سانتریفوژ چیست و چه کاربردهایی دارد؟

سانتریفوژ دستگاهی است که با استفاده از نیروی گریز از مرکز اجزای مختلف مایع را بر اساس چگالی جدا می کند. این امر با چرخاندن مایع با سرعت زیاد درون یک ظرف بدست می آید و در نتیجه آن مایعات با چگالی مختلف (به عنوان مثال خامه از شیر) یا مایعات از مواد جامد جدا می شود.

چرخش باعث می شود مواد و ذرات متراکم تر در جهت شعاعی به سمت بیرون حرکت کنند. در همان زمان ، اجسامی که تراکم کمتری دارند جابجا شده و به سمت مرکز حرکت می کنند. در سانتریفیوژ آزمایشگاهی که از لوله های نمونه استفاده می کند ، شتاب شعاعی باعث می شود ذرات متراکم تر به پایین لوله بروند.

سانتریفوژ می تواند یک فیلتر بسیار موثر باشد که آلودگی ها را از بدنه اصلی مایع جدا می کند. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

فاکتورهای موثر بر سانتریفوژ

• تراکم نمونه و محلول
• دما / گرانروی
• فاصله جابجایی ذرات
• سرعت دوران

روش های سانتریفوژ

روش های سانتریفوژ دو نوع است: یکی مقدماتی است و هدف آن جداسازی ذرات خاص است ، دیگری تحلیلی است که شامل اندازه گیری خصوصیات فیزیکی ذرات رسوبی است.

همانطور که یک روتور در سانتریفیوژ می چرخد ​​، یک نیروی گریز از مرکز به هر ذره در نمونه وارد می شود. سپس ذره با سرعتی متناسب با نیروی گریز از مرکز وارد شده به آن رسوب می کند. ویسکوزیته محلول نمونه و خصوصیات فیزیکی ذرات نیز بر میزان رسوب هر ذره تأثیر می گذارد.

تحت نیروی گریز از مرکز و گرانروی مایع ، میزان رسوب یک ذره متناسب با اندازه آن (وزن مولکولی) و تفاوت بین چگالی ذره و چگالی محلول است.

کاربردهای سانتریفوژ

با استفاده از سانتریفوژ می توان مخلوطی از دو مایعات متفاوت را با هم جدا کرد. این روش همچنین می تواند به منظور بررسی و تجزیه و تحلیل ماکرومولکول ها و خواص هیدرودینامیکی آنها استفاده شود.

سلول های پستانداران را می توان با کمک نوع خاصی از سانتریفیوژ خالص کرد. سانتریفیوژ نقشی حیاتی در تقسیم بسیاری از اندامک های زیر سلولی دارد. علاوه بر این ، سانتریفیوژ در تقسیم کسرهای غشایی و غشاها نیز مفید است. سانتریفیوژ همچنین در جداسازی وزیکول های غشایی کاربرد دارد.

گچ را می توان با کمک سانتریفیوژ از آب جدا کرد. شیر بدون چربی نوعی شیر است که مقدار کمتری چربی محلول دارد. شیر بدون چربی را می توان با کمک فرآیند سانتریفیوژ از شیر معمولی تهیه کرد.

جداسازی سیکلونیک فرآیندی مهم است که کاربردهای حیاتی در جداسازی ذرات از جریان هوا دارد. یکی دیگر از کاربردهای مهم این روش در تثبیت و شفاف سازی شراب است. این روش ، در ترکیب با سایر تکنیک های تصفیه برای جدا کردن پروتئین ها بسیار مفید است.

سانتریفیوژها به طور گسترده ای در زمینه شیمی پزشکی قانونی مورد استفاده قرار می گیرند. در این زمینه ، از این روش برای جداسازی اجزای خون از نمونه های خون سانتیرفیوژ شده  استفاده می شود. علاوه بر این ، این روش در آزمایشگاه ها برای جداسازی اجزای ادرار از نمونه ادرار نیز استفاده می شود.

راهنمای کار با سانتریفیوژ آزمایشگاهی

سطح کار باید مسطح و محکم باشد هرگز از دستگاه  سانتریفیوژ در یک سطح ناصاف یا مورب استفاده نکنید. تعادل لوله ها در روتور را حتما مورد نظر قرار دهید. مثلا  اگر می خواهید لوله ای با ۱۰ میلی لیتر مایع را سانتریفوژ کنید باید یک لوله دیگر با ۱۰ میلی لیتر آب روبروی آن قرار دهید. شما باید لوله ها را از نظر جرم و نه حجم متعادل کنید.

هرگز در حال حرکت روتور درپوش دستگاه را باز نکنید زیرا بسیاری از سانتریفیوژها ایمنی خودکار ندارند. برخی از این دستگاه ها اگر درب آنها باز شود جریان روتور را متوقف می کنند.

در صورت لرزش دستگاه را خاموش کنید یا دو شاخه را بکشید. کمی لرزش طبیعی است ، اما مقادیر زیاد می تواند به معنای خطر باشد. در این صورت بررسی کنید که لوله ها را به درستی متعادل کرده اید یا خیر اگر پاسخ مثبت است و هنوز هم تکان خوردن اتفاق می افتد ، با سازنده یا فروشنده تماس بگیرید و در این وضعیت با دستگاه کار نکنید.

اگر مجبور به کار در هر مکانی نزدیک سانتریفیوژ هستید از محافظ صورت و  یا عینک ایمنی استفاده کنید. در حالی که روتور در حال چرخش است با سانتریفیوژ کار نکنید.

اساس کار سانتریفوژ

اگر جسمی با سرعت معینی حول یک مرکز دوران کند نیرویی در جسم متحرک و در جهت عمود بر مسیر دوران و به سمت خارج از مرکز ایجاد می شود که به آن نیروی گریز از مرکز می گویند.  مقدار این نیرو از رابطه   F=MRW2 بدست می ‌آید که در آن R شعاع دوران،  M جرم جسم و V سرعت خطی و (w) سرعت زاویه ‌ای است. محور دوران می تواند به سه حالت قائم، افقی یا مایل باشد.

انواع سانتریفیوژ

اساس کار انواع مختلف سانتریفیوژ یکی است و تفاوت اصلی آنها در سرعت چرخش و نوع طراحی روتور است . مثلا روتورهای زاویه ثابت  نمونه را در یک زاویه ثابتی نگه می‌ دارند. روتورهای آونگی با  دارا بودن لولا باعث نوسان نمونه مورد آزمایش می شوند.

سانتریفیوژ صنعتی چیست؟      

سانتریفیوژهای صنعتی کاربردهای گسترده ای دارند و در جداسازی اجزای کلوئیدها ، خشک کردن مواد و تصفیه آب کاربرد دارند. این سانتریفوژها با استفاده از رسوب و ته نشینی مواد را جداسازی استفاده می‌کنند. قیمت سانتریفیوژ صنعتی برحسب نوع آن بسیار متفاوت است.

سانتریفوژ آزمایشگاهی

سانتریفوژ آزمایشگاهی از یک روتور به همراه حفره ‌های زاویه ‌دار برای قرار دادن لوله‌ های آزمایش تشکیل شده است. لوله ‌های آزمایش در یک زوایه ثابت قرار می گیرند و نیروی گریز از مرکز در یک صفحه افقی بر آنها اثر می کند تا ذرات سنگین‌ تر به سمت پایین لوله حرکت کنند.

میکرو سانتریفوژ

این دستگاه ها در مطالعه حجم های کوچکی از مواد بیولوژیکی و سلول ها مورد استفاده قرار می گیرند و برای بررسی حجم های ۰/۵-۲ میلی ‌لیتر استفاده می شوند.

سانتریفوژ سرعت بالا

این سانتریفوژها برای بررسی حجم‌ های بیشتری از نمونه از ۱۰ میلی ‌لیتر تا چندین لیتر استفاده می ‌شوند. یکی از ویژگی های این دستگاه ها این است که روتورهای آنها با مبدل‌ های مختلفی همراه هستند تا امکان استفاده از لوله های آزمایش مختلف فراهم شود.

اولترا سانتریفیوژ

در این دستگاه ها برای بررسی خواص ذرات بیولوژیکی از بکارگیری نیروهای گریز از مرکز استفاده می شود. سرعت این دستگاه ها بسیار بالا است و می ‌توانند اجزای کوچکی همچون ریبوزوم‌ ها، پروتئین ‌ها و ویروس‌ ها را جداسازی می کنند. این دستگاه ها برای جداسازی ایزوتوپ ها و غنی سازی اورانیوم استفاده می شوند.

سانتریفوژ افتراقی

در سانتریفیوژ افتراقی  به صورت مداوم و در طول زمان مشخص، نیروی گریز از مرکز افزایش می یابد و برای جداسازی اندامک ‌ها و غشاهای سلولی استفاده می ‌شود.

سانتریفوژ گرادیان چگالی

از این دستگاه ها به عنوان یکی از بهترین روش ‌ها برای جداسازی ذرات هستند و می توان از آنها به عنوان روش جداسازی یا معیاری برای سنجش چگالی ذرات یا مولکول‌ ها در مخلوط استفاده کرد. در این روش ذرات موجود در محلول بر اساس چگالی در طول لوله قرار خواهند گرفت.

اجزای سانتریفیوژ

مهمترین اجزای سانتریفیوژ شامل موتور الکتریکی ، روتور ، زمان سنج، شافت دستگاه،  سر روتور، کلید روشن و خاموش کردن، کنترل‌ کننده سرعت و تاچومتر است که میزان دور را مشخص می‌کند.

روش نگهداری سانتریفیوژ

هر ۳ ماه یکبار دستگاه را سرویس کنید و با استفاده از یک کرنومتر دستی هر ۳ ماه یکبار زمان سنج دستگاه را کالیبره کنید. علاوه بر این با استفاده از یک تاکومتر سرعت دوران دستگاه را هر ۳ ماه یکبار کالیبره کنید تا از عملکرد صحیح آن مطمئن شوید.