سانتریفیوژها

چنانچه ذرات در یک نمونه دارای جرم های متفاوتی باشند، می توان براساس اختلاف جرم و تأثیر نیروی ثقل آنها را از یکدیگر جدا کرد. برای تسریع این عمل از روشی به نام سانتریفوژ یا میان گریزش استفاده می شود. مبنای اصلی سانتریفوژ، اصل گریز از مرکز است که یکی از اصول فیزیک دوران محسوب می شود. درحقیقت سانتریفوژ توسط نیروی گریز از مرکز، ذرات سوسپانسیون را از مایع جدا می کند. همچنین می تواند باعث تفکیک دو مایع با تراکم متفاوت شود. این مایعات می توانند مایعات بدن باشند (مانند خون، سرم و ادرار). سانتریفوژ با ایجاد نیرویی چندین برابر نیروی جاذبه، باعث افزایش سرعت طبیعی جدایی ذرات با تراکم متفاوت می شود.
در یک نگاه، سانتریفوژ یک چرخنده فلزی است با حفره هایی که در آن نمونه های مورد نظر قرار داده می شود و دارای موتوری است که با سرعت انتخاب شده می چرخد.

مقدمه:(سانتریفوژ چیست؟)

سانتریفوژ(1) یا دستگاه مرکزگریز دستگاهی است که در آن با استفاده از نیروی گریز از مرکز(2) مواد را از یکدیگر جدا می‌کنند. در این دستگاه محفظه‌ای که مواد جداشدنی در آن قراردارد معمولاً به کمک یک موتور به سرعت حول یک محور(3) می‌چرخد.

سانتریفوژ دستگاهی است که از آن برای چرخاندن مواد با سرعت بالا استفاده می‌شود. دانشمندان معمولاً دستگاه سانتریفوژ را برای جدا کردن ذرات جامد از یک مایع یا تقسیم مخلوط مایعات به اجزای مختلف آن به کار می‌گیرند.

1.Centrifuge

2.Eccentricity force

(محور چرخش)3.Axis of rotation

——————————————————————

 مخلوط را درون لوله‌ای قرار می‌دهند که طوری قرار داده شده‌است که با چرخش دستگاه، به سمت خارج از مرکز حرکت می‌کند و به حالت افقی قرار می‌گیرند. در این حالت، نیروی گریز از مرکز می‌خواهد که مخلوط را برخلاف مرکز سانتریفوژ براندو از این نقطه دور کند.در این حال ذرات یا مایع سنگین تر بیش تر به سمت بیرون (یا ته مخلوط) رانده می‌شود. وقتی سانتریفوژ از حرکت باز می‌ایستد، مواد به حالت غیر مخلوط(1)باقی می‌مانند. خون و سایر نمونه‌های بیولوژیکی را معمولاً به وسیله دستگاه سانتریفوژ جدا می‌کنند. سریع ترین سانتریفوژ با نام «فرامرکز گریز» با سرعت ۲۰۰۰۰۰ دور دردقیقه(2) می‌چرخد. از دستگاه‌های گریز از مرکز بزرگ برای انجام آزمایش بر روی خلبانان نظامی و فضانوردان استفاده می‌شود تا میزان مقاومت آنان در شتاب‌های بالااستفاده شود.

انواع دستگاه‌های مرکز گریز برای مصارف گوناگون ساخته شده‌است. نمونه‌های خانگی این دستگاه برای جداکردن آب از سبزی‌ها مثل کاهو و غیره بکار می‌رود. در نمونه‌های آزمایشگاهی برای جداکردن گلبول‌های خون (3) از پلاسما(4)استفاده می‌شود. دستگاه‌های صنعتی با موتورهای قوی و در ابعاد بزرگ برای جدا کردن مواد بکار می‌رود. در کار غنی‌سازی اورانیوم نیز از دستگاه‌های مرکزگریز گازی (5) استفاده می‌شود.

این سیستم بر اساس نیروی گریز از مرکز ساخته شده است . هر گاه جسمی با سرعت معینی حول یک مرکز با محور دوران کند نیروئی در جسم متحرک و در جهت مماس بر مسیر دوران و به سمت خارج از مرکز ایجاد می گردد،که به نیروی فراگریز یا گریز از مرکزموسوم است. مقدار آن از رابطه F=MRW2 که در آن R شعاع دوران، M جرم جسم وW سرعت زاویه ای است بدست می آید. محور دوران ممکن است به سه حال قائم ، افقی یا مایل باشد.

 

1.Unalloyed

2.rpm

3.Blood cells

4.Plasma

5.Gas centrifuge

——————————————————————-

 

قطعه ای که در این روش تهیه می گردد دارای تمیزی و سطوح صاف بوده و همچنین درجه خلوص(1) جسم به علت جابجا شدن در اثر نیروی گریز از مرکززیاد می گردد همچنین در این روش احتیاج به ماهیچه گذاری نیست .جنس قالب ممکن است از ماسه یا ماسه ماهیچه گرافیت و یا فلز باشد که قالب ها اکثرا فلزی و از جنس چدن یا فولاد های مخصوص می باشند ریخته گری سانتریفوژ ممکن است به سه زیر صورت باشد :

سانتریفوژ کامل:

در این حالت محور دوران با محور قطعه ریخته شده یکی است و ضخامت قطعه معین و مشخص در تمام قطعه یکسان است .

نیم سانتریفوژ :

 در این حالت محور تقارن و محور دوران یکی است ولی سطوح و زوایا و حفره هایی که در قطعه وجود دارد که یکنواختی ضخامت قطعه را از بین می برد و این پستی و بلندی ها به کمک ماهیچه های مناسب در قالب تعبیه می شود. قالب های نیم سانتریفیوژ اکثرا از ماسه ماهیچه و گرافیت ساخته می شوند .

ریخته گری تحت فشار(2) سانتریفوژ:

 در این حالت قالب یا قالب ها به طور شعاعی حول محور دورانی قرار دارند و موقعی که مذاب از مرکز وارد شود تحت فشار مستقیم گریز از مرکز قرار می گیرد.برای تهیه و تولید لوله ها ، سیلندر های چدنی و غیره استفاده می شود و از انواع آلیاژ های فولادی و مس و نیکل در این سیستم استفاده می گردد.

1.Rate of candor

2.Impacted

———————————————————————

انواع سانتریفوژ:

سانتریفوژها به روش های مختلف تقسیم بندی می شوند:

·تقسیم بندی برحسب سرعت چرخش

-1 سانتریفوژهای با دور بالا
-2 سانتریفوژهای با دور پایین
-3 سانتریفوژهای اولترا

سانتریفوژهای با دور بالا

دور دوران(1) آن بینrpm24000-21000و حداکثر rpm 30000است.

سانتریفوژهای دور بالا برای بیشتر فرآورده ها استفاده می شود .

 همگی یخچال دار(2) می باشند.

دو نوع سانتریفوژ با دور بالا وجود دارد: کم ظرفیت و پرظرفیت.
سانتریفوژ کم ظرفیت :با نمونه برداری گسسته(3) می تواند میکروارگانیزم ها، سلول ها، ویروس ها و ارگان های سلولی را جدا کند.

سانتریفوژ پرظرفیت:مدل پیوسته ای(4)است برای به دست آوردن مخمر و باکتری ازمحیط کشت(5)، پروتئین از نمونه ها و ویروس و باکتریوفاژ از نمونه های رقیق شده(6).

سانتریفوژهای با دور پایین

دور دوران آن بین rpm 2000-6000 با حداکثر. rpm 8000

در هر دو فرم یخچال دار و بدون یخچال (7)موجود هستند.

بیشتر برای سانتریفوژ کردن سلول های خونی یا ذرات حجیم استفاده شده و برای جداسازی ذرات ریز سرعت آن کافی نیست.

 سانتریفوژهای اولترا

در اولترا rpm 100000-75000 با حداکثر rpm 120000 است.

برای تفکیک مواد تشکیل دهنده سلولی کاربرد دارند.

 

1.Rotation

2.Refrigerant

3.Discrete

4.Attached

5.Medium

6.Attenuate

7.Non Refrigerated

 

——————————————————————————————————–

همگی دارای یخچال است. زیرا در دورهای بالا اصطحکاک(1) هوا باعث گرم شدن دستگاه و درنتیجه تخریب پروتئین ها می شود.

 اولتراها معمولا در مراکز تحقیقاتی استفاده می شوند.

خلاصه مطالب بالا در جدول زیر آمده است.(جدول1)

 

در تقسیم بندی دیگر سانتریفوژ ها را به سه نوع شناور ،زاویه ثابت ومحوری تقسیم می کنند.

سانتریفوژهای شناور:

به این نامهانیز خوانده می شوند،Swing out – Swing bucket Horizoatal head .

در این نوع سانتریفوژها جایگاه قرار گرفتن نمونه ها طبق نیروی ثقل(وزن)، عمود بر زمین است. اما با شروع حرکت سانتریفوژ، جایگاه نمونه ابتدا از حالت عمودی زاویه پیدا کرده و سپس کاملا شناور شده و طبق نیروی گریز از مرکز به سمت خارج و به حالت افقی با سطح زمین در می آید، لذا به آن نوع شناور یا Swing گفته می شود.

به طور خلاصه در این نوع سانتریفوژ، در حالت توقف وضعیت عمودی و در حالت دوران نمونه ها وضعیت افقی با سطح زمین دارند.

 

1.Friction

————————————————————–

در این نوع سانتریفوژ، ذرات معلق بر اثر نیروی گریز از مرکز به بخش خارجی، یعنی انتهای لوله ها رانده می شوند و رسوب(1) به صورت یک لایه تقریبا یکنواخت در ته لوله تشکیل می شود. در پایان عمل، لوله های حاوی نمونه مجددا به حالت عمودی درآمده، رسوب در ته لوله و محلول شفاف(2) در بالای آن قرار می گیرد.

 سانتریفوژهای زاویه ثابت:

با نام های Fixed angle / angle head خوانده می شوند.

در آن لوله حاوی نمونه نسبت به محور دوران یک زاویه ثابت دارد.

این زاویه از 25 تا 45 درجه می تواند متغیر باشد.

 در این نوع سانتریفوژ نیز ذرات معلق براثر نیروی گریز از مرکز به سمت خارج محور دوران رانده می شوند اما برخلاف سانتریفوژهای شناور رسوب در جدار و بخشی از کف لوله که در قسمت خارجی محور دوران قرار دارد، رانده می شود.

البته هر قدر این زاویه نسبت به محور دوران کمتر باشد، رسوب بیشتر در جداره تشکیل می شود و اگر زاویه بیشتر باشد، رسوب بیشتر در کف تشکیل می شود.

شکل آئرودینامیک (3)روتور، اجازه دوران در دور بالاتر و رسوب ذرات ریزتر را می دهد. لذا میزان رسوب دهی این نوع سانتریفوژ از نوع شناور بالاتر است.

اگر در نوع شناور بخواهیم مانند زاویه ثابت، از دور بالاتر استفاده کنیم در اثر اصطکاک بیشتر با هوا، درجه حرارت افزایش خواهد یافت.

سانتریفوژهای محوری(4) :

در اصل لوله حاوی نمونه در طول محور عمودی خود دوران می کند (برخلاف سانتریفوژهای معمولی که در طول محور افقی دوران می کنند).

1.Fouling

2.crystal

3. Airodinamic

4. .Axial

—————————————————————————————————

این دستگاه ها به طور تجاری برای مقاصد بالینی در دسترس هستند.

معمولا در تیوب های سپتوم دار(1) وکیوم شده، خون فرد نمونه گیری می شود .

 سپس در جایگاه مخصوص خود به نام Axial separation module، به طور خودکار(2)در حول محور عمودی خود شروع به دوران می کند.

 یک سوزن از طریق درب لاستیکی یا همان سپتوم می تواند وارد لوله شده و از قسمت مرکزی، نمونه شفاف را برداشت کند.

در این روش ذرات معلق که می تواند سلول های خونی باشند، به قسمت محیطی لوله ها رانده می شوند.

در این دستگاه های تجاری برای آزمایشگاه های بالینی(3) ، کل فرایند جداسازی(4) در طی 70 ثانیه کامل می شود که زمان مناسبی است.

 

————————————————–

منابع:

1.www.ngdir.ir

2.www.azizimachine.com

3.www.stsm.ir

4.www.azarenergy.com