انواع سانتریفیوژها بر اساس زاویه روتور

سانتریفیوژها، ابزارهای آزمایشگاهی پرکاربردی هستند که برای جداسازی ذرات با چگالی‌های مختلف در یک محلول به کار می‌روند. یکی از مهم‌ترین معیارهای طبقه‌بندی این دستگاه‌ها، زاویه روتور آن‌ها است. این زاویه، که به زاویه بین لوله‌های نمونه و محور چرخش روتور اشاره دارد، به طور مستقیم بر نحوه رسوب‌گذاری ذرات و در نتیجه کارایی جداسازی تاثیر می‌گذارد.

بر اساس همین معیار، سانتریفیوژ آزمایشگاهی به دو دسته اصلی با زاویه ثابت و زاویه متغیر تقسیم می‌شوند که هر کدام دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند.

انواع روتور سانتریفیوژ بر اساس زاویه

روتورها بر اساس زاویه‌ای که لوله‌های نمونه نسبت به محور چرخش دارند، به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. روتورهای زاویه ثابت (Fixed-angle Rotors)

در روتورهای زاویه ثابت، لوله‌های حاوی نمونه در یک زاویه ثابت نسبت به محور چرخش قرار دارند. این زاویه معمولاً بین 25 تا 45 درجه است.

هنگامی که روتور شروع به چرخش می‌کند، ذرات با چگالی بیشتر تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به سمت انتهای لوله حرکت کرده و به صورت مورب در امتداد دیواره داخلی لوله رسوب می‌کنند. این نوع روتورها به دلیل ساختار ساده، سرعت بالا و نیروی گریز از مرکز زیاد، برای رسوب‌گذاری سریع و کامل ذرات بزرگ مانند سلول‌ها و هسته‌های سلولی مناسب هستند.

مزایای روتورهای زاویه ثابت

روتورهای زاویه ثابت به دلیل ساختار ساده و کارآمدی بالا، مزایای بسیاری دارند. این روتورها به دلیل زاویه ثابت لوله‌ها، نیروی گریز از مرکز بسیار زیادی تولید می‌کنند که منجر به جداسازی سریع و کامل ذرات می‌شود. همچنین، این روتورها برای حجم‌های کم نمونه بسیار مناسب هستند و هزینه ساخت و نگهداری آن‌ها نسبت به روتورهای زاویه متغیر کمتر است. علاوه بر این، روتورهای زاویه ثابت برای رسوب‌گذاری پلت‌های متراکم و یکنواخت بسیار کارآمد هستند که این ویژگی برای بسیاری از کاربردهای آزمایشگاهی بسیار مهم است.

معایب روتورهای زاویه ثابت

با وجود مزایای فراوان، روتورهای زاویه ثابت نیز محدودیت‌هایی دارند. یکی از مهم‌ترین محدودیت‌های این روتورها، تشکیل لایه نازک رسوب در امتداد دیواره داخلی لوله است. این لایه نازک ممکن است در برخی از کاربردها، مانند جداسازی باندهای مختلف در گرادیان چگالی، باعث مشکل شود. همچنین، در هنگام ترمز کردن سانتریفیوژ، ممکن است بخشی از رسوب با مایع رویی مخلوط شود که این امر می‌تواند نتایج آزمایش را تحت تأثیر قرار دهد. علاوه بر این، روتورهای زاویه ثابت برای جداسازی نمونه‌های با ویسکوزیته بالا مناسب نیستند.

2. روتورهای زاویه متغیر یا شناور (Swing-bucket Rotors)

در روتورهای زاویه متغیر، لوله‌های نمونه در ابتدا به صورت عمودی قرار دارند و با شروع چرخش، به دلیل نیروی گریز از مرکز به صورت افقی در می‌آیند.

در این نوع روتور، ذرات با چگالی بیشتر به صورت یک لایه متراکم در کف لوله رسوب می‌کنند. روتورهای زاویه متغیر به دلیل تشکیل رسوب به صورت یک لایه متراکم و یکنواخت، برای جداسازی باندهای مختلف در گرادیان چگالی بسیار مناسب هستند.

مزایای روتورهای زاویه متغیر

روتورهای زاویه متغیر به دلیل طراحی منحصر به فرد خود، مزایای بسیاری برای جداسازی ذرات در سانتریفیوژ ارائه می‌دهند. یکی از مهم‌ترین مزایای این روتورها، تشکیل لایه ضخیم و یکنواخت از رسوب در کف لوله است. این ویژگی به ویژه برای جداسازی باندهای مختلف در گرادیان چگالی بسیار مفید است. علاوه بر این، روتورهای زاویه متغیر برای جداسازی حجم‌های زیاد نمونه بسیار مناسب هستند. همچنین، به دلیل قرارگیری لوله‌ها به صورت افقی در حین چرخش، نیروی گریز از مرکز به طور یکنواخت بر روی تمام ذرات اعمال می‌شود که این امر منجر به جداسازی بهتر ذرات با چگالی‌های نزدیک به هم می‌شود.

معایب روتورهای زاویه متغیر

با وجود مزایای فراوان، روتورهای زاویه متغیر نیز محدودیت‌هایی دارند. یکی از مهم‌ترین محدودیت‌های این روتورها، ساختار پیچیده‌تر و هزینه بالاتر نسبت به روتورهای زاویه ثابت است. همچنین، سرعت چرخش این روتورها معمولاً کمتر از روتورهای زاویه ثابت است که ممکن است در برخی از کاربردها، زمان جداسازی را افزایش دهد. علاوه بر این، روتورهای زاویه متغیر برای نمونه‌های با ویسکوزیته بسیار بالا ممکن است مناسب نباشند.

عوامل موثر بر انتخاب نوع روتور سانتریفیوژ

انتخاب نوع روتور سانتریفیوژ یکی از تصمیمات مهم در طراحی و اجرای آزمایش‌های مختلف در آزمایشگاه است. این انتخاب به عوامل متعددی بستگی دارد که هر کدام به نوبه خود بر عملکرد و نتیجه آزمایش تاثیرگذار هستند.

نوع نمونه و حجم آن:

یکی از مهم‌ترین عوامل موثر در انتخاب روتور، نوع و حجم نمونه‌ای است که قصد جداسازی آن را دارید. برای نمونه‌های با حجم کم و چگالی بالا، روتورهای زاویه ثابت مناسب‌تر هستند، در حالی که برای نمونه‌های با حجم زیاد و نیاز به جداسازی دقیق‌تر، روتورهای زاویه متغیر انتخاب بهتری هستند. همچنین، ویسکوزیته نمونه نیز بر انتخاب نوع روتور تاثیرگذار است. نمونه‌های با ویسکوزیته بالا نیاز به روتورهایی با سرعت چرخش کمتر دارند.

نوع جداسازی مورد نظر:

نوع جداسازی نیز در انتخاب روتور موثر است. اگر هدف جداسازی سریع و کامل ذرات بزرگ باشد، روتورهای زاویه ثابت مناسب‌تر هستند. اما اگر هدف جداسازی باندهای مختلف در گرادیان چگالی باشد، روتورهای زاویه متغیر انتخاب بهتری هستند. علاوه بر این، اگر نیاز به جداسازی ذرات بسیار ریز باشد، باید از روتورهایی با سرعت چرخش بالا استفاده کرد.

سرعت مورد نیاز:

سرعت چرخش روتور نیز یکی از عوامل مهم در انتخاب نوع روتور است. برخی از آزمایش‌ها به سرعت‌های بسیار بالا نیاز دارند که تنها با روتورهای زاویه ثابت قابل دستیابی است. اما برای جداسازی نمونه‌های حساس به سرعت بالا، روتورهای زاویه متغیر با سرعت کمتر مناسب‌تر هستند.

ملاحظات ایمنی:

در انتخاب نوع روتور، باید به ملاحظات ایمنی نیز توجه کرد. روتور باید به درستی متعادل شود و از مواد با کیفیت ساخته شده باشد تا از بروز هرگونه حادثه جلوگیری شود.

در نهایت، انتخاب نوع روتور سانتریفیوژ باید بر اساس مجموعه‌ای از عوامل مختلف صورت گیرد. با در نظر گرفتن تمام این عوامل، می‌توان روتوری را انتخاب کرد که بهترین عملکرد را برای آزمایش مورد نظر ارائه دهد.