سانتريفيوژها

چنانچه ذرات در يك نمونه داراي جرم هاي متفاوتي باشند، مي توان براساس اختلاف جرم و تأثير نيروي ثقل آنها را از يكديگر جدا کرد. براي تسريع اين عمل از روشي به نام سانتريفوژ يا ميان گريزش استفاده مي شود. مبناي اصلي سانتريفوژ، اصل گريز از مركز است كه يكي از اصول فيزيك دوران محسوب مي شود. درحقيقت سانتريفوژ توسط نيروي گريز از مركز، ذرات سوسپانسيون را از مايع جدا مي كند. همچنين مي تواند باعث تفكيك دو مايع با تراكم متفاوت شود. اين مايعات مي توانند مايعات بدن باشند (مانند خون، سرم و ادرار). سانتريفوژ با ايجاد نيرويي چندين برابر نيروي جاذبه، باعث افزايش سرعت طبيعي جدايي ذرات با تراكم متفاوت مي شود.
در یک نگاه، سانتريفوژ يك چرخنده فلزي است با حفره هايي كه در آن نمونه هاي مورد نظر قرار داده مي شود و داراي موتوري است كه با سرعت انتخاب شده مي 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.

اين سيستم بر اساس نيروي گريز از مركز ساخته شده است . هر گاه جسمي با سرعت معيني حول يك مركز با محور دوران كند نيروئي در جسم متحرك و در جهت مماس بر مسير دوران و به سمت خارج از مركز ايجاد مي گردد،كه به نيروي فراگريز يا گريز از مركزموسوم است. مقدار آن از رابطه F=MRW2 كه در آن R شعاع دوران، M جرم جسم وW سرعت زاويه اي است بدست مي آيد. محور دوران ممكن است به سه حال قائم ، افقي يا مايل باشد.

 

1.Unalloyed

2.rpm

3.Blood cells

4.Plasma

5.Gas centrifuge

——————————————————————-

 

قطعه اي كه در اين روش تهيه مي گردد داراي تميزي و سطوح صاف بوده و همچنين درجه خلوص(1) جسم به علت جابجا شدن در اثر نیروی گريز از مركززیاد مي گردد همچنين در اين روش احتياج به ماهيچه گذاري نيست .جنس قالب ممكن است از ماسه يا ماسه ماهيچه گرافيت و يا فلز باشد كه قالب ها اكثرا فلزي و از جنس چدن يا فولاد هاي مخصوص مي باشند ريخته گري سانتریفوژ ممكن است به سه زیر صورت باشد :

سانتريفوژ كامل:

در اين حالت محور دوران با محور قطعه ريخته شده يكي است و ضخامت قطعه معين و مشخص در تمام قطعه يكسان است .

نيم سانتريفوژ :

 در اين حالت محور تقارن و محور دوران يكي است ولي سطوح و زوايا و حفره هايي كه در قطعه وجود دارد كه يكنواختي ضخامت قطعه را از بين مي برد و اين پستي و بلندي ها به كمك ماهيچه هاي مناسب در قالب تعبيه مي شود. قالب هاي نيم سانتريفيوژ اكثرا از ماسه ماهيچه و گرافيت ساخته مي شوند .

ريخته گري تحت فشار(2) سانتريفوژ:

 در اين حالت قالب يا قالب ها به طور شعاعي حول محور دوراني قرار دارند و موقعي كه مذاب از مركز وارد شود تحت فشار مستقيم گريز از مركز قرار می گیرد.براي تهيه و توليد لوله ها ، سيلندر هاي چدني و غيره استفاده مي شود و از انواع آلياژ هاي فولادي و مس و نيكل در اين سيستم استفاده مي گردد.

1.Rate of candor

2.Impacted

———————————————————————

انواع سانتریفوژ:

سانتريفوژها به روش های مختلف تقسيم بندي مي شوند:

·تقسيم بندي برحسب سرعت چرخش

-1 سانتريفوژهاي با دور بالا
-2 سانتريفوژهاي با دور پايين
-3 سانتريفوژهاي اولترا

سانتريفوژهاي با دور بالا

دور دوران(1) آن بينrpm24000-21000و حداكثر rpm 30000است.

سانتريفوژهاي دور بالا براي بيشتر فرآورده ها استفاده مي شود .

 همگي يخچال دار(2) مي باشند.

دو نوع سانتريفوژ با دور بالا وجود دارد: كم ظرفيت و پرظرفيت.
سانتريفوژ كم ظرفيت :با نمونه برداری گسسته(3) مي تواند ميكروارگانيزم ها، سلول ها، ويروس ها و ارگان هاي سلولي را جدا کند.

سانتريفوژ پرظرفيت:مدل پیوسته ای(4)است براي به دست آوردن مخمر و باكتري ازمحيط كشت(5)، پروتئين از نمونه ها و ويروس و باكتريوفاژ از نمونه هاي رقيق شده(6).

سانتريفوژهاي با دور پايين

دور دوران آن بين rpm 2000-6000 با حداكثر. rpm 8000

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

بيشتر برای سانتريفوژ كردن سلول هاي خوني يا ذرات حجيم استفاده شده و براي جداسازي ذرات ريز سرعت آن كافي نیست.

 سانتريفوژهاي اولترا

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

براي تفكيك مواد تشكيل دهنده سلولي كاربرد دارند.

 

1.Rotation

2.Refrigerant

3.Discrete

4.Attached

5.Medium

6.Attenuate

7.Non Refrigerated

 

——————————————————————————————————–

همگي داراي يخچال است. زيرا در دورهاي بالا اصطحكاك(1) هوا باعث گرم شدن دستگاه و درنتیجه تخريب پروتئين ها مي شود.

 اولتراها معمولا در مراكز تحقيقاتي استفاده مي 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.

سانتريفوژهاي شناور:

به این نامهانيز خوانده مي شوند،Swing out – Swing bucket Horizoatal head .

در اين نوع سانتريفوژها جايگاه قرار گرفتن نمونه ها طبق نيروي ثقل(وزن)، عمود بر زمين است. اما با شروع حركت سانتريفوژ، جايگاه نمونه ابتدا از حالت عمودي زاويه پيدا كرده و سپس كاملا شناور شده و طبق نيروي گريز از مركز به سمت خارج و به حالت افقي با سطح زمين در مي آيد، لذا به آن نوع شناور يا Swing گفته مي شود.

به طور خلاصه در اين نوع سانتريفوژ، در حالت توقف وضعيت عمودي و در حالت دوران نمونه ها وضعيت افقي با سطح زمين دارند.

 

1.Friction

————————————————————–

در اين نوع سانتريفوژ، ذرات معلق بر اثر نيروي گريز از مركز به بخش خارجي، يعني انتهاي لوله ها رانده مي شوند و رسوب(1) به صورت يك لايه تقريبا يكنواخت در ته لوله تشكيل مي شود. در پايان عمل، لوله هاي حاوي نمونه مجددا به حالت عمودي درآمده، رسوب در ته لوله و محلول شفاف(2) در بالاي آن قرار مي گيرد.

 سانتريفوژهاي زاويه ثابت:

با نام هاي Fixed angle / angle head خوانده مي شوند.

در آن لوله حاوي نمونه نسبت به محور دوران يك زاويه ثابت دارد.

اين زاويه از 25 تا 45 درجه مي تواند متغير باشد.

 در اين نوع سانتريفوژ نيز ذرات معلق براثر نيروي گريز از مركز به سمت خارج محور دوران رانده مي شوند اما برخلاف سانتريفوژهاي شناور رسوب در جدار و بخشي از كف لوله كه در قسمت خارجي محور دوران قرار دارد، رانده مي شود.

البته هر قدر اين زاويه نسبت به محور دوران كمتر باشد، رسوب بيشتر در جداره تشكيل مي شود و اگر زاويه بيشتر باشد، رسوب بيشتر در كف تشكيل مي شود.

شكل آئروديناميك (3)روتور، اجازه دوران در دور بالاتر و رسوب ذرات ريزتر را مي دهد. لذا ميزان رسوب دهي اين نوع سانتريفوژ از نوع شناور بالاتر است.

اگر در نوع شناور بخواهيم مانند زاويه ثابت، از دور بالاتر استفاده كنيم در اثر اصطكاك بيشتر با هوا، درجه حرارت افزايش خواهد يافت.

سانتريفوژهاي محوري(4) :

در اصل لوله حاوي نمونه در طول محور عمودي خود دوران مي كند (برخلاف سانتريفوژهاي معمولي كه در طول محور افقي دوران مي كنند).

1.Fouling

2.crystal

3. Airodinamic

4. .Axial

—————————————————————————————————

اين دستگاه ها به طور تجاري براي مقاصد باليني در دسترس هستند.

معمولا در تيوب هاي سپتوم دار(1) وكيوم شده، خون فرد نمونه گيري مي شود .

 سپس در جايگاه مخصوص خود به نام Axial separation module، به طور خودكار(2)در حول محور عمودي خود شروع به دوران مي كند.

 يك سوزن از طريق درب لاستيكي يا همان سپتوم مي تواند وارد لوله شده و از قسمت مركزي، نمونه شفاف را برداشت كند.

در اين روش ذرات معلق كه مي تواند سلول هاي خوني باشند، به قسمت محيطي لوله ها رانده مي شوند.

در اين دستگاه هاي تجاري براي آزمايشگاه هاي باليني(3) ، كل فرايند جداسازي(4) در طي 70 ثانيه كامل مي شود كه زمان مناسبي است.

 

————————————————–

منابع:

1.www.ngdir.ir

2.www.azizimachine.com

3.www.stsm.ir

4.www.azarenergy.com