Wat is zwaartekrachtscheiding?
Zwaartekrachtscheiding is een methode om een suspensie in zijn afzonderlijke componenten te scheiden. Het wordt vaak gebruikt in medische instellingen om rode bloedcellen te scheiden van plasma en in metallurgische industrieën om deeltjes van verschillende metalen te scheiden. Effectieve scheiding berust op de verschillende dichtheden en afmetingen van de deeltjes, en werkt door zwaartekrachten te combineren met weerstand tegen beweging. De uiteindelijke concentratie is een verhouding van het verschil tussen de dichtheid van het zwaardere deeltje en de vloeistof, tot het verschil tussen de dichtheid van het lichtere deeltje en de vloeistof:
Concentratie = Dh - Df / Dl - Df
Er zijn veel manieren om zwaartekrachtscheiding te bereiken, de meest voorkomende zijn statische scheiding, centrifugeren en jiggen. Voor alle methoden is een juiste waterbalans in de suspensie belangrijk om een efficiënte scheiding te waarborgen, en de vloeistof moet vrij zijn van slijm, wat de viscositeit verhoogt en de deeltjesbeweging belemmert. Voor de meest effectieve zwaartekrachtscheiding moeten de deeltjesgroottes relatief dichtbij zijn, met zeer kleine of zeer grote deeltjes afgeschermd.
De statische methode is de zwaartekrachtscheiding in zijn puurste vorm en is uitsluitend afhankelijk van de zwaartekracht om scheiding te bereiken. De suspensie wordt geroerd en vervolgens volledig ongestoord gelaten. Terwijl het mengsel bezinkt, zullen de grotere, dichtere deeltjes eerst tot rust komen en zich op de bodem van de houder nestelen. De volgende grootste en dichtste deeltjes zullen zich daarop vestigen en een afzonderlijke laag vormen. Het proces gaat door totdat alle deeltjes zijn neergeslagen in hun respectieve lagen, met de kleinere, lichtere deeltjes bovenop. Alle methoden voor zwaartekrachtscheiding werken op deze manier, maar verschillen in de mechanismen die worden toegepast om scheiding te vergemakkelijken en het proces te versnellen.
Centrifugatie is de scheidingsmethode die het meest wordt gebruikt in medische omgevingen, maar wordt ook af en toe gebruikt in meer gespecialiseerde metallurgische operaties waarbij kleine hoeveelheden en grotere deeltjes zijn betrokken. In het geval van bloed wordt het monster in een met rubber bedekte glazen buis geïnjecteerd en, eenmaal gestold, in een contra-gebalanceerde centrifuge geplaatst. De centrifuge mag met zeer hoge snelheden draaien, wat centrifugale krachten produceert die de deeltjes door de vloeistof naar beneden duwen totdat ze zich verzamelen in een compacte massa op de bodem van de buis. Sommige buizen bevatten een gelseparator die zwaarder is dan het plasma maar lichter dan de bloedcellen en een barrière vormt om te voorkomen dat de twee opnieuw mengen na centrifugatie.
Jigging is een oudere, maar toch effectieve, zwaartekrachtscheidingstechniek die scheiding tot 150 micrometer bereikt. Het meest basale jiggingmechanisme houdt in dat de te scheiden stof boven op een bed van "ragging", zoals kogellagers, in een waterkamer wordt geplaatst. De ragging-laag rust op een geperforeerde plaat bovenop een andere kamer, die afwisselend zuigt en pulsen door de ragging naar boven. De pulsen rammelen de ragging, waardoor er ruimtes ontstaan waar de zwaardere deeltjes doorheen kunnen vallen, en door de zuigkracht verzamelen ze zich in de onderste kamer. Lichtere deeltjes worden van het oppervlak gewassen door een constante stroom water over de betreffende stof en verzameld in een afzonderlijke container.