Centrifuge so stroji, ki se uporabljajo v laboratorijih, zdravstvenih ustanovah in industrijah za ločevanje suspendiranega materiala od medijev, s katerimi so pomešani. To naredimo tako, da zaprte posode z mešanico zelo hitro zavrtimo okoli fiksne osrednje točke. Centrifugalna sila, ki nastane s tem gibanjem, prisili gostejši material v suspenziji proti stenam posode in ga učinkovito loči od raztopine. Te naprave se uporabljajo za ločevanje trdnih snovi od tekočih suspenzijskih medijev; na primer so bistveno medicinsko orodje za ločevanje plazme od vzorcev krvi.
Kako delujejo
Osnovno načelo delovanja centrifuge je centrifugalna sila. Če vedro, napolnjeno z vodo, hitro zavrtite v krogu, nad glavo in nazaj na tla, centrifugalna sila, ki nastane z vrtenjem vedra, sili vodo proti dnu. To je tisto, kar zadrži vodo v vedru, tudi ko je obrnjeno na glavo.
Večina centrifug izkorišča to silo na podoben način in je sestavljena iz ohišja s pokrovom in gnanega osrednjega rotorja. Rotor ima po obodu vrsto lukenj, v katere so nameščene posode, običajno epruvete z raztopino. Ko je pokrov stroja zaprt in centrifuga vklopljena, se rotor vrti z veliko hitrostjo. Kot v primeru eksperimenta z vedrom, centrifugalna sila povzroči, da se vsaka snov v raztopini, ki je gostejša od tekočine, pritisne na zunanje stene cevi, ki jo pri tem loči od tekočine.
Ko centrifuga zaključi svoj cikel, jo postopoma upočasnimo in ustavimo, da preprečimo kakršne koli turbulence, ki bi lahko povzročile ponovno mešanje raztopine. To obdobje upočasnitve omogoča tudi, da ves ločeni material pade proti dnu epruvete. Ko se rotor ustavi, se lahko cev odstrani in vzorci obdelajo.
V nekaterih primerih ima lahko centrifuga zaslon na enem koncu, ki omogoča prehod tekočin, medtem ko trdne snovi ostanejo ujete v cevi. Drugi lahko držijo cevi pod določenim kotom ali jim dovolijo, da se med vrtenjem zavihtijo. Položaj cevi in hitrost vrtenja centrifuge se lahko razlikujeta, odvisno od vrste raztopine, ki se ločuje.
Ločitev po gostoti
Na ta način je mogoče od suspenzije ločiti poljubno število suspendiranih materialov. Vsaka različna snov se loči po vrstnem redu glede na svojo gostoto in tvori različne plasti na dnu cevi, ko se stroj ustavi. To je znano kot princip sedimentacije. Na primer, vzorec krvi, vstavljen v centrifugo za primerno dolžino cikla, se bo popolnoma razgradil, pri čemer se bodo težje krvne celice zbirale na dnu in lažja krvna plazma na vrhu. To je še posebej uporabno pri identifikaciji vseh komponent neznanih rešitev.
Druge uporabe
Naprave za centrifugiranje se ne uporabljajo samo v laboratorijih; vidijo široko uporabo pri ravnanju z odpadnimi vodami, v naftni industriji in celo pri predelavi sladkorja in mleka. Običajno so medicinske in znanstvene laboratorijske centrifuge majhne namizne naprave. Industrijski stroji, ki se uporabljajo za ločevanje magnetitne brozge od procesne vode v premogovništvu, so po drugi strani lahko zelo veliki.
Plinske centrifuge, ki se uporabljajo v procesu obogatitve urana, imajo posebej oblikovane posode, ki vključujejo strateško nameščeno notranjo zajemalko. Ko se vrti, ta zajemalka zbere želeni izotop urana-235, medtem ko se težji izotop 238 zbira na stenah posode. Vendar je to veliko daljši proces kot ločevanje tekoče suspenzije, ki pogosto traja več tisoč ciklov.
Velike centrifuge se uporabljajo tudi za izpostavljanje ljudi ekstremnim silam v nadzorovanem okolju. Zunanjo silo, ki jo ustvari tako velik stroj, je mogoče uporabiti za simulacijo ogromnih gravitacijskih sil (G-sil), ki jih astronavt ali pilot lovca verjetno doživi pri potovanju z zelo visokimi hitrostmi. Geotehnično modeliranje je še eno področje, kjer se centrifuge uporabljajo za simulacijo gravitacijskih napetosti v prototipih.