سانتریفیوژ چیست؟

تاریخچه سانتریفیوژ:

در سال 1659، ریاضیدان و دانشمند هلندی، کریستیان هویگنس، اصطلاح “نیروی گریز از مرکز” را در کار خود “De vi centrifuga” ایجاد کرد.او همچنین تیتان، قمر زحل را کشف کرد و اولین تز را در مورد نظریه احتمال نوشت.

یک فرد آلمانی ایده یک سانتریفیوژ لبنیات را برای سرعت بخشیدن به روند جداسازی خامه از شیر، که همچنین اولین گام برای محصولات شیری مدرن با مقدار مشخصی از چربی بود، داشت.

تکامل سانتریفیوژها تسریع شد و در 30 سال بعد، فردریش میشر، پزشک و زیست شناس سوئیسی، از نیروی گریز از مرکز برای به دست آوردن چیزی که “نوکلئین” (در حال حاضر به نام DNA شناخته می شود) از سلول ها استفاده کرد و بنابراین اولین محققی بود که اسیدهای نوکلئیک را جدا کرد.

سانتریفیوژ چیست؟

به هر وسیله‌ای که نیروی گریز از مرکز پایدار – یعنی نیروی ناشی از چرخش – اعمال می‌کند می گویند. به طور مؤثر، سانتریفیوژ نیروی گرانشی را،جایگزین نیروی قوی تر مشابهی میکند.

هر سانتریفیوژ حاوی یک ظرف چرخان است. بسته به استفاده، تنظیمات زیادی وجود دارد. برای مثال، یک درام چرخان سوراخ‌دار در لباس‌شویی که آب اضافی را از لباس‌ها خارج می‌کند، نوعی سانتریفیوژ است. نوع مشابهی در صنعت برای جداسازی سیالات از مواد جامد پس از خرد کردن استفاده می شود.

همانگونه که آیزاک نیوتن در اولین قانون حرکت خود بیان کرد، یک جسم آزادانه در حال حرکت (مانند یک توپ) تمایل دارد در یک خط مستقیم حرکت کند، و اگر در امتداد یک مسیر منحنی توسط نیروی بازدارنده هدایت شود (مانند یک ریسمان دستی که به آن بسته شده است)، در تلاش مستمر خود برای پرواز بر روی یک مسیر مماسی مستقیم، نیرویی را علیه نیروی هدایت کننده یا مهار کننده اعمال می کند.

این یک مشاهده آشنا است که جسمی که در یک دایره می چرخد، نیرویی را به دور از مرکز چرخش وارد می کند. این نیرو که کشش بیرونی توپ روی رشته آن است، نیروی گریز از مرکز است

دستگاه سانتریفیوژ چیست؟

سانتریفیوژ ماشینی است که از نیروی گریز از مرکز برای جداسازی محتویات نمونه بر اساس چگالی آنها استفاده می کند.

سانتریفیوژ فرآیند تمرکز نیروهای طبیعی است که بر روی تمام ذرات با چگالی های مختلف عمل می کنند تا روند طبیعی جداسازی را تسریع کنند.

این چیزی است که ذرات را با چگالی در لوله آزمایش جدا می کند. سانتریفیوژ می تواند با روش های فیلتراسیون یا ته نشینی انجام شود.

فیلتراسیون از یک صفحه مشبک برای نگه داشتن اجزای جامد استفاده می کند و اجازه می دهد اجزای مایع از آن عبور کنند.

فیلتر کردن برای سانتریفیوژ کردن نمونه های خون کار نمی کند زیرا اجزای خون بسیار کوچک هستند.

در هر دو روش، ذرات در مایع معلق می شوند و در دستگاه سانتریفیوژ جدا می شوند. این جدایی به دلیل نیروی گریز از مرکز اتفاق می افتد، که اجسام را به سمت بیرون می راند – به سمت نوک لوله، در مورد لوله های خون – همانطور که آنها در یک دایره به دور خود می چرخند.

انواع مختلفی از سانتریفیوژها وجود دارد که بر اساس کاربرد مورد نظر و طراحی روتور متفاوت است. انواع سانتریفیوژ عبارتند از:

سانتریفیوژ رومیزی
میکرو سانتریفیوژ
روی زمین ایستاده
ظرفیت بزرگ
آمار
در یخچال
سرعت بالا
اولتراسانتریفیوژ

کاربرد سانتریفیوژ:

وسیع ترین کاربرد سانتریفیوژها برای تغلیظ و خالص سازی مواد به صورت سوسپانسیون یا محلول در مایعات است. ذرات معلق متراکم تر از مایع معلق تمایل به مهاجرت به سمت محیط دارند، در حالی که آنهایی که چگالی کمتری دارند به سمت مرکز حرکت می کنند.

سرعت حرکت به شدت میدان گریز از مرکز، تفاوت بین چگالی ذره و مایع معلق، ویسکوزیته مایع، اندازه و شکل ذره و تا حدی بستگی دارد. غلظت ذرات و میزان بار الکتریکی آنها.

نیروی محرک خالص اعمال شده بر ذره، تفاوت بین میدان گریز از مرکز وارد بر آن و شناوری مخالف مایع است.

همه چیزهای دیگر برای دو ذره برابر هستند، یکی با قطر 10 برابر ذره، تنها به 1/100 میدان گریز از مرکز برای جابجایی یک فاصله معین در زمان معین به اندازه کوچکتر نیاز دارد.

اصول سانتریفیوژ

در هسته آن، سانتریفیوژ جداسازی از طریق رسوب است. ذرات متراکم تر به پایین ظرف فرو می روند، در حالی که ذرات سبک تر معلق می مانند. سانتریفیوژ ذراتی را جابجا می کند که چگالی آنها حتی کمی متفاوت است و تحت تأثیر این چهار عامل است:

چگالی نمونه ها و محلول
دما و ویسکوزیته
فاصله ای که ذرات جابجا می شوند
سرعت چرخش

از استفاده های سانتریفیوژ می توان به موارد زیر اشاره کرد:
از آنجایی که ماشین‌های سانتریفیوژ در جداسازی ذرات بر اساس چگالی عالی هستند، اغلب در محیط‌های آزمایشگاهی یافت می‌شوند که در آن لازم است اجزای بیولوژیکی خاصی برای آزمایش جدا شوند.

به عنوان مثال، در نمونه خون، گلبول های قرمز و پلاسما با هم مخلوط شده اند. پس از سانتریفیوژ، گلبول های قرمز در پایین لوله و پلاسما در بالای لوله قرار می گیرند.

سانتریفیوژ برای تحقیقات بر روی اجزای خاص، مانند جداسازی پلاسمای خون برای آزمایش، جداسازی DNA، و حتی جداسازی رسوب ادرار ضروری است.

سانتریفیوژ ماشینی است که از نیروی گریز از مرکز برای جداسازی محتویات نمونه بر اساس چگالی آنها استفاده می کند.

سانتریفیوژ فرآیند تمرکز نیروهای طبیعی است که بر روی تمام ذرات با چگالی های مختلف عمل می کنند تا روند طبیعی جداسازی را تسریع کنند. این چیزی است که ذرات را با چگالی در لوله آزمایش جدا می کند.

سانتریفیوژ می تواند با روش های فیلتراسیون یا ته نشینی انجام شود. فیلتراسیون از یک صفحه مشبک برای نگه داشتن اجزای جامد استفاده می کند و اجازه می دهد اجزای مایع از آن عبور کنند. فیلتر کردن برای سانتریفیوژ کردن نمونه های خون کار نمی کند زیرا اجزای خون بسیار کوچک هستند.

ساختار دستگاه سانتریفیوژ:

عنصر چرخان یک سانتریفیوژ معمولاً حول یک محور ثابت توسط یک موتور الکتریکی یا توسط یک توربین هوا در برخی از ماشین‌های پرسرعت به حرکت در می‌آید و به روتور، کاسه یا درام معروف است.

برای به حداقل رساندن ارتعاش و فشار روی شفت و یاتاقان ها، ضروری است که روتور بارگذاری شده به خوبی متعادل باشد – یعنی جرم کل آن به گونه ای حول محور چرخش توزیع شود که حاصل تمام نیروهای عنصری صفر شود.

اگر یاتاقان‌ها برای سرعت‌های بالا مناسب باشند و اگر توان کافی برای غلبه بر مقاومت اصطکاکی یاتاقان‌ها در دسترس باشد، تنها محدودیت سرعت روتور متعادل، استحکام در برابر پارگی ماده‌ای است که از آن ساخته شده است.

برای مثال، روتوری با قطر 15 سانتی‌متر (6 اینچ) که در مطالعات بیولوژیکی خاص استفاده می‌شود و به‌ویژه برای سرعت‌های بالا طراحی شده است، دارای سرعت محدودی برای عملیات معمولی حدود 60000 دور در دقیقه است.

در روتوری با طراحی معین، حداکثر سرعت زاویه ای قابل حصول قبل از گسیختگی با تقریبی نزدیک به طور معکوس با قطر روتور متناسب است. بنابراین، روتور کوچکی که فقط نصف قطر یک روتور بزرگتر دارد، می‌تواند به طور ایمن با سرعت دو برابر زاویه‌ای و با تولید دو برابر نیروی گریز از مرکز در حاشیه بچرخد.

اجزای سانتریفیوژ: