Centrifugação
Centrifugação é um processo de separação de misturas feita por um aparelho centrifugador que faz a separação dos componentes via sedimentação dos líquidos imiscíveis de diferentes densidades. É usada em diferentes maneiras laboratoriais, industriais e domésticas.
Imagem: Fernando Moital · BY · Openverse
É notório perceber que a maioria das explicações para o funcionamento das centrífugas figure em função da por muitos conhecida força centrífuga. Contudo é mais surpreendente perceber que tal explicação fundamenta-se em uma grandeza física sem realidade física, contudo: a chamada força centrífuga é uma pseudo força ou força inercial, e por tal é fictícia, não existindo como força real, ou seja, como expressão da interação entre dois elementos físicos. A compreensão do princípio de funcionamento das centrífugas passa antes portanto pela compreensão do que se denomina força inercial centrífuga e pela compreensão da não existência real de tal "força centrífuga", e a fim de evitar repetições de conteúdo, o leitor é dirigido ao artigo específico sobre o assunto.
São equipamentos construídos de forma: colocando o recipiente contendo a amostra em movimento circular uniforme dotado de grande velocidade angular e raio apreciável. Objetiva submeter a amostra à situação em que uma grande força centrípeta é requerida à manutenção de sua trajetória. É considerada um meio de separação heterogênea.
A centrifugação é uma técnica fundamental usada em diversos ramos da Química, Biologia e Bioquímica para a separação de amostras. Em geral, estas são introduzidas em tubos de diferentes tamanhos, que são dispostos num motor de centrífuga. As centrífugas estão normalmente adaptadas para a utilização de diferentes tipos e tamanhos de rotores, conforme a velocidade e aplicação desejadas. Enquanto que microcentrífugas de bancada podem centrifugar tubos entre os 200 μL e os 2 mL de volume, centrífugas de grande porte podem usar tubos de volume muito variável, tipicamente até 1 L.
Separação de diferentes fases
Uma das aplicações mais frequentes da centrifugação é na separação de diferentes fases de uma amostra, em especial uma fase sólida de uma aquosa. Partículas insolúveis numa amostra sedimentam no fundo do tubo de centrífuga, restando o chamado sobrenadante (fase líquida) por cima do sedimento. O sobrenadante é então recapitulado ou decantado e o sedimento retirado do tubo. Esta técnica é usada, por exemplo, na separação de membranas celulares (insolúveis em água) e citoplasma (solvente celular aquoso) após ruptura de células. Também é usada para a separação dos elementos figurados do sangue e o plasma sanguíneo, em que as células (eritrócitos, leucócitos, plaquetas) são depositados no tubo, podendo o plasma ser separado e analisado.
Centrifugação diferencial
A centrifugação diferencial foi desenvolvida nos anos 60 do século XX por Christopher John Champerline e Juan Burdettee. Consiste em sujeitar uma amostra feita homogênea (homogenato) de um tecido ou órgão (por exemplo, fígado) a repetidas centrifugações, aumentando de cada vez a velocidade angular. Hoje em dia esta técnica é largamente substituída pela centrifugação isopícnica. Esta técnica permite a separação de diferentes organelos celulares de eucariontes, como mitocôndrios, núcleo celulares e microssomas (resíduos do retículo endoplasmático). Usando esta técnica, as partículas mais densas sedimentam primeiro; nas centrifugações subsequentes, as partículas de menor densidade sedimentam então.
Centrifugação isopícnica ou de equilíbrio
A centrifugação isopícnica, também chamada centrifugação de equilíbrio, é usada na separação de macromoléculas recorrendo a gradientes de concentração da solução base usada para a separação das partículas. Uma das aplicações deste tipo de centrifugação é na separação de moléculas de DNA usando cloreto de césio (CsCl). É uma técnica sensível, capaz de separar moléculas de DNA de igual dimensão mas diferindo apenas na sua proporção AT/GC (proporção entre as bases adenina e timina e as bases guanina e citosina). Neste tipo de centrifugação, a amostra de DNA a separar é misturada com CsCl e posta a centrifugar a cerca de 10 000 g durante um prolongado período de tempo (tipicamente entre dois e três dias). O cloreto de césio é usado numa concentração em que toma uma densidade muito próxima da do DNA. Após este tempo, um gradiente de cloreto de césio será formado e o DNA separa-se segundo as suas proporções AT/GC em diferentes bandas ao longo do tubo.
Ultracentrifugação
O termo ultracentrifugação aplica-se à centrifugação que necessita de um tipo específico de centrífuga (ultracentrífuga). As velocidades alcançadas pelos rotores nestas centrífugas são muito elevadas, obtendo-se acelerações até 500 000 g. Neste tipo de centrífuga, a câmara onde se situa o rotor é refrigerada e encontra-se sob vácuo, para evitar o sobreaquecimento por atrito com o ar e para permitir que altas velocidades sejam atingidas. A ultracentrifugação é usada para a sedimentação de macromoléculas; sob determinadas condições, acontece também uma distribuição não uniforme de moléculas de menores dimensões ao longo do tubo. A sedimentação depende da massa, forma e densidade das moléculas, bem como da densidade do solvente. O rotor e velocidade de rotação apropriados são usados dependendo da utilização.
As centrífugas humanas são usadas por agências de exploração espacial, como a NASA e a ESA, para o treino de astronautas. A NASA possui um equipamento que imprime uma aceleração de até 20 g aos indivíduos testados. Este treino serve para testar a reação e tolerância dos astronautas ao processo de descolagem dos vaivéns espaciais, em que elevadas forças são sentidas. Os astronautas são colocados nas extremidades do braço da centrífuga e sofrem uma acelerada rotação até atingir o desejado valor de g's. Um tipo especial de centrífuga, chamada de raio curto (short radius centrifuge) é usada pela NASA no estudo do efeito terapêutico da força centrípeta aplicada a indivíduos sujeitos a períodos mais ou menos prolongados de microgravidade. Os indivíduos testados são sujeitos a um período de descanso que mimetiza condições de microgravidade e sujeitos durante curtos períodos a centrifugação (até 2,5 g). Este estudo pretende estabelecer uma terapêutica de combate aos efeitos nocivos do estágio prolongado na ausência da gravidade terrestre (atrofia muscular e descalcificação óssea), por exemplo na preparação de missões tripuladas a Marte.
Separação isotópica
A centrifugação é usada em programas de desenvolvimento nuclear, para fins pacíficos ou bélicos, no enriquecimento de urânio. O urânio tem dois isótopos principais, 235U e 238U. O gás hexafluoreto de urânio pode ser centrifugado de modo a separar os dois isótopos: o 238U é mais pesado e tende a depositar-se nas paredes da centrífuga, enquanto que o 235U é extraído do centro da mesma.
Concentração de sólidos
Em diversos tipos de indústria, é feita a concentração e secagem de sólidos que se encontram suspensos em solventes ou pastas. O sólido seco é geralmente denominado "torta". As centrífugas para este fim são normalmente construídas de modo a ter uma alimentação contínua da pasta a separar. Um exemplo encontra-se no tratamento de águas residuais: as lamas resultantes do tratamento de águas residuais podem ser secas por centrifugação. Outras aplicações são a secagem de sal para comercialização e a purificação de reagentes químicos em larga escala.
A centrifugação é usada pelas máquinas de lavar roupa para retirar água em excesso da roupa. É por isso usada como um dos últimos passos num programa normal de lavagem. A água em excesso é escoada pelos orifícios do tambor da máquina, onde a roupa é retida. Este princípio é também explorado nos secadores de salada, em que os legumes são colocados num cesto dentro de uma caixa, sendo o cesto girado manualmente com recurso a uma manivela. A água é escoada para fora do cesto via pequenos orifícios, assim como feito nas máquinas de lavar.
