مبانی سانتریفیوژ

سانتریفیوژ فرآیندی است که از نیروی گریز از مرکز برای جداسازی اجزای مختلف یک مخلوط استفاده می کند. یک سانتریفیوژ نیروی گریز از مرکز را از طریق چرخش با سرعت بالا تولید می کند که ذرات یا مولکول ها را در یک نمونه بر اساس تفاوت چگالی آنها جدا می کند. در طول سانتریفیوژ، اجزای سنگین‌تر به پایین رسوب می‌کنند، در حالی که اجزای سبک‌تر در لایه‌های بالایی باقی می‌مانند.

اصل کار سانتریفیوژهای آزمایشگاهی

مفهوم اصلی نیروی گریز از مرکز

نیروی گریز از مرکز نیروی ظاهری است که از چرخش نمونه در داخل یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی ایجاد می شود. این به جرم نمونه و سرعت چرخش مربوط می شود. بزرگی نیروی گریز از مرکز به طور قابل توجهی بیشتر از نیروی گرانش (g-force) است که جداسازی اجزای با چگالی های مختلف را در نمونه تسهیل می کند. در طول سانتریفیوژ، نیروی گریز از مرکز، ذرات موجود در نمونه را بر اساس اختلاف چگالی آنها به سمت مناطق مختلف لوله سانتریفیوژ هل می دهد. فرمول محاسبه نیروی گریز از مرکز به صورت زیر است:

Fc=m⋅ω2⋅r

که در آن Fc نیروی گریز از مرکز است، جرم ذره را از دست می دهد، فاصله شعاعی از محور چرخش افزایش می یابد، و ω سرعت زاویه ای است.

نقش روتور و شفت ثابت

اجزای اصلی یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی شامل روتور و شفت ثابت است.
روتور

روتور جزء چرخشی است که نمونه ها در لوله ها یا فنجان های سانتریفیوژ قرار می گیرند. روتور که توسط یک موتور هدایت می شود، با سرعت بالایی در اطراف محور ثابت می چرخد. روتور وظیفه شتاب بخشیدن به نمونه ها، تولید نیروی گریز از مرکز را بر عهده دارد. طراحی و نوع روتور، مانند روتور زاویه ای یا روتور افقی، بر کارایی و اثربخشی فرآیند سانتریفیوژ تأثیر می گذارد. روتور شامل چندین شکاف نمونه برای قرار دادن چندین لوله است که امکان پردازش همزمان چندین نمونه را فراهم می کند.
شفت ثابت

شفت ثابت به عنوان محور مرکزی چرخش روتور عمل می کند و اطمینان می دهد که روتور یک مسیر چرخشی پایدار و ثابت را حفظ می کند. همچنین تنش های مکانیکی ایجاد شده در طول عملیات سانتریفیوژ آزمایشگاهی را جذب کرده و تعادل روتور را حفظ می کند.

انواع اصلی سانتریفیوژ

ایزوپیکنیک سانتریفیوژ

سانتریفیوژ ایزوپیکنیک تکنیکی است که نمونه ها را با استفاده از گرادیان چگالی متعادل جدا می کند. با ایجاد یک گرادیان چگالی خود تولید شده در لوله سانتریفیوژ، اجزای نمونه در نقاط مختلف در امتداد گرادیان با توجه به چگالی نسبی خود قرار می گیرند. این روش برای جداسازی مولکول هایی با چگالی مشابه اما ساختار یا عملکرد متفاوت مانند انواع مختلف سلول ها یا ویروس ها در تحقیقات بیولوژیکی مناسب است.

سانتریفیوژ گرادیان چگالی

سانتریفیوژ گرادیان چگالی شامل قرار دادن محیطی با شیب چگالی (مانند محلول ساکارز یا کلرید سزیم) در لوله سانتریفیوژ است. در طول سانتریفیوژ، اجزای نمونه در موقعیت هایی در گرادیان قرار می گیرند که با چگالی آنها مطابقت دارد. این تکنیک به ویژه برای جداسازی اجزایی با چگالی وسیعی مانند اندامک ها و اسیدهای نوکلئیک موثر است.

جداسازی فاز

جداسازی فاز تکنیکی است که از نیروی گریز از مرکز برای جداسازی فازهای مختلف در یک نمونه استفاده می کند. در این فرآیند، مواد شیمیایی موجود در نمونه از یک ماتریکس یا فاز آبی به فاز حلال آلی لایه‌ای یا فازهای دیگر منتقل می‌شوند. این روش معمولاً در شیمی تجزیه و آزمایشات بیولوژیکی برای تجزیه و تحلیل یا پردازش مولکولی بیشتر استفاده می شود.

پلت کردن

پلت کردن is an application of centrifugation used to separate and concentrate particles or precipitates from a liquid. The centrifugal force causes particles to sediment at the bottom of the centrifuge tube, while the liquid (supernatant) remains above. This method is frequently employed to separate cell pellets, protein complexes, or other solid particles, and is widely used in biopharmaceutical and laboratory research.

پروتکل ها و پارامترهای سانتریفیوژ

نیروی گریز از مرکز نسبی (rcf)

نیروی گریز از مرکز نسبی (rcf) measures the centrifugal force applied to a sample during centrifugation. It is related to the actual acceleration experienced by the sample in the centrifuge and is typically expressed as a multiple of the force of gravity (g-force). Rcf is a key parameter in calculating centrifugal force and helps determine the separation efficiency of different components. The calculation formula is:

که rpm سرعت چرخش بر حسب دور در دقیقه، r شعاع محور چرخش به نمونه و g شتاب ناشی از گرانش است.

شتاب (g-force)

شتاب (g-force) represents the acceleration experienced by the sample during centrifugation relative to the gravitational force at Earth’s surface. This parameter determines the sedimentation rate of different components in the sample, thereby affecting the separation efficiency. Higher acceleration reputables to stronger centrifugal force and faster separation. The required acceleration is usually specified in the centrifugation protocol to ensure effective sample separation.

سرعت چرخش (دور در دقیقه)

سرعت دورانی (دور در دقیقه، دور در دقیقه) سرعتی است که روتور سانتریفیوژ می‌چرخد و بر بزرگی نیروی گریز از مرکز تأثیر مستقیم می‌گذارد. این یک پارامتر مهم برای تنظیم نیروی گریز از مرکز است و معمولاً در پروتکل سانتریفیوژ مشخص می شود. دور بیشتر در دقیقه نیروی گریز از مرکز بیشتری تولید می کند، اما مستلزم آن است که روتور و سانتریفیوژ بتوانند سرعت افزایش یافته را تحمل کنند. اگرچه دور در دقیقه مربوط به نیروی گریز از مرکز است، استفاده از rcf برای محاسبه دقیق نیروی اعمال شده دقیق تر است. سرعت چرخش (rpm) را می توان از rcf با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

سانتریفیوژهای صنعتی

سانتریفیوژهای صنعتی are engineered for large-scale separation and processing, playing a crucial role in industries such as chemicals, food production, pharmaceuticals, and environmental engineering. Designed to handle substantial volumes, these machines combine efficiency and durability, featuring expansive rotors and powerful drive systems to manage heavy loads and extended operation times.

Huading Separator طیف وسیعی از سانتریفیوژهای صنعتی را ارائه می دهد، از جمله جداکننده های مایع جامد با راندمان بالا، دستگاه های آبگیری سانتریفیوژ و جداکننده ها. این دستگاه ها از طریق طراحی بهینه و فناوری پیشرفته به جداسازی کارآمد و عملکرد قابل اعتماد دست می یابند. آنها برای پردازش مخلوط های مایع و جامد مختلف، مانند دوغاب، فاضلاب، و محصولات فرعی فرآوری مواد غذایی مناسب هستند و به بهبود راندمان تولید و کیفیت محصول کمک می کنند. طراحی این سانتریفیوژهای صنعتی نه تنها بر عملکرد تمرکز دارد، بلکه بر ایمنی عملیاتی و سهولت نگهداری نیز تاکید دارد.