La centrifugación diferencial como método de separación de mezclas compuestas por un sólido y un líquido.

Ilustración de tubos de ensayo después de Centrifugación. [Figura 1].

OBJETIVO
Explicar la técnica de una centrifugación diferencial con la finalidad de conocer un método de separación de mezclas compuestas por sólidos y líquidos mediante un blog.

Ilustración del sedimento y sobrenadante. [Figura 2].

La centrifugación es una opción y uno de los mejores métodos para poder realizar una sedimentación y tiene como objetivo la separación de mezclas ya sea de partículas, células, orgánulos o moléculas [figura2].
“Una mezcla de líquidos sólidos o ambos, se someten a un movimiento giratorio rápido (en una centrífuga) se separan los compuestos pesados hacía el fondo y los ligeros hacía arriba”. (p.82). Espriella, A. (2012). Química Significativa. El cambio conceptual con modelos de lo macroscópico a lo nanoscópico. (2a ed.). México, México: Espriella-Magdaleno.
Para poder realizar la separación se necesita de una centrifugadora, que es una maquina e instrumento que generalmente las tienen en casi todos los laboratorios.

En 1848 se creó la primera máquina centrífuga para la depuración de caña de azúcar atribu ida a Shotter y Dubrunfaut, pero la patente fue concedida a David Weston, en 1852. La máquina fue llamada, separador centrifugador, y fue construido en la plantación Lihue, en Honolulu, Hawái. La máquina ahorraba mucho del tiempo en los procesos de separación. El resultado fue una azúcar con una gran calidad, haciendo de Weston famoso en Honolulú por su factoría, y también porque el azúcar se producía en grandes cantidades y bajos costos. Este modelo convirtió a la maquina centrífuga de Weston, en el modelo estándar del siglo XIX y XX para el ramo azucarero.(El Crisol, 2020).

Técnicas básicas de laboratorio: centrifugación. [Archivo de vídeo].

Existen 4 tipos de Centrifugación:
1.-Centrifugación isopícnica
2.-Centrifugación zonal
3.-Ultracentrifugación
4.-Centrifugación diferencial.

Cada una cuenta con sus propias especificaciones y ofrece distintos resultados, pero en este caso vamos a explicar que es lo que pasa con la centrifugación diferencial.

La centrifugación diferencial

Va aprovecha la diferencia de velocidad de sedimentación de las moléculas que son diferentes en la mezcla, para que las partículas que tengan densidades parecidas puedan permanecer juntas.
Se llenará un tubo de ensayo con la mezcla de la solución de la muestra, se meterá en la centrifugadora que mediante un movimiento rotatorio las partículas se verán impulsadas por la fuerza centrifuga. A partir de ahí se llevará acabo la centrifugación en donde se va a obtener una separación de dos fracciones: el sedimento o pellet y un sobrenadante. Alguno de los componentes puede terminar en el sobrenadante, en el sedimento, o bien podría estar distribuido en ambas fracciones dependiendo del tamaño y/o de las condiciones de centrifugación. Las partículas no sedimentadas se encontrarán en el fondo del tubo, ya que estas partículas son las más pesadas, para finalizar las dos fracciones son recuperadas por decantación.
El sobrenadante puede ser recentrifugado varias veces, para poder obtener una mayor purificación de la solución con la formación de un nuevo pellet y un sobrenadante [figura 3].

Ilustración de proceso de centrifugación diferencial. [Figura 3].

Los cálculos

Conversión de velocidad de giro (revoluciones por minuto, rpm) a aceleración centrífuga (fuerza centrífuga relativa, FCR, sin unidades): Se conseguirá una misma separación en 2 centrífugas distintas cuando sea igual FCR, no si es igual la velocidad de giro (rpm). Es importante, por ello, dar las condiciones de centrifugación en FCR, no en rpm.
La FCR es lo que coloquialmente se llama “número de ges”, porque se mide empleando como unidad la aceleración de la gravedad, g. Se expresa así, por ej., “una centrifugación de 15 min a 20.000 g” (o “a 20.000 × g ”).
La relación entre ambas depende del radio del rotor (medido desde el eje de giro hasta la posición de la muestra en el tubo) así:
La separación por centrifugación depende de la masa celular (mm), del radio de giro del tubo — o radio del rotor — donde se coloca la muestra (rr) y de la velocidad alcanzada por la centrífuga (ωω o nn)

Siendo:

FcFc = fuerza centrifuga
mm = masa de la célula
a=v2ra=v2r = aceleración; si se trata de sedimentación a gravedad unidad, a=g=a=g= 9,8 m/s2 = 980 cm/s2
v=etv=et = velocidad lineal de la muestra en el tubo (cm/min)
rr = radio de giro, medido entre el punto medio del tubo de centrífuga y el eje de rotación (cm)
ee = espacio lineal recorrido, si el movimiento fuese lineal (cm)
tt = tiempo de sedimentación empleado al centrifugar (min)
ϕϕ = ángulo recorrido en el movimiento de rotación (radianes = ángulo cuyo arco es igual a rr); ϕ=erϕ=er
ω=ϕtω=ϕt = velocidad angular, pues el movimiento es de rotación (rad/min = min−1)
nn = velocidad de giro (revoluciones por segundo = rps, o revoluciones por minuto = rpm); ω=2π n

(Ángel Herráez, 2020).

Conclusiones

La centrifugación es un técnica que gracias a su fuerza giratoria, ayudará a la separación de partículas.

Un sólido y un líquido se podrán separar a modo de convertirse en un sobrenadante y un sedimento.

Las partículas similares, sedimentan juntas.

Referencias

1. BIOMODEL, (2020). Ilustración de tubos de ensayo después de Centrifugación. [Figura]. Recuperado de http://biomodel.uah.es/tecnicas/centrif/inicio.htm
2. Dolors, M. [Universitat Politècnica de Catalunya — UPC]. (2009). Técnicas básicas de laboratorio: centrifugación. [Archivo de vídeo]. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=LWZMmCgC5rQ
3. El Crisol, . (2020). La historia de las centrifugas para laboratorio: Entre la ciencia y la industria. En . (Ed), . Recuperado el 03 de octubre de 2020 de https://elcrisol.com.mx/blog/post/la-historia-las-centrifugas-laboratorio-la-ciencia-la-industria#:~:text=En%201848%20se%20cre%C3%B3%20la,Lihue%2C%20en%20Honolulu%2C%20Haw%C3%A1i.
4. Espriella, A. (2012). Química Significativa. El cambio conceptual con modelos de lo macroscópico a lo nanoscópico. (2a ed.). México, México: Espriella-Magdaleno.
5. Herráez, ÁNGEL. (2020). Centrifugación. En . (Ed), . Recuperado el 02 de octubre de 2020 de http://biomodel.uah.es/tecnicas/centrif/inicio.htm
6. Huerta, S. (NaN de de NaN). Centrifugación. CDMX, México UAM-iztapalapa. Recuperado el 12 de septiembre de 2020http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/sho/Centrifugacion-PIS.pdf
7. Montero, H. Ilustración del sedimento y sobrenadante. [Figura] Recuperado de http://www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/met/Centrifugacion.pdf
8. Pinzas de laboratorio. (2019 ). Ilustración de proceso de centrifugación diferencial. [Figura]. Recuperado de https://pinzasparatubosdeensayo.blogspot.com/2019/05/centrifugas.html
9. Sobrenadante. (s/f). Real Academia de Ingeniería. Recuperado el 14 de septiembre de 2020 de http://diccionario.raing.es/es/lema/l%C3%ADquido-sobrenadante
10. Sobrenadante. (s/f). Glosario Química analítica. Recuperado el 14 de septiembre de 2020 de https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica-analitica/sobrenadante