ماهي اجهزة الطرد المركزي
يمكن أن يشير مصطلح الطرد المركزي إلى آلة تحتوي على حاوية تدور بسرعة لفصل محتوياتها حسب الكثافة، وغالبا ما تستخدم أجهزة الطرد المركزي لفصل السوائل المختلفة والجزيئات الصلبة عن السوائل. ويستخدم هذا الجهاز في العديد من الأغراض، مثل تخصيب اليورانيوم الذي يستخدم في صناعة المفاعلات النووية، ويمكن استخدام أجهزة الطرد المركزي أيضا في العديد من التطبيقات، مثل فصل مكونات الدم وبعض الأغراض الأخرى غير الميكانيكية .
الطرد المركزي
الطرد المركزي هي تقنية تستخدم لفصل الجزيئات من محلول ما وفقًا لحجمها وشكلها وكثافتها ولزوجتها ومقدار السرعة، حيث يتم تعليق الجزيئات في وسط سائل وتوضع في أنبوب الطرد المركزي، ثم يتم وضع الأنبوب في الدوار، حيث يتم توليد قوة طرد مركزي قوية حول المحور المركزي.
تستخدم هذه الطريقة في العديد من الأغراض، مثل المفاعلات النووية، وعلى الرغم من سلبيات النووي، فإن هناك الكثير من مميزات الطاقة النووية التي لا يمكن إنكارها، كما أن هناك بعض العوامل التي تؤثر على الطرد المركزي، مثل كثافة العينات والمحلول، درجة الحرارة واللزوجة، سرعة الدوران وغيرها .
والطرد المركزي هو جهاز لفصل الجزيئات عن محلول من خلال استخدام الدوار، في علم الأحياء تكون الجسيمات عادة عبارة عن خلايا أو عضيات خلوية أو جزيئات كبيرة، يشار إليها جميعا باسم الجزيئات، وهناك نوعان من إجراءات الطرد المركزي أحدهما تحضيري حيث يكون الغرض منه هو عزل جزيئات معينة، والآخر تحليلي والذي يتضمن قياس الخواص الفيزيائية لجزيئات الترسبات، وعندما يدور الدوار في جهاز طرد مركزي يتم تطبيق قوة طرد مركزي على كل جسيم في العينة، وسوف يترسب الجسيم بعد ذلك بمعدل يتناسب مع قوة الطرد المركزي المطبقة عليه .
تؤثر لزوجة محلول العينة والخصائص الفيزيائية للجسيمات أيضا على معدل الترسيب لكل جسيم، وعندما يكون الطرد المركزي ثابتا واللزوجة السائلة متغيرة، فإن معدل ترسيب الجسيم يتناسب مع حجمه وفرق الكثافة بين الجسيمات والمحلول .
مخترع جهاز الطرد المركزي
يعود جهاز الطرد المركزي الحديث إلى جهاز ذراع الغزل الذي صممه المهندس العسكري الإنجليزي بنيامين روبينز في القرن الثامن عشر، وفي عام 1864، قام أنتونين براندل بتطبيق هذه التقنية على فصل مكونات الحليب والقشدة، وفي عام 1875 قام ألكسندر براندل بتحسين هذه التقنية واخترع جهازا لاستخراج الزبد. ورغم استمرار استخدام أجهزة الطرد المركزي في فصل مكونات الحليب، إلا أنها تستخدم الآن في مجالات علمية وطبية متعددة .
الطرد المركزي في الكيمياء
تتمثل الطرد المركزي في الترسيب الجزيئات تحت تأثير قوة الطرد المركزي، ويستخدم في عمليات الفصل، وفي الأجهزة المركزية يتم استخدام قوة تصل إلى 10000 مرة أكبر من قوة الجاذبية، وفي الأجهزة الفائقة يصل إلى 600000 مرة .
تُستعمل أجهزة الطرد المركزي في المختبرات الكيميائية، والغرض منها يكون فصل الدم والمواد السائلة لأجزائها الرئيسية، من أجل استخدام كل جزء على حدة وتحليله ودراسته جيدا، ويقوم مبدأ عمل جهاز الطرد المركزي على عملية الدوران، الذي يساعد على مزج المواد أو عزلها عن بعضها البعض بواسطة عملية الطرد، ويستخدم موتور الطرد المركزي الذي تبلغ سرعته 2000 إلى 3000 دورة في الدقيقة، ويقوم المشغل بتحديد الوقت اللازم للدوران .
سعر جهاز الطرد المركزي لفصل مكونات الدم
يختلف سعر أجهزة الطرد المركزي، ولكنها تتراوح عمومًا بين 500 و 2000 دولار، ولا تستخدم هذه الأجهزة فقط في فصل مكونات الدم، بل لها العديد من الاستخدامات الأخرى، مثل:
يتم استخدام أجهزة الطرد المركزي في المختبرات في الكيمياء والبيولوجيا والكيمياء الحيوية والطب السريري بشكل واسع لعزل وفصل السوائل، وتختلف هذه الأجهزة في السرعة والسعة وتحكم درجة الحرارة وخصائص أخرى .
2- غالبا ما يمكن لأجهزة الطرد المركزي في المختبر تحمل مجموعة من الدوارات الثابتة أو المتأرجحة، القادرة على حمل أعداد مختلفة من أنابيب الطرد المركزي، وتختلف أدوات التحكم من أجهزة بسيطة إلى نماذج قابلة للبرمجة وقادرة على التحكم في معدلات التسارع والتباطؤ و سرعات التشغيل وأنظمة درجات الحرارة وغيرها .
تقوم أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة بتدوير الدوارات، مما يؤدي إلى التخلص من مقاومة الهواء والتحكم الدقيق في درجة الحرارة .
تستخدم أجهزة الطرد المركزي في المختبرات لفصل الدم، حيث يتم تقسيم الدم إلى خلايا وبروتينات ومصل، ويتم إعداد الحمض النووي وتنقية عينات الحمض النووي باستخدام أجهزة الطرد المركزي .
يتم استخدام أجهزة الطرد المركزي المختصة في المختبرات الطبية والبيولوجية لتركيز الخلايا للفحص المجهري .
جهاز الطرد المركزي بالانجليزي
يُعرف جهاز الطرد المركزي باللغة الإنجليزية باسم centrifugation، ويتميز هذا الجهاز بقوة الطرد المركزي التي تستخدم لسحب الأشياء الدوارة إلى الخارج، بالإضافة إلى قوة الجاذبية التي تسحب الأجسام الدوارة إلى الداخل، وذلك عندما تدور الجرافة بسرعة كافية .
تتم عملية سحب المياه إلى الداخل، وإذا كان الدلو يحتوي على مزيج من الرمل والماء، فإنه وفقًا لمبدأ الترسيب، سيتم سحب كل من الماء والرمل الموجود في الجرافة إلى الحافة الخارجية للجرافة، ولكن جزيئات الرمال الكثيفة ستستقر في القاع، في حين سيتم إخراج جزيئات الماء الأخف والأقل وزنًا إلى الأعلى .
أنواع أجهزة الطرد المركزي
تعتمد جميع أجهزة الطرد المركزي على نفس الأسلوب ولكنها تختلف في تطبيقاتها، الاختلافات الرئيسية بينهما هي سرعة الدوران وتصميم الدوار، والدوار هو وحدة الدوران في الجهاز، وتحتوي الدوارات ذات الزاوية الثابتة على عينات بزاوية ثابتة، بينما تحتوي دوارات الرأس المتأرجحة على مفصل يسمح للعينة بالتأرجح للخارج مع زيادة معدل الدوران .
أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة : تدور الأجهزة المركزية فائقة السرعة بمعدلات عالية بحيث يمكن استخدامها لفصل الجزيئات ذات الكتل المختلفة أو حتى نظائر الذرات، ويستخدم فصل النظائر في البحث العلمي وصنع الوقود النووي والأسلحة النووية، على سبيل المثال يمكن استخدام الجهاز المركزي لتخصيب اليورانيوم، حيث يتم سحب النظير الأثقل للخارج وفصله عن النظير الأخف وزنا .
أجهزة الطرد المركزي في المختبر : تدور أجهزة الطرد المركزي في المختبر بمعدلات عالية، وتحتوي هذه الأجهزة على دوار به فتحات مثقوبة بزاوية لحمل أنابيب العينات. ونظرا لأن الأنابيب المحتوية على العينات تكون مثبتة بزاوية، وأن قوة الطرد المركزي تعمل في المستوى الأفقي، فإن الجسيمات تتحرك مسافة قصيرة قبل الوصول إلى جدار الأنبوب، مما يسمح بانزلاق المواد الكثيفة إلى أسفل. وتستخدم هذه الأجهزة لعزل مكونات السوائل، مثل فصل مكونات الدم، وعزل الحمض النووي، وتنقية العينات الكيميائية .
أجهزة الطرد المركزي الكبيرة : يمكن استخدام أجهزة الطرد المركزي الكبيرة لمحاكاة قوة الجاذبية العالية، حيث تكون الآلات بحجم غرفة أو مبنى، وتستخدم أجهزة الطرد المركزي البشرية لتدريب الطيارين وإجراء البحوث العلمية المتعلقة بالجاذبية .
أجهزة الطرد المركزي الصناعية : تستخدم أجهزة الطرد المركزي الصناعية في فصل مكونات الغرويات (مثل الكريمة والزبدة) عن الحليب، وفي تحضير المواد الكيميائية، وتنظيف المواد الصلبة، ومواد التجفيف، ومعالجة المياه. وتعتمد بعض أجهزة الطرد المركزي الصناعية على طريقة الترسيب في عملية الفصل، في حين يستخدم بعضها الآخر مرشحا للفصل، وتستخدم أجهزة الطرد المركزي الصناعية أيضا في صب المعادن وإعداد المواد الكيميائية .
أجهزة الطرد المركزي الخاصة بالتطبيقات اليومية : تعد أجهزة الطرد المركزي متوسطة الحجم شائعة في الحياة اليومية، حيث تستخدم أساسا لفصل السوائل عن المواد الصلبة بسرعة، وتستخدم الغسالات الطرد المركزي أثناء دورة الدوران لفصل الماء عن الغسيل .