دستگاه سانتریفیوژ آزمایشگاهی

دستگاه سانتریفیوژ آزمایشگاهی که به زبان فرانسوی Centrifuges خوانده میشود، برای جدا کردن مواد از نمونه مورد استفاده قرار می گیرد. در این دستگاه برای جدا کردن مواد از یکدیگر از نیرویی به نام نیروی فرار یا گریز استفاده میکنند که این نیرو اجزای مختلف مایع را براساس دانسیته خود جدا میکند.

به عبارت دیگر موادی که در داخل محفظه در درون دستگاه سانتریفیوژ قرار دارد به کمک یک موتور با سرعت بسیار بالا،حول یک محور میچرخد و با چرخیدن ، مخلوط ذرات جامد و مایع پراکنده شده داخل لوله را در جهت شعاعی به بیرون از مرکز هدایت میکند و نیروی فرار، مخلوطی را که تراکم کمتری دارند به مرکز سانتریفیوژ حرکت میدهد تا ذرات سنگین تر و متراکم تر در اثر شتاب شعاعی به سمت پایین لوله بروند.

دستگاه سانتریفیوژ برای اینکه آلودگی هارا از بدنه اصلی مایع جدا کند ، میتواند به صورت یک فیلتر عمل کند.

ازدستگاهی که سرعتی برابر 20000دور در دقیقه دارد برای سنجیدن میزان مقاومت فضانوردان ،خلبانان نظامی و فضانودران در مقابل شتاب استفاده میکنند که به این دستگاه «فرا مرکز گریز» میگویند.

در این مقاله میخاهیم به انواع دستگاه سانتریفیوژ و کاربرد آنها بپردازیم.

اساس کار دستگاه سانتریفیوژ

وقتی یک جسم با سرعت معین و مشخص در اطراف یک مرکز با محور بچرخد ، نیرویی در جسم در حال حرکت که در جهت عمود بر مسیر، دوران میکند و این نیرو به سمت بیرون از مرکز ایجاد میشود که از رابطه زیر به دست می آید:

F=MRW²

• شعاع دوران (R)
• جرم جسم (M)
• سرعت خطی (V)
• سرعت زاویه ایی (W)

محور، به سه صورت ( افقی- قائم- مایل) دوران میکند.

انواع دستگاه سانتریفیوژ

به طور کلی سانتریفیوژها به دو نوع آزمایشگاهی و صنعتی تقسیم میشوند که در اینجا به آنها اشاره میکنیم.

دستگاه سانتریفیوژ

دستگاه سانتریفیوژ آزمایشگاهی :

در این سانتریفیوژ ها یک روتور و حفره های زاویه دار وجود دارد. لوله های آزمایش که در حفره های زاویه دار قرار میگیرند برای اینکه نیروی فرار از مرکز در یک صفحه افقی بر این لوله ها تأثیر بگذارد ، در یک زاویه ثابت قرار میگیرند تا ذرات سنگین تر در سانتریفیوژ های آزمایشگاهی به انتهای لوله هدایت شوند.

سانتریفیوژ گرادیان چگالی :

یکی از بهترین روش ها برای جداسازی ذرات ، سانتریفیوژهای گرادیان چگالی هستند همچنین از این دستگاه ها میتوان معیاری برای سنجش چگالی یا دانسیته ذرات و یا مولکول ها استفاده کرد.( در این روش ذراتی که در محلول هستند بر اساس دانسیته خود در طول لوله قرار میگیرند).دستگاه سانتریفیوژ آزمایشگاهی گرادیان چگالی دو نوع دارد که علارتند از:جداسازی نرخ منطقه ای و جداسازی ایزوپیکنیک.

سانتریفیوژ یخچال دار:

برای انجام جداسازی با نیروی فرار از مرکز و به علت تفاوت حساس بودن چگالی اجزای ترکیب یک نمونه مایع و ذرات رسوب به تغییر دما ، از سانتریفیوژ های یخچال دار استفاده میشود(ذرات با چگالی بیشتر ته نشین ، و با چگالی کمتردر قسمت بالا معلق باقی میمانند.) این دستگاه برای نمونه هایی که باید در دمای ثابت جدا شوند و به تغییرات دما حساس هستند ، مجهز به سیستم خنک کننده هستند. این نوع دستگاه در دو نوع وجود دارد:

سانتریفیوژبا دور بالا :

این دستگاه ها چون مبدل های مختلفی را در روتور ها دارند ، میتوان از لوله های آزمایش مختلفی استفاده کرد و همچنین از این سانتریفیوژ ها برای بررسی کردن نمونه هایی با حجم های بیشتر( از10 میلی لیتر تا چند لیتر) استفاده میشود.

میکرو سانتریفیوژ یا میکروفیوژ:

همانطور که از نام این دستگاه پیداست ، برای بررسی کردن حجم های کوچک و کم (0.5 تا 2 میلی لیتر) مواد بیولوژی و سلول ها از دستگاه های میکروسانتریفیوژ استفاده میکنند.

میکروفیوژ

سانتریفیوژ افتراقی :

این سانتریفیوژ ها برای جداسازی اندامک ها و غشاء های سلولی مورد بررسی قرار میگیرند و همچنین این دستگاه ها، به صورت پیوسته و در مدت زمان معین ، نیروی گریز از مرکز، افزایش می یابد.

سانتریفیوژ کلینیکال یا PRP:

دستگاه PRP که مخفف Plasma Rich Platelet به معنی پلاسمای غنی شده از پلاکت است، برای جداکردن پلاسما و پلاکت از گلبول های قرمز خون با لوله های مخصوص مورد استفاده قرار میگیرد. این نوع دستگاه،برای حفظ پیوند مو و ضخامت بیشتر مو و همچنین رشد و ترمیم پوست کاربرد دارد.دستگاه سانتریقیوژ کلینیکال برای بهبود تاندون ها، مفاصل ، ماهیچه ها و رباط هانیز کاربرد هست. نام دیگر این دستگاه سانتریفیوژ 2 شاخه نیز میگویند.

سانتریفیوژ چربی:

از این دستگاه برای جدا کردن سلول های آغشته به خون،سلول های چربی از مواد و ناخالصی ها از سلول های خوب و سالم چربی استفاده میکنند.دستگاه سانتریفیوژ چربی اولین بار توسط روریچ و هکمارانش به چالش کشیده شد که این نوع سانتریفیوژ را خیلی بهتر از فیلتراسیون میدانستند. این دستگاه به دو موتور دور پایین 600RPM و دور بالا 900RPM مجهز هستند که پس از 300 ثانیه با دور بالا چربی موجود را به پودر 8%تبدیل میکند.

سرفیوژ یا سانتریفیوژ سرولوژی:

دستگاه آزمایشگاهی سرفیوژ (Serofuge) دستگاهی با سایز بسیار کوچک که برای سانتریفیوژ کردن لوله های گاما (γ) در آزمایشگاه ها و برای چرخاندن مواد موجود در نمونه ها حول یک مرکز با سرعت بیشتربه دلیل مجهز بودن به یک روتور ثابت استفاده میشود. از این دستگاه برای جدا کردن مایع از مایع یا جامد از مایع در آزمایشگاه های تشخیص طبی و در مراکز انتقال خون استفاده میکنند.

سانتریفیوژ هماتوکریت:

برای اندازه گیری نسبت حجم گلبول های قرمز به حجم خون و برای جدا کردن خون و سایر مواد بیولوژیکی از دستگاه های سانتریفیوژ هماتوکریت آزمایشگاهی در مدت زمات 5دقیقه با سرعت 14000RPM استفاده میکنندو چون این دستگاه ها از لوله های مویرگی برای نگه داری مواد نمونه استفاده  میکنند پس برای انجام آزمابش نیز به مقدار کنی از خون نیاز داریم.

سانتریفیوژ شیر:

از دستگاه سانتریفیوژ آزمایشگاهی شیر با اضافه کردن سولفوریک اسید برای جدا کردن چربی شیر از پروتئین در دور و دمای خاص با چرخش و تولید حرارت و برای تشخیص میزان چربی موجود در شیر استفاده میکنند.

اولترا سانتریفیوژ:

از این سانتریفیوژ ها برای مطالعه کردن خواص ذرات بیولوژیکی و بیشتر برای تهیه فراورده های خونی استفاده میشود که یخچال هم دارند و سرعت آنها بین RPM21000- 24000RPM دور در یک دقیقه تا حداکثر 30000RPM  میباشد.این سانتریفیوژ ها میتوانند برای اجزای کوچک مانند پروتئین ها, ریبوزوم ها و ویروس ها ، عمل جداسازی را انجام دهند و همچنین این دستگاه ها برای غنی سازی اورانیوم ها (سانتریفیوژهایی که در صنعت اورانیوم به کار میروند، سرعت و قدرتی برابر300 دور در ثانیه را دارند) و جداسازی ایزوتوپ ها نیز کاربرد دارد.

دستگاه اولترا سانتریفیوژ

دستگاه سانتریفیوژ صنعتی :

این سانتریفیوژهای صنعتی در خشک کردن مواد ، تصفیه کردن آب و در جداسازی اجزای کلوئیدی ریز و چسب سان کاربرد دارند.سانتریفیوژهای صنعتی عمل جداسازی را با رسوب و ته نشین کردن مواد ، انجام میدهند و همچنین این سانتریفیوژ ها قیمت های متفاوتی برحسب نوع سانتریفیوژها را دارند.

اساس کار سانتریفیوژ ها یکی است و تنها تفاوت آنها در سرعت چرخش و طراحی روتور(یک قطعه متحرک از یک سیستم الکترومغناطیسی در موتور الکتریکی است)است.

از سانتریفیوژ های خانگی میتوان به جدا کردن آب از سبزیجات و خشک کردن مواد در ماشین های لباسشویی اشاره کرد.

دستگاه سانتریفیوژ آزمایشگاهی در کجا کاربرد دارد؟

دستگاه سانتریفیوژ که از پرکاربرد ترین دستگاه ها در آزمایشگاه هاست ، در موارد ذکر شده زیر بسیار مورد استفاده قرار میگیرد از جمله:

• جداکردن مایعات غیر قابل مخلوط
• جداسازی خون
• جدا کردن ذرات نامحلول
• جداسازی ایزوتوپی
• جدا کردن مخلوط ها با چگالی نزدیک
• سنتز مواد در یک محیط با جاذبه بالا

طبقه بندی سانتریفیوژ ها براساس سرعت:

به طور کلی این دستگاه ها را در سه دسته قرار میدهند:

• دستگاه سانتریفیوژ معمولی دورپایین
• سانتریفیوژ معمولی دور بالا
• دستگاه سانتریفیوژ یخچال دار دور بالا

عوامل موثر بر دستگاه سانتریفیوژ:

4 مورد ذکر شده در زیر، عامل های تاثیر گذار برای همه دستگاه های سانتریفیوژ هستند که عبارتند از:

• غلظت نمونه و محلول
• فاصله جا به جایی ذرات
• دما و ویسکوزیته
• سرعت دوران

روش های سانتریفیوژ:

روش های سانتریفیوژ 2 نوع است :

• مقدماتی ( هدف = جداسازی اجزای خاص)
• تحلیلی ( هدف = اندازه گیری خصوصیات فیزیکی ذرات رسوبی)

به طور کلی برای انجام یک سانتریفیوژ موفق با ذستگاه سانتریفیوژ آزمایشگاهی و صنعتی، پارامتر های زیر باید در انواع دستگاه سانتریفیوژ تعیین و مشخص شوند:

• نوع نمونه
• نوع لوله
• ظرف نمونه گیری(لوله ،پیپت،لام و…)
• نوع دستگاه سانتریفیوژ
• نوع روتور
• نیروی نسبی فرار از مرکز
• دمای مناسب در هنگام سانتریفیوژ کردن

اجزای تشکیل دهنده انواع دستگاه سانتریفیوژ:

دستگاه سانتریفیوژ تشکیل شده است از:

• سر روتور
• منافذ تهویه هوا
• کلید روشن خاموش
• شافت دستگاه
• بلبرینگ
• موتور الکتریکی
• پنل مانیتورینگ
• زمان سنج
• کنترل کننده سرعت
• و تاکومترTachometer (تعداد دور موتور در هر دقیقه را مشخص میکند) تشکیل شده است.
  

  اجزای مهم دستگاه سانتریفیوژ

روش نگهداری سانتریفیوژ:

هر 3 ماه یک بار دستگاه سانتریفیوژ را سرویس میکنند یعنی با استفاده از کرنومتر دستی ، زمان سنج سانتریفیوژ را کالیبره میکنند و همچنین برای اطمینان بیشتر هر 3 ماه یکبار با استفاده از تاکتومتر سرعت دوران دستگاه را کالیبره میکنند.

روش های مرتبط با سانتریفیوژ:

با وجود اینکه سانتریفیوژ یکی از بهترین راه های جداسازی مواد هست اما از روش های دیگری هم در صنعت و آزمایشگاه استفاده میکنند ازجمله فیلتراسیون، غربالگری ، تقطیر، سرریز کردن و کروماتوگرافی اشاره کرد.

نوع روش به حجم و خواص نمونه وابسته است.

راهنمای انجام سانتریفیوژ:

برای انجام آزمایش سانتریفیوژ( جامد و مایع) ابتدا درب دستگاه را بسته و دستگاه را روشن میکنیم. سرعت را درمحدوده توان دستگاه خود تنظیم میکنیم و همچنین زمان را بر اساس دستورالعمل تنظیم میکنیم.

سطح کار باید مسطح و محکم باشد هرگز از دستگاه  سانتریفیوژ در یک سطحی که صاف نیست یا مورب است استفاده نکنید. تعادل لوله ها را در روتور حتما مورد نظر قراردهید.

هرگز در حال حرکت روتور درپوش دستگاه را باز نکنید چون خیلی از سانتریفیوژ ها خود ایمنی ندارند. اما برخی از این دستگاه ها، اگر درب آنها باز شود جریان روتور را متوقف میکنند.

در صورت لرزش دستگاه را خاموش کرده و یا از دوشاخه بکشید .کمی لرزش در این دستگاه طبیعی است اما مقدار زیاد آن به نشانه خطر است و در غیر این صورت با سازنده یا فروشنده دستگاه تماس بگیرید.

دستگاه های سانتریفیوژ، ترمز دارند اما بهتر است بدون استفاده از آن به نتیجه برسیم چون باعث ایجاد تنش در رسوبات میشود. پس ازاتمام کار با دستگاه ، صبر میکنیم تا چرخش دستگاه بدون استفاده از ترمز تمام شود و درآخر مواد جامد را بدون سرریز کردن ویا با  پیپت از مایع جدا میکنیم.

برای اطمینان بیشتر هنگام کار با دستگاه سانتریفیوژ، از محافظ صورت و یا عینک ایمنی استفاده کنید.