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 عدد من الأغراض مثل : تخصيب اليورانيوم الذي يستخدم لصناعة المفاعلات النووية ، ولكن يمكن استخدام أجهزة الطرد المركزي للغازات الأخرى والعديد من التطبيقات مثل فصل مكونات الدم، وبعض الأغراض الأخرى غير الفصل الميكانيكي .

الطرد المركزي

الطرد المركزي هو تقنية تستخدم لفصل الجزيئات عن محلول ما، وفقا 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 يولد هذا الدوران حول المحور المركزي قوة طرد مركزي قوية.

وتستخدم هذه الطريقة في العديد من الأغراض مثل المفاعلات النووية، وعلى الرغم من سلبيات النووي إلا أن هناك الكثير من مميزات الطاقة النووية التي لا يمكن إنكارها، وهناك بعض العوامل التي يكون لها تأثير على الطرد المركزي مثل : كثافة العينات والحل، درجة الحرارة واللزوجة، سرعة الدوران وغيرهم .

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 .

وتؤثر لزوجة محلول العينة والخصائص الفيزيائية للجسيمات أيضا على معدل الترسيب لكل جسيم، أما عند قوة الطرد المركزي الثابتة واللزوجة السائلة فإن معدل ترسيب الجسيم يتناسب مع حجمه والفرق بين كثافة الجسيمات وكثافة المحلول [1] .

مخترع جهاز الطرد المركزي

يرجع جهاز الطرد المركزي الحديث إلى جهاز ذراع الغزل الذي صممه المهندس العسكري الإنجليزي بنيامين روبينز في القرن الثامن عشر، وفي عام 1864 طبق Antonin Prandtl هذه التقنية لفصل مكونات الحليب والقشدة، وفي عام 1875 قام ألكسندر شقيق برانتدل بتحسين هذه التقنية، حيث ابتكر جهاز لاستخراج الزبد، وفي حين أن أجهزة الطرد المركزي لا تزال تستخدم لفصل مكونات الحليب، إلا أن استخدامها توسع ليشمل العديد من مجالات العلوم والطب الأخرى [2] .

الطرد المركزي في الكيمياء

الطرد المركزي هو ترسيب جزيئات تحت تأثير قوة الطرد المركزي ويستخدم في عمليات الفصل ، وفي أجهزة الطرد المركزي يتم استخدام قوة تصل إلى 10000 مرة أكبر من قوة الجاذبية، وفي أجهزة الطرد المركزي الفائقة تصل إلى 600000 مرة [3] .

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

الأسعار متفاوتة، لكنها تتراوح في العموم بين 500 إلى 2000 دولار، ولا تستخدم أجهزة الطرد المركزي في فصل مكونات الدم فقط، إلا أن لها الكثير من الاستخدامات، مثل :

1- تستخدم مجموعة كبيرة من أجهزة الطرد المركزي في المختبرات في الكيمياء والبيولوجيا والكيمياء الحيوية والطب السريري، من أجل عزل وفصل السوائل، وتختلف الأجهزة اختلاف كبير في السرعة والسعة والتحكم في 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 .

3- تقوم أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة بتدوير الدوارات وهذا يؤدي إلى التخلص من مقاومة الهواء والتحكم الدقيق في درجة الحرارة .

4- تستخدم أجهزة الطرد المركزي أيضا في المختبرات من أجل فصل الدم، حيث ينقسم الدم إلى خلايا وبروتينات ومصل، ويتم إعداد الحمض النووي وتنقية عينات الحمض النووي من خلال أجهزة الطرد المركزي .

5- يتم استخدام أجهزة الطرد المركزي المتخصصة في المختبرات الطبية والبيولوجية لتركيز الخلايا للفحص المجهري .

جهاز الطرد المركزي بالانجليزي

اسم جهاز الطرد المركزي بالإنجليزي هو centrifugation، وتحصل أجهزة الطرد المركزي على اسمها من قوة الطرد المركزي أي – القوة الافتراضية التي تسحب الأشياء الدوارة إلى الخارج، وقوة الجاذبية التي تسحب الأجسام الدوارة إلى الداخل، فإذا كانت الجرافة تدور بسرعة كافية .

يتم سحب المياه إلى الداخل، وإذا كان الدلو ممتلئا بمزيج من الرمل والماء، فإنه وفقا لمبدأ الترسيب سيتم سحب كل من الماء والرمل الموجود في الجرافة إلى الحافة الخارجية للجرافة، لكن جزيئات الرمال الكثيفة ستستقر في القاع ، في حين سيتم إخراج جزيئات الماء الأخف وزنا لأعلى .

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 أجهزة الطرد المركزي 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 الطرد المركزي لتخصيب اليورانيوم، حيث يتم سحب النظير الأثقل للخارج وفصله عن النظير الأخف وزنا .

أجهزة الطرد المركزي في المختبر : أجهزة الطرد المركزي في المختبر تدور أيضا بمعدلات عالية، يحتوي هذا الجهاز على دوار به فتحات مثقوبة بزاوية لحمل أنابيب العينات، ونظرًا لأن أنابيب العينة تكون مثبتة بزاوية وقوة الطرد المركزي تعمل في المستوى الأفقي، فإن الجسيمات تتحرك مسافة صغيرة قبل أن تصل إلى جدار الأنبوب، مما يسمح بانزلاق المواد الكثيفة إلى أسفل، ويتم استخدام هذه الآلات لعزل مكونات السوائل مثل فصل مكونات الدم، عزل الحمض النووي، وتنقية العينات الكيميائية .

أجهزة الطرد المركزي الكبيرة : يمكن استخدام أجهزة الطرد المركزي الكبيرة لمحاكاة الجاذبية العالية، حيث تكون الآلات بحجم غرفة أو مبنى، ويتم استخدام أجهزة الطرد المركزي البشرية لتدريب الطيارين، وإجراء البحوث العلمية المتعلقة بالجاذبية .

أجهزة الطرد المركزي الصناعية : تستخدم أجهزة الطرد المركزي الصناعية لفصل مكونات الغرويات (مثل الكريمة والزبدة عن الحليب)، وفي تحضير المواد الكيميائية، وتنظيف المواد الصلبة، و مواد التجفيف، ومعالجة المياه، وتعتمد بعض أجهزة الطرد المركزي الصناعية على طريقة الترسيب في عملية الفصل، في حين أن بعضها الآخر يستخدم مرشح للفصل، وتستخدم أجهزة الطرد المركزي الصناعية لصب المعادن وإعداد المواد الكيميائية .

أجهزة الطرد المركزي الخاصة بالتطبيقات اليومية : أجهزة الطرد المركزي متوسطة الحجم شائعة في الحياة اليومية، وتستخدم بشكل أساسي لفصل السوائل عن المواد الصلبة بسرعة، حيث تستخدم الغسالات الطرد المركزي أثناء دورة الدوران لفصل الماء عن الغسيل [4] .