 |
Центрифугирование, работа с центрифугами
|
|
|
|
Центрифугирование, работа с центрифугами
Помимо фильтрования, разделение смеси жидкого и твердого веществ возможно также путем центрифугирования, т. е. разделения веществ в приборах, называемых центрифугами.
Движущей силой, отделяющей смеси веществ при центрифугировании является центробежная сила. При быстром вращении (центрифугировании) взвешенные в жидкости твердые частицы (с большей плотностью, чем плотность жидкости) под действием развивающейся при вращении центробежной силы отбрасываются от центра и таким путем отделяются от жидкости.
Различают следующие типы центрифуг:
По типу отделения для образцов:
- открытые
- закрытые
По типу привода:
- с ручным приводом
- с механическим приводом
Основной частью открытой ручной центрифуги является вертикально поставленная вращающаяся ось, перпендикулярно которой на верхнем конце ее прикреплена планка с подвижно укрепленными двумя (или четырьмя) металлическими гильзами. В эти гильзы вставляют специальные суженные книзу пробирки с жидкостью, из которой нужно удалить взвешенные частицы.
На дно гильзы кладут кусочек ваты, чтобы избежать прямого соприкосновения стекла с металлом. Когда пробирки вставлены в гильзы, центрифугу приводят в движение и через некоторое время, зависящее от вязкости жидкости, размеров взвешенных частиц и разности плотностей происходит отделение взвешенных твердых частиц от жидкости, после чего центрифугу останавливают. На дне пробирки собирается плотный осадок твёрдого вещества, над которым находится чистая жидкость.
Закрытые центрифуги в зависимости от величины содержат различное количество гильз, от 2 до 12 и больше, расположенных симметрично на одинаковом расстоянии друг от друга и от оси центрифуги.
|
|
|
Механические закрытые центрифуги более удобны, чем ручные. Они дают обычно 2000— 3000 об/мин, позволяют достигнуть более совершенного разделения жидкости и твердого вещества.
Пробирки для центрифуг после наполнения жидкостью должны иметь одинаковую массу. Там, где центрифугой приходится пользоваться часто, рекомендуется иметь специальные весы, приспособленные для взвешивания (вернее, тарирования) пробирок. В указанных весах чашки подвешивают к коромыслу при помощи стержней, прикрепленных к центру чашек. На этих стержнях имеются кольца, в которые вставляют пробирки.
Укрепив пробирки, сначала наливают жидкость, подлежащую центрифугированию, в одну пробирку (при помощи, например, пипетки), а затем во вторую, добиваясь уравновешивания чашек.
Никогда не следует наливать в пробирки слишком много жидкости; пробирки наполняют так, чтобы расстояние от края до уровня жидкости было не меньше 10 мм. Уравновешенные пробирки вставляют в гнезда центрифуги.
Центрифугу следует пускать не сразу на полный ход, а постепенно. Это относится как к ручным, так и к механическим центрифугам.
За состоянием центрифуги должен производиться строгий надзор; недопустимо ее загрязнение, в особенности движущихся частей. Металлические гильзы должны легко и свободно поворачиваться. Шестерни, приводящие во вращение центрифугу, должны иметь легкий ход; их нельзя смазывать такими смазками, которые могут загустеть. Ось центрифуги также должна быть в порядке и всегда чистой. При неосторожном обращении с центрифугами, особенно ручными, можно согнуть ось и этим вывести центрифугу из строя.
После выключения центрифуге дают остановиться самостоятельно и только после этого вынимают пробирки.
Прочную нишу среди лабораторного оснащения лаборатории заняли суперцентрифуги, дающие до 40 000 об/мин. Такие центрифуги особенно удобны для центрифугирования всякого рода вязких растворов, например лаков, тонких дисперсий, а также эмульсий.
|
|
|
5. Плотность и удельный вес
5. 1. Понятие плотности и удельного веса
Общеизвестно, что тела, имеющие одинаковый объем, но сделанные из различных веществ, например из железа и алюминия, имеют различную массу. Массы тел, сделанных из одного и того же вещества (и не имеющих пустот), прямо пропорциональны объемам этих тел. Другими словами, отношение массы тела к его объему является постоянной величиной, характерной для данного вещества. Эту величину называют плотностью вещества.
Плотность — величина, определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма. Общепринято плотность вычисляют как отношение массы тела к его объему:
. 
Плотность измеряется:
- в кг/м³ в системе СИ
- в г/см³ в системе СГС.
Для сыпучих и пористых тел различают:
Истинную плотность , определяемую без учёта пустот. В этом случае истинная плотность является характеристикой химического вещества, из которого изготовлено то или иное тело.
Кажущуюся плотность , рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму. В этом случае кажущаяся плотность является характеристикой уже не химического вещества, а характеристикой самого тела.
Истинную плотность из кажущейся получают с помощью величины порозности — доли объёма пустот в занимаемом объёме.
Наряду с понятием плотности, часто пользуются понятием удельного веса вещества.
Удельный вес определяется как отношение веса вещества P к занимаемому им объёму V, то есть, удельный вес равен:
Удельный вес вещества измеряется:
- в н/м³ в международной системе единиц СИ;
- в дин/см³ в системе СГС;
- в кгс/м³ в системе МКГСС.
Удельный вес и плотность относятся друг к другу так же, как вес и масса тела.
В отличие от плотности удельный вес не является физико-химической характеристикой вещества, так как зависит от значения g (ускорения свободного падения) в месте измерения.
Можно также сказать, что удельный вес есть сила тяжести единицы объема данного вещества.
γ = ρ g
|
|
|
Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность ведет себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры.
При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Правда, вода является исключением из этого правила, её плотность при затвердевании уменьшается.
Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне. Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (ρ от 2× 10-31 до 5× 10− 31 г/см³ ). Плотность межзвёздной среды порядка 10− 21 кг/м³. Средняя плотность Солнца примерно в 1, 5 раза выше плотности воды, равной 1000 кг/м³, а средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³. Наибольшую плотность среди металлов имеет осмий (22 500 кг/м³ ), а плотность нейтронных звёзд имеет порядок 1017-1018 кг/м³.
Часто пользуются таким понятием относительной плотности вещества - отношение плотности исследуемого вещества к плотности эталонного вещества. В качестве эталонной жидкости чаще всего используют дистиллированную воду, плотность которой при +20 º С равна 998, 203 кг/м3, а при температуре максимальной плотности (+4 º С) составляет 999, 973 кг/м3.
Определение относительной плотности для жидкости при +20 º С обычно производят путем деления массы определенного объема жидкости к массе воды этого же объема при этой же температуре. При этом получают относительную плотность вещества относительно плотности воды при +20 º С и обозначают эту величину как 
, где цифра сверху относится к исследуемому веществу, а снизу к температуре воды.
Определяют относительную плотность при помощи пикнометра, взвешивая сначала пустой пикнометр, затем пикнометр с дистиллированной водой (этим самым устанавливают «водное число» пикнометра, то есть массу воды в объеме пикнометра при температуре 20 °С), а потом пикнометр с исследуемой жидкостью.
Чтобы определить плотность вещества, необходимо относительную плотность умножить на величину абсолютной плотности воды при температуре измерения.
|
|
|
