Zentrifugation  Zum Expertenwissen

Zentrifugen trennen mittels Fliehkraft

Manchmal kann man in der Separationstechnik als allgemeinem Laborbedarf mit Sieben, Filtern, Chromatographieren oder Dialysieren kein exaktes Ergebnis gewinnen, weil die aufzutrennenden Stoffe in Suspensionen, Emulsionen oder Gasgemischen für diese Verfahren nicht geeignet sind. Hier greift man zu

• Zentrifugen oder
• Rotoren als drehbare Elemente von Maschinen.

Zentrifugen im Labor unerlässlich

Eine Zentrifuge ist ein Gerät, in dem hohe Rotationen um einen Mittelpunkt herum in kreisförmiger Bewegung erzeugt werden. Diese Geräte werden zur Trennung von Stoffen in ihre einzelnen Bestandteile eingesetzt.

Mit ihr lassen sich Flüssigkeitsgemische oder Gemische aus Flüssigkeiten und festen Stoffen oder gar Gasgemische ohne großen Aufwand trennen. Zentrifugen werden nicht nur zur Trennung von verschiedenen Bestandteilen eines Stoffes eingesetzt, sondern auch zur Gewinnung von reinen Stoffen. Hierzu werden weder gesonderte Apparaturen zur Destillation noch extra Filter benötigt.

Zentrifugen besitzen innen eine kreisförmige Scheibe, die sich mehr oder minder schnell dreht. In der Scheibe sitzen in passenden Vertiefungen am Kreisrand so Zentrifugalröhrchen, dass das obere Ende etwas zur Mitte geneigt ist. Durch die Rotationsbewegung entstehen Fliehkräfte. Die Zentrifugation macht sich so die unterschiedliche Massenträgheit diverser Stoffe zu Nutze, sodass Partikel mit großer Dichte nach außen gedrückt werden und dort Partikel mit geringerer Dichte zur Mitte hin verdrängen.

Das Geheimnis - die Beschleunigung

Die unterschiedlichen Elemente eines Gemisches haben eine unterschiedliche Dichte. Diese macht man sich zu nutze. Aufgrund der verschiedenen Dichtewerte sind die einzelnen Stoffe unterschiedlich träge. Durch die Beschleunigung und die Drehbewegung der Zentrifuge werden leichte von schweren Stoffen getrennt.

Bei Zentrifugen wird eine einfache physikalische Regel angewandt. Schwere Stoffe werden durch das Wirken der Zentrifugalkraft nach außen gedrückt, während leichte Stoffe durch die Zentripedalkraft nach innen geschleudert werden.  

Wichtiger Indikator - Beschleunigung

Wichtig beim Kauf einer Zentrifuge ist es, auf die Angabe der Zentrifugalbeschleunigung zu achten. Diese gibt an, ein wie viel Faches der Erdschwerebeschleunigung von einer Zentrifuge erreicht wird. Desto höher die Zentrifugalbeschleunigung, desto effektiver fällt die Stofftrennung aus. Einfluss auf diese Größe haben sowohl die Umdrehungen einer Zentrifuge in der Minute als auch der Durchmesser des Rotors. Bei gleicher maximaler Umdrehungszahl erreicht eine Zentrifuge mit einem größeren Rotordurchmesser eine deutlich höhere Zentrifugalbeschleunigung.

Anwendungen im Labor

Zentrifugen werden in vielen Bereichen eingesetzt. Neben der Industrie ist einer der wichtigsten Einsatzbereiche das Labor. Zum Beispiel wird die Trennung von Serum häufig benötigt. Eine einfache Blutuntersuchung durch Trennung der einzelnen Serumbestandteile wäre ohne Zentrifuge kaum denkbar. Beim Einsatz von Zentrifugen im Labor werden spezielle Zentrifugenröhrchen genutzt. Diese sind deutlich dickwandiger als einfache Reagenzgläser und haben so keine Probleme, den entstehenden Kräften standzuhalten.

In Laborzentrifugen werden der Rotor und das passende Zentrifugenglas so montiert, dass die Trennung der Stoffe nicht mehr zwischen innen und außen stattfindet, sondern in einen Höhenunterschied verlagert wird. So setzen sich dichtere Stoffe unten ab und leichtere Stoffe treiben nach oben. Ein typisches Bild der Schichtung der einzelnen Inhaltskomponenten entsteht.

Zentrifugenarten

Mikrozentrifugen sind kleine Helfer, die im Bereich der Notfallmedizin angewandt werden. Auch einfache Stofftrennungen sind mit ihnen möglich. Sie haben eine geringere Anzahl an Röhrchenplätzen als Tischzentrifugen und haben im Allgemeinen eine geringere Zentrifugalbeschleunigung.

Wichtig für Sie zu wissen ist in der Vorauswahl, nicht nur wie viele Röhrchen in der Zentrifuge Platz haben sollen, sondern auch welches Volumen sie jeweils fassen können. Für kleinere Proben reichen Mikroliterzentrifugen aus. Achten Sie dabei aber genau auf das mögliche Zentrifugenröhrchenvolumen.

Ob Ihre zukünftige Zentrifuge gekühlt oder ungekühlt sein soll, ist abhängig von den Proben und deren Temperaturempfindlichkeit. Ist es nötig, eine konstante Temperatur zu halten und die Umgebungstemperaturen bei der Stofftrennung zu vernachlässigen oder gekühlte Proben ohne Unterbrechung der Kühlkette zu trennen, kommen nur gekühlte Zentrifugen in Frage.

Standzentrifugen sind wahrscheinlich das beste, was Ihnen in diesem Bereich geboten wird. Große Mengen eines Stoffes können so mit einem Durchgang getrennt werden. Die absolut leistungsstarken Geräte bestechen durch hohe Zentrifugalbeschleunigungen und ein enormes Fassungsvermögen.

Rotoren

Rotoren zeichnen sich sehr oft durch mehrere von der Mitte aus abzweigende Arme aus, in die man außen Zentrifugenröhrchen einhängt. Die Arme bewegen sich ebenfalls kreisförmig um die Mittelachse. Oft sind die Röhrchen zu sehen und nicht unbedingt durch Deckel oder ein Gehäuse verdeckt.

Ausschwingrotoren erlauben es, die Zentrifugalröhrchen so einzuhängen, dass sie sich während der Zentrifugation von der Neigung her der Schwerkraft nach ausrichten können. So wird bei der Zentrifugation von Flüssigkeiten im Gegensatz zu Festwinkelrotoren ein Auslaufen über den Deckelrand vermieden. Für sehr kleine Mengen eignen sich Trommelrotoren sehr gut, denn die Zentrifugengefäße stehen parallel zur Drehachse. Hämatokritrotoren dienen dazu, zelluläre Bestandteile aus dem Blut zu trennen.