип ротора, кутова швидкість, відцентрова сила і, отже, відцентрова швидкість.

Типи центрифуг

Існує кілька видів центрифуг, за допомогою яких зразок може зазнавати різної швидкості центрифугування.

Залежно від максимальної швидкості, яку вони досягають, вираженої в відцентровому прискоренні (відносна відцентрова сила g), їх можна просто класифікувати як центрифуги, що мають максимальну швидкість приблизно 3000 г.

Перебуваючи в так званих суперцентрифугах, більший діапазон швидкостей може бути досягнутий близько 25 000 g. А в ультрацентрифугах швидкість набагато вище, досягаючи 100 000 г.

Згідно з іншими критеріями, існують настільні мікроцентрифуги або центрифуги, які спеціальні для здійснення процесу центрифугування з невеликим об'ємом зразка, досягаючи діапазону від 12 000 до 15 000 г.

Існують центрифуги високої ємності, які дозволяють центрифугувати більші, швидкісні об'єми зразків, такі як ультрацентрифуги.

Загалом, для захисту ротора і зразка від перегріву необхідно контролювати кілька факторів. Для цього були створені ультрацентрифуги із спеціальними умовами вакууму чи охолодження, серед інших.

Типи роторів

Одним з визначальних елементів є тип ротора, пристрій, який обертається і де розміщуються трубки. Існують різні типи роторів. Серед основних - маятникові ротори, ротори з фіксованим кутом та вертикальні ротори.

У нахильних роторах при розміщенні труб у пристроях цього типу ротора та при обертанні трубки набудуть розташування, перпендикулярне осі обертання.

У роторах з фіксованим кутом зразки будуть розташовуватися всередині суцільної конструкції; як видно із зображення та у багатьох центрифугах.

А у вертикальних роторах у деяких ультрацентрифугах трубки будуть обертатися паралельно осі обертання.

Види центрифугування

Види центрифугування різняться залежно від мети їх застосування та умов, в яких здійснюється процес. Ці умови можуть бути різними залежно від типу вибірки та характеру того, що підлягає відокремленню та / або аналізу.

Існує перший критерій класифікації, що ґрунтується на меті чи меті його виконання: підготовче центрифугування та аналітичне центрифугування.

Підготовче центрифугування

Таку назву він отримує, коли центрифугування використовується в основному для виділення або розділення молекул, частинок, фрагментів клітин або клітин для їх подальшого використання або аналізу. Кількість проби, яка зазвичай використовується для цієї мети, порівняно велика.

Аналітичне центрифугування

Аналітичне центрифугування проводиться з метою вимірювання або аналізу фізичних властивостей, таких як коефіцієнт осадження та молекулярна маса осілих частинок.

Центрифугування на основі цієї мети може здійснюватися шляхом застосування різних стандартизованих умов; як це стосується, наприклад, однієї з методик аналітичного ультрацентрифугування, що дозволяє аналізувати молекули або частинки, які відокремлюються, навіть якщо відбувається осідання.

У деяких конкретних випадках може знадобитися використання кварцових центрифужних трубок. Таким чином, вони дозволяють проходити видиме та ультрафіолетове світло, оскільки в процесі центрифугування молекули спостерігаються та аналізуються за допомогою оптичної системи.

Точно існують інші критерії класифікації залежно від характеристик або умов, в яких здійснюється процес центрифугування. Це: диференційне центрифугування, зонове або смугове центрифугування та ізопікнічне або седиментаційне рівноважне центрифугування.

Диференціальне центрифугування

Цей тип центрифугування складається з піддавання зразка центрифугуванню, як правило, з кутовим ротором, протягом певного часу та швидкості.

Він заснований на поділі частинок через їх різницю в швидкості осідання, що безпосередньо пов'язане з їх розмірами. Ті, що є більшими і більшими S, осідають на дні трубки; тоді як менші розміри залишатимуться підвішеними.

При суспендованому поділі осаду життєво важливим є такий спосіб центрифугування. Суспендовані частинки повинні бути декантировані або видалені з пробірки, щоб осад або гранули могли бути суспендовані в іншому розчиннику для подальшого очищення; тобто його знову центрифугують.

Цей тип техніки не корисний для розділення молекул. Натомість його можна використовувати для відділення, наприклад, клітинних органел, клітин, серед інших частинок.

Центрифугування зон або смуг

Зональне або смугове центрифугування здійснює поділ компонентів зразка виходячи з різниці S при проходженні через середовище з попередньо формованим градієнтом щільності; наприклад, Фіколл, або сахароза, наприклад.

Зразок поміщають поверх градієнта пробірки. Далі він переходить до центрифуги з високою швидкістю, і поділ відбувається в різних смугах, розташованих по середині (як би це желатин з декількома шарами).

Частинки з меншим значенням S залишаються на початку середовища, тоді як ті, які є більшими або мають більш високий S, йдуть у напрямку до дна трубки.

За допомогою цієї процедури компоненти, що знаходяться в різних смугах осідання, можна відокремити. Важливо добре контролювати час, щоб уникнути того, щоб усі молекули або частинки зразка осіли на дно пробірки.

Ізопічне центрифугування та інші типи

-Існує багато інших типів центрифугування, наприклад ізопікнічне. Це спеціалізується на розділенні макромолекул, навіть якщо вони одного типу. ДНК дуже добре вписується в цей тип макромолекул, оскільки представляє варіації послідовностей та кількості його азотистих основ; і тому осад з різною швидкістю.

-Запроваджено також ультрацентрифугування, за допомогою якого вивчають седиментаційні характеристики біомолекул, процес, який можна контролювати, наприклад, ультрафіолетом.

Це було корисно для розуміння підклітинних структур або органел. Це також дозволило досягти прогресу в молекулярній біології та в розробці полімерів.

Програми

Існує незліченна кількість повсякденного життя, в якій використовуються різні типи центрифугування. Вони використовуються для охорони здоров'я, в біоаналітичних лабораторіях, у фармацевтичній промисловості, серед інших областей. Однак його значення можна підсумувати двома словами: відокремити та охарактеризувати.

Розділяє частинки

У хімії різні методи центрифугування виявилися надзвичайно важливими з багатьох причин.

Це дозволяє відокремити дві змішувані молекули або частинки. Допомагає видаляти небажані домішки, речовини або частинки зразка; наприклад, зразок, де ви хочете зберегти лише білки.

У біологічному зразку, такому як кров, плазму можна відокремити від клітинного компонента центрифугуванням. Це сприяє виконанню різних видів біохімічних або імунологічних тестів на плазмі або сироватці крові, а також для рутинних або спеціальних досліджень.

Навіть центрифугування дозволяє розділити різні типи клітин. Наприклад, із зразка крові еритроцити можна відокремити від лейкоцитів або лейкоцитів, а також від тромбоцитів.

Таку ж корисність можна отримати при центрифугуванні в будь-якій з біологічних рідин: сечі, спинномозковій рідині, навколоплідної рідини, серед багатьох інших. Таким чином можна проводити найрізноманітніші аналізи.

Як техніка характеристики

Це також дозволило вивчити або проаналізувати характеристики чи гідродинамічні властивості багатьох молекул; в основному зі складних молекул або макромолекул.

А також численні макромолекули, такі як нуклеїнові кислоти. Це навіть спростило характеризувати деталі підтипів тієї ж молекули, як РНК, серед багатьох інших застосувань.

Приклади центрифугування

- Дякуючи різним методам центрифугування, досягнуто прогресу в точному знанні складних біологічних процесів, таких як інфекційне захворювання та метаболізм.

- Через центрифугування було висвітлено багато ультраструктурних та функціональних аспектів молекул та біомолекул. Серед таких біомолекул - білки інсулін та гемоглобін; з іншого боку, нуклеїнові кислоти (ДНК та РНК).

-При підтримці центрифугування було розширено знання та розуміння багатьох процесів, що підтримують життя. Один з них - цикл Кребса.

У цій же галузі корисності він вплинув на знання молекул, що складають дихальний ланцюг. Таким чином, даючи світло для розуміння складного процесу окисного фосфорилювання чи справжнього клітинного дихання серед багатьох інших процесів.

-Зрештою, він сприяв вивченню різних процесів, таких як інфекційна хвороба, дозволяючи аналізувати шлях, за яким слід ДНК, що вводиться фагом (вірусом бактерій), і білками, які клітина-господар може синтезувати.

Список літератури

1. Парул Кумар. (sf). Центрифуга: вступ, типи, використання та інші деталі (зі схемою). Взято з: biologydiscussion.com
2. Глава 3 Центрифугування. . Відновлено з: phys.sinica.edu.tw
3. Основи біохімії та прикладної молекулярної біології. (Бакалавр біології) Тема 2: центрифугування. . Взято з: ehu.eus
4. Метьюз, К.К. та Ван Холде, КЕ (1998). Біохімія, 2-е вид. McGraw-Hill Interamericana.
5. Вікіпедія. (2018). Центрифугування. Взято з: en.wikipedia.org