سانتریفیوژ آزمایشگاهی چگونه کار می کند؟

در بسیاری از کاربردها، ذراتی که سریع تر رسوب می کنند در انتهای لوله به صورت رسوب یا Pellet جمع می شوند و مایع بالای آنها با نام Supernatant باقی می ماند. با این حال، نتیجه نهایی فقط به دور موتور وابسته نیست؛ شعاع روتور، نیروی نسبی گریز از مرکز، زمان، دما و نوع روتور نیز روی جداسازی اثر دارند.

برای مشاهده مدل های مختلف و مقایسه ظرفیت، روتور و محدوده سرعت می توانید بخش سانتریفیوژ آزمایشگاهی فرادید آداک را بررسی کنید.

سانتریفیوژ آزمایشگاهی چیست؟

سانتریفیوژ دستگاهی است که نمونه های قرار گرفته در یک روتور را با سرعت کنترل شده می چرخاند تا اجزای یک مخلوط را سریع تر از حالت ته نشینی طبیعی جدا کند. اگر یک سوسپانسیون برای مدت طولانی بدون حرکت باقی بماند، بعضی ذرات تحت اثر گرانش ته نشین می شوند؛ اما این فرایند برای ذرات کوچک ممکن است بسیار کند یا ناکافی باشد.

سانتریفیوژ با ایجاد شتاب شعاعی، زمان لازم برای ته نشینی را کاهش می دهد. به همین دلیل در آزمایشگاه های تشخیصی، تحقیقاتی، زیست شناسی، شیمی، صنایع غذایی، دارویی، دانشگاهی و کنترل کیفیت از مدل های مختلف این دستگاه استفاده می شود.

سانتریفیوژ چگونه اجزای نمونه را جدا می کند؟

زمانی که روتور شروع به چرخش می کند، لوله های نمونه در یک مسیر دایره ای حرکت می کنند. در چارچوب چرخان دستگاه، ذرات تمایل دارند از محور دوران دور شوند. ذراتی که نرخ رسوب بیشتری دارند، سریع تر در امتداد شعاع روتور حرکت می کنند.

در یک جداسازی معمول، ذرات رسوب کرده در انتهای لوله تجمع پیدا می کنند و یک لایه فشرده به نام پلت تشکیل می دهند. بخش مایع بالایی نیز سوپرناتانت نامیده می شود. بسته به هدف آزمایش، ممکن است پلت، سوپرناتانت یا هر دو بخش برای مراحل بعدی مورد استفاده قرار گیرند.

چه عواملی سرعت ته نشینی ذرات را تغییر می دهند؟

دو نمونه متفاوت حتی در یک سرعت و زمان ثابت، لزوما نتیجه یکسانی ایجاد نمی کنند. مهم ترین عوامل موثر بر حرکت و رسوب ذرات عبارتند از:

• اختلاف چگالی: هرچه اختلاف چگالی ذره و محیط بیشتر باشد، امکان جداسازی سریع تر می شود.
• اندازه ذره: ذرات بزرگ تر معمولا سریع تر از ذرات بسیار کوچک رسوب می کنند.
• شکل ذره: شکل و مقاومت ذره در برابر حرکت داخل مایع روی نرخ رسوب اثر دارد.
• ویسکوزیته: افزایش ویسکوزیته محیط می تواند حرکت ذرات را کندتر کند.
• نیروی گریز از مرکز نسبی: افزایش RCF معمولا سرعت جداسازی را بیشتر می کند، اما باید با محدودیت نمونه و لوله سازگار باشد.
• زمان: نیروی کافی بدون زمان مناسب ممکن است رسوب کامل مورد انتظار را ایجاد نکند.

به همین دلیل، پارامترهای سانتریفیوژ باید از پروتکل تایید شده آزمون استخراج شوند. افزایش خودسرانه دور یا زمان ممکن است به نمونه، لوله یا کیفیت جداسازی آسیب بزند.

تفاوت RPM و RCF در سانتریفیوژ چیست؟

یکی از مهم ترین نکات در درک عملکرد سانتریفیوژ، تفاوت میان RPM و RCF است. این دو عبارت مرتبط هستند، اما یک مفهوم را نشان نمی دهند.

برای مثال، اگر شعاع موثر روتور ۱۰ سانتی متر و سرعت ۳۰۰۰ دور در دقیقه باشد، نیروی نسبی تقریبا برابر با ۱۰۰۶ برابر گرانش زمین خواهد بود. همین سرعت در روتوری با شعاع متفاوت، RCF دیگری تولید می کند.

نقش روتور در عملکرد سانتریفیوژ

روتور بخش چرخان سانتریفیوژ است که لوله ها، باکت ها یا آداپتورها روی آن نصب می شوند. نوع روتور مسیر حرکت ذرات، شکل رسوب، ظرفیت دستگاه و حداکثر RCF قابل دستیابی را تغییر می دهد.

روتور زاویه ثابت

در روتور Fixed-angle، لوله ها با زاویه ای ثابت نسبت به محور چرخش قرار می گیرند. ذرات به سمت دیواره خارجی لوله حرکت می کنند و سپس در بخش بیرونی انتهای لوله رسوب می سازند.

روتورهای زاویه ثابت معمولا امکان دستیابی به RCF بالاتری دارند و در میکروسانتریفیوژها و بسیاری از کاربردهای رسوب گیری استفاده می شوند.

روتور افقی یا سطلی

در روتور Swing-out، باکت ها هنگام توقف به شکل عمودی قرار دارند و با افزایش سرعت به سمت حالت افقی حرکت می کنند. در این وضعیت، ذرات در امتداد طول لوله حرکت کرده و معمولا در پایین لوله رسوب می کنند.

این روتورها برای لوله های متنوع، پلیت ها و جداسازی هایی که به سطح رسوب افقی یا مسیر طولانی تر نیاز دارند قابل بررسی هستند.

اجزای اصلی دستگاه سانتریفیوژ

مراحل کار با سانتریفیوژ آزمایشگاهی

روش دقیق کار باید از دفترچه سازنده، پروتکل آزمون و SOP آزمایشگاه گرفته شود. ترتیب عمومی زیر فقط برای درک بهتر فرایند ارائه شده است:

1. روتور، آداپتور، باکت و لوله سازگار با نمونه انتخاب می شوند.
2. سلامت لوله ها، درپوش ها و اجزای روتور بررسی می شود.
3. نمونه ها بر اساس جرم و آرایش متقارن بالانس می شوند.
4. روتور و درب دستگاه مطابق دستورالعمل بسته می شوند.
5. RCF یا RPM، زمان، دما، شتاب و ترمز تنظیم می شوند.
6. چرخه آغاز و دستگاه از نظر صدا و لرزش غیرعادی کنترل می شود.
7. پس از توقف کامل روتور، درب باز می شود.
8. لوله ها بدون برهم زدن رسوب خارج شده و نتیجه طبق روش آزمون پردازش می شود.

بالانس سانتریفیوژ چگونه انجام می شود؟

بالانس صحیح یکی از مهم ترین اصول کار با سانتریفیوژ است. عدم تعادل می تواند باعث لرزش، کاهش کیفیت جداسازی و ایجاد فشار غیرعادی بر روتور، شفت و سیستم محرک شود.

• لوله های مقابل یکدیگر باید جرم یکسان و آرایش متقارن داشته باشند.
• بالانس فقط با نگاه کردن به سطح مایع انجام نشود؛ چگالی محلول و وزن لوله نیز اهمیت دارد.
• در روتور سطلی، باکت های روبه رو باید با آرایش و وزن سازگار بارگذاری شوند.
• از لوله، آداپتور و باکت تایید شده برای همان روتور استفاده شود.
• محدودیت اختلاف جرم مجاز باید از دفترچه دستگاه یا روتور استخراج شود.

سانتریفیوژ یخچال دار چگونه کار می کند؟

چرخش سریع روتور، موتور و مقاومت هوا می توانند باعث افزایش دمای محفظه و نمونه شوند. در فرایندهایی که نمونه نسبت به دما حساس است، سانتریفیوژ یخچال دار برای کنترل شرایط حرارتی به کار می رود.

سیستم سرمایش، محفظه دستگاه را به دمای تنظیم شده نزدیک می کند و در طول چرخه به کنترل دما کمک می کند. با این حال، عدد نمایشگر همیشه به معنای رسیدن تمام نمونه به همان دما نیست؛ دمای اولیه نمونه، جرم روتور، سرعت، زمان چرخه و پیش سرمایش روی وضعیت واقعی اثر دارند.

انتخاب مدل یخچال دار باید بر اساس الزام پروتکل انجام شود. استفاده از سرمایش برای تمام آزمایش ها ضروری نیست و مدل بدون یخچال نیز برای بسیاری از فرایندهای عمومی مناسب است.

انواع روش های جداسازی با سانتریفیوژ

رسوب گیری یا Pelleting

رایج ترین روش است. ذرات تحت تاثیر RCF در انتهای لوله جمع می شوند و پلت را تشکیل می دهند. مایع بالای رسوب برای تخلیه یا ادامه آزمایش باقی می ماند.

سانتریفیوژ تفاضلی

نمونه در چند مرحله و با نیروها یا زمان های متفاوت سانتریفیوژ می شود. در هر مرحله، بخشی از اجزا بر اساس نرخ رسوب جدا می شوند.

جداسازی با گرادیان چگالی

ذرات در محیطی با تغییرات کنترل شده چگالی حرکت می کنند و در موقعیت های متفاوت قرار می گیرند. این روش برای تفکیک دقیق تر اجزایی با ویژگی های نزدیک قابل استفاده است.

جداسازی فازها

سانتریفیوژ می تواند جدا شدن فازهای مایع یا اجزای موجود در یک ماتریس را تسریع کند. پارامترهای این فرایند باید با نوع حلال، ظرف و الزامات ایمنی سازگار باشند.

اولترافیلتراسیون

در این روش، نیروی سانتریفیوژ نمونه را از یک غشای انتخابی عبور می دهد تا اجزای مورد نظر تغلیظ یا از مواد کوچک تر جدا شوند.

چرا نتیجه سانتریفیوژ مناسب نیست؟

چگونه سانتریفیوژ مناسب انتخاب کنیم؟

انتخاب سانتریفیوژ باید از پروتکل های آزمایشگاه آغاز شود. بیشترین سرعت دستگاه به تنهایی معیار کافی نیست؛ زیرا ممکن است دستگاه سرعت بالایی داشته باشد، اما روتور یا ظرفیت مورد نیاز شما را پشتیبانی نکند.

• حداکثر RCF مورد نیاز پروتکل ها
• نوع، حجم و تعداد لوله ها در هر چرخه
• روتور زاویه ثابت، سطلی، میکروهماتوکریت یا روتور تخصصی
• نیاز به کنترل دما یا مدل بدون یخچال
• تعداد نمونه روزانه و زمان مورد انتظار هر چرخه
• امکان ذخیره برنامه، تنظیم شتاب، ترمز و کار کوتاه مدت
• سطح صدا، ابعاد، برق و فضای نصب
• نصب، آموزش، تامین روتور، آداپتور، قطعات و خدمات پس از فروش

برای نمونه، سانتریفیوژ رومیزی ROTOFIX 32A هتیش با حداکثر سرعت درج شده ۶۰۰۰ دور در دقیقه و ظرفیت های قابل پیکربندی برای لوله های مختلف، برای بعضی کاربردهای عمومی و تخصصی قابل بررسی است. سازگاری روتور و ظرفیت با پروتکل باید پیش از سفارش تایید شود.

تفاوت سانتریفیوژ رومیزی و میکروسانتریفیوژ

سانتریفیوژ رومیزی یک عنوان عمومی برای دستگاه هایی است که روی میز آزمایشگاه نصب می شوند و می توانند لوله هایی با حجم ها و ظرفیت های مختلف را پشتیبانی کنند. میکروسانتریفیوژ برای میکروتیوب های کم حجم طراحی می شود و معمولا RCF بالاتری برای فرایندهای مولکولی و تحقیقاتی فراهم می کند.

در میان محصولات فرادید آداک، مشخصات میکروسانتریفیوژ MIKRO 185 شامل حداکثر سرعت درج شده ۱۳۳۰۰ دور در دقیقه و ظرفیت ۲۴ میکروتیوب ۱.۵ یا ۲ میلی لیتری است.

اصول نگهداری از سانتریفیوژ

• محفظه، روتور و آداپتورها پس از آلودگی مطابق دستورالعمل سازنده تمیز شوند.
• روتور از نظر خوردگی، ترک، خراش یا تغییر شکل به صورت دوره ای بررسی شود.
• مواد شوینده و ضدعفونی کننده فقط در صورت سازگاری با جنس قطعات استفاده شوند.
• روتور و باکت ها پس از شستشو به طور کامل خشک شوند.
• سرویس، کالیبراسیون یا کنترل عملکرد طبق برنامه مرکز انجام شود.
• محدودیت عمر، تعداد چرخه و سرعت مجاز هر روتور رعایت شود.
• تعمیر دستگاه یا باز کردن اجزای ایمنی فقط توسط فرد مجاز انجام شود.

شرایط نگهداری در مدل های مختلف یکسان نیست. دفترچه دستگاه و روتور باید مرجع اصلی انتخاب شوینده، روانکاری قطعات و دوره بازرسی باشد.

سوالات متداول درباره عملکرد سانتریفیوژ

جمع بندی

سانتریفیوژ با چرخاندن نمونه و ایجاد شتاب شعاعی، جداسازی اجزایی را که در حالت عادی به کندی ته نشین می شوند سرعت می دهد. نتیجه این فرایند به RCF، زمان، شعاع و نوع روتور، ویژگی های نمونه، دما و نحوه توقف وابسته است.

برای کار دقیق و ایمن باید به جای تکیه بر RPM، پارامترهای پروتکل، RCF واقعی، ظرفیت روتور، بالانس جرمی و محدودیت های لوله و آداپتور بررسی شوند. انتخاب دستگاه نیز باید بر اساس کاربرد واقعی آزمایشگاه انجام شود، نه صرفا بیشترین سرعت درج شده در کاتالوگ.