4 نکته‌ی مهم در رابطه با سانتریفیوژ

حتما بارها در رابطه با اینکه سانتریفیوژ چه کاربردی دارد، نگهداری صحیح از آن چقدر حائز اهمیت است، rpm و RCF چیست، چگونه با سانتریفیوژ کار کنیم و … مطالب زیادی شنیده و خوانده‌اید. اما در این مقاله قصد داریم تا 4 نکته در رابطه با فرایند سانتریفیوژ کردن را ذکر کنیم که ممکن است تا به حال به آن توجهی نکرده باشید.

به طور مثال:

• اگر سانتریفیوژ و روتور، نیروی گریز از مرکز کمتری نسبت به پروتکل شما را دارند، چه کار باید کرد؟
• چگونه آداپتور مناسب روتور خود را انتخاب کنیم؟
• ضریب انتقال حرارتی در سانتریفیوژ چه اهمیتی دارد؟
• ارگونومی در سانتریفیوژ کردن چیست؟

برای آگاهی از این 4 نکته و دانستن اهمیت آن‌ها در فرایند سانتریفیوژ کردنِ نمونه‌های آزمایشگاهی، در ادامه با ما همراه باشید.

1- اگر روتور نیروی گریز از مرکز کمتری نسبت به پروتکل مورد نظر را دارد، چه کار باید کرد؟

شاید در پاسخ به این سوال بگویید که می‌توان مدت زمان سانتریفیوژ کردن نمونه‌ها را طولانی‌تر کرد. اما اینکه این مدت زمان چه مقدار طولانی‌تر شود و چگونه باید آن را محاسبه نمود، خود سوال دیگری است که باید مورد بررسی قرار گیرد.

می‌توان گفت که عامل k یا به اصطلاح k فاکتور (k factor) پاسخ این پرسش است و به کمک آن می‌توان گفت که چه مدت زمانی طول می‌کشد تا ذرات در انتهای لوله ته نشین شوند. پس در ادامه مروری بر k  فاکتور و نحوه محاسبه آن خواهیم داشت.

مهم‌ترین عوامل موثر در کارایی روتور، حداکثر سرعت چرخش (rpm)، حداکثر شعاع (r_max) و حداقل شعاع (r_min) می‌باشند که همگی در حداکثر میزان نیروی گریز از مرکز ایجاد شده توسط روتور (g Force) و در نهایت مدت زمان سانتریفیوژ کردن نمونه موثر هستند.

K فاکتور در حقیقت ضریبی است که این عوامل را به هم مربوط کرده و به کمک آن می‌توان زمانی که برای ته نشینی نمونه‌ها در لوله آزمایش مورد نیاز است را سنجید.

اما حداقل و حداکثر شعاع چیست و چگونه بر زمان ته نشین شدن نمونه تاثیر می‎گذارد؟

• حداقل شعاع: هرچه میزانِ حداقل شعاع بیشتر باشد، نیروی گریز از مرکز وارد شده به قسمت بالای لوله آزمایش بیشتر شده و جداسازی ذرات نمونه سریعتر انجام می‌شود.
• حداکثر شعاع: یکی دیگر از عواملی که تاثیر مستقیمی بر کارایی روتور دارد، اختلاف بین شعاع حداکثر و حداقل یا (pathlength) کلی روتور است. هرچه این اختلاف کمتر باشد، ذرات نمونه برای حرکت بین دیواره‌‌های لوله مسیر کمتری را طی خواهند کرد. بنابراین نیروی لازم برای جداسازی ذرات کمتر خواهد بود. pathlength تابعی از قطر لوله نمونه، طول لوله و زاویه نگهداری لوله است.

برای به دست آوردن راندمان رسوب‌گذاری یک سیستم سانتریفیوژ در بیشترین میزان سرعت چرخش (rpm) روتور، از K factor استفاده می‌شود که به کمک معادله 1 قابل محاسبه است:

معادله 1:

که در آن:

• k factor: K
• n :حداکثر سرعت چرخش (rpm)
• r_max: حداکثر شعاع روتور
• r_min: حداقل شعاع روتور

با داشتن k factor برای هر روتور، می‌توان محاسبه کرد که چه مدت زمانی برای ته نشین شدن ذرات نمونه لازم است. این مدت زمان از طریق معادله 2 و به صورت زیر محاسبه می‌شود:

معادله 2:

که در آن:

• زمان سانتریفیوژ کردن در سانتریفیوژ x
• t: مدت زمان سانتریفیوژ کردن در یک سانتریفیوژ مشابه است که از طریق تجربی به دست آمده است.
• K:ءk factor سانتریفیوژ مشابه
• k_x:ءk factor سانتریفیوژ x

به این ترتیب، حتی در صورتی که نیروی گریز از مرکز نسبی سانتریفیوژ کمتر از مقدار مورد نیاز آزمایش مورد نظر باشد، می‌توان به کمک محاسبه k factor مدت زمان ته نشینی نمونه را سنجید.

2- چگونه آداپتور مناسب روتور خود را انتخاب کنیم؟

امروزه آداپتورهای مختلفی برای انواع لوله‌های آزمایشگاهی تولید و عرضه می‌شوند و این تنوع سبب شده تا تصمیم‌گیری برای انتخاب یک آداپتور مناسب برای کاربران دشوار باشد. با بررسی 7 نکته‌ی زیر می‌توانید آداپتور مناسب خود را انتخاب کنید.

1. اولین نکته مهم در انتخاب آداپتور، استفاده از آداپتورهای شرکت سازنده سانتریفیوژ است. تولیدکنندگان سانتریفیوژ، آداپتورها را از لحاظ پایداری و ایمنی، آزمایش می‌کنند. بنابراین کاربر همیشه می‌تواند مطمئن باشد که استفاده از آداپتورهای شرکت سازنده، آسیبی به روتور و سانتریفیوژ نمی‌رساند. تلاش برای جا دادن آداپتورهای تولیدکنندگان دیگر در یک روتور می‌تواند موجب مشکلات جدی مانند عدم تعادل روتور، خارج شدن آداپتور و حتی شکستن روتور شود.
2. آداپتور باید حداقل 2 سوم از طول لوله را بپوشاند.
3. طول آداپتور نباید از طول لوله بیشتر باشد. در غیر این صورت، احتمال شکستن درب یا خود لوله وجود خواهد داشت. همچنین ممکن است لوله در داخل آداپتور فرو رود و برداشتن لوله، بدون اینکه محتوای داخل آن مجددا ترکیب شود، دشوار خواهد بود.
4. برای انتخاب آداپتور مناسب باید اطلاعات درستی در مورد قطر لوله، طول و شکل انتهای لوله داشته باشید. چنانچه آداپتور با لوله‌ی شما مطابقت کاملی ندارد، نزدیک‌ترین آداپتور از لحاظ شکلی را انتخاب کنید.
5. درصورتی که آداپتور مناسب ظرف نمونه‌ی شما نیست، ظرف نمونه را با اعمال فشار وارد آداپتور نکنید. این اعمال نیرو ممکن است باعث شود تا لوله درون آداپتور جای گیرد، اما این احتمال وجود دارد که لوله‌ها پس از اتمام فرایند درون آداپتور گیر کرده و یا بشکند.
6. از آنجا که استفاده از آداپتور می‌تواند حداکثر شعاع روتور را تغییر دهد، مطمئن شوید که آداپتور مانع رسیدن شما به نیروی گریز از مرکز مورد نیاز نخواهد شد.
7. در نهایت می‌توانید برای انتخاب آداپتور مناسب از شرکت سازنده راهنمایی دریافت کنید.

3- ضریب انتقال حرارت

ضریب انتقال حرارت (Thermal conductivity)، اصطلاحی فیزیکی است که خصوصیات ماده را برای انتقال گرما یا برودت توصیف می‌کند. موادی که دارای ضریب انتقال حرارت بالا هستند، عایق حرارتی بوده و دما را یکنواخت نگه می‌دارند.

ضریب انتقال حرارت تابعی از حرکت مولکول‌های ماده است. زمانی که چگالی ماده بالا باشد، مولکول‌های بیشتری در حال حرکت هستند. در نتیجه میزان انتقال گرما در این مواد بیشتر از موادی که چگالی کمی دارند خواهد بود.

اما، ضریب انتقال حرارت در سانتریفیوژ چه اهمیتی دارد؟

برای پاسخ به این سوال، به یک روز عادی در آزمایشگاه فکر کنید. اگر نیاز باشد نمونه‌ها در سانتریفیوژ یخچال‌دار سانتریفیوژ شوند، اولین کاری که باید انجام دهید این است که سانتریفیوژ را از دمای اتاق به دمای مطلوب، برسانید. برای انجام چنین کاری، اغلب سانتریفیوژهای آزمایشگاهی به سیستم پیش سرمایش مجهز هستند.

هنگام پیش سرمایش، سانتریفیوژ هوای محفظه روتور را خنک کرده و روتور را به آرامی می‌چرخاند تا هوای خنک به تدریج با هوای محفظه ترکیب شود. این عمل تا زمانی که دما به میزان مورد نظر برسد ادامه خواهد داشت.

روتورهای سانتریفیوژ بسته به شرکت سازنده، از مواد مختلفی ساخته می‌شوند (به طور مثال پلیمرهای پلاستیکی و یا آلومینیوم). این دو ماده از نظر چگالی و رسانایی گرمایی با یکدیگر تفاوت زیادی دارند. آلومینیوم در مقایسه با پلیمرهای پلاستیکی دارای چگالی و ضریب انتقال حرارتی بالا است. این بدان معنی است که روتورهایی که از جنس آلومینیوم هستند، در فرایند پیش سرمایش، خیلی سریع خنک می‌شوند و این یک مزیت بزرگ برای سانتریفیوژها محسوب می‌شود.

4- ارگونومی در سانتریفیوژ کردن

ارگونومی تنها به سبک یا کوچک بودن یک محصول خلاصه نمی‌شود. بلکه یک رویکرد کلی است که آزمایشگاه، کاربر و تمامی تجهیزات را نیز در بر می‌گیرد. کمی صرف وقت برای بهینه‌سازی آزمایشگاه به لحاظ ارگونومیکی، می‌تواند از کاربر در برابر آسیب‌های ناشی از کار محافظت کرده، باعث صرفه جویی در زمان و هزینه‌های آزمایشگاه شود و به طور کلی عملکرد و بهره‌وری یک آزمایشگاه را بهبود بخشد. آلودگی صوتی از جنبه‌های مهم ارگونومی محسوب می‌شود.

ممکن است در یک آزمایشگاه، چندین دستگاه به طور همزمان کار کنند. به همین دلیل سطح صدا در این محیط معمولاً بسیار زیاد است. صدای بالای 55 دسی بل برای اکثر افراد آزار دهنده تلقی می‌شود. این آلودگی صوتی می‌تواند بر سلامتی کارکنان تاثیر منفی گذاشته، تمرکز آنان را بهم‌زده و به‌طور کلی بازده آزمایشگاه را کاهش دهد.

بنابراین هنگام ارزیابی سانتریفیوژها، فقط ظرفیت و سرعت چرخش را در نظر نگیرید. بلکه در مورد سطح صدا نیز فکر کنید. کم صدا بودن سانتریفیوژ آزمایشگاهی، یکی از نکاتی است که می‌تواند در افزایش ارگونومی محیط آزمایشگاه موثر باشد.

جمع‌بندی

همانطور که در این مقاله گفته شد، سانتریفیوژها تجهیزات مهم و حساس در آزمایشگاه محسوب می‌شوند و از آنجایی که تجهیزات گران قیمتی هستند، نیازمند استفاده و مراقبت صحیح هستند. استفاده صحیح از سانتریفیوژ مستلزم دانستن نکات کلی و جزئی این تجهیز است. به همین دلیل اگر با سانتریفیوژ آزمایشگاهی کار می‌کنید، ممکن است بارها به جست و جوی مطالبی در رابطه با سانتریفیوژ پرداخته و آن‌ها را خوانده و مرور کرده باشید. (مانند نظافت سانتریفیوژ، نکات rmp و RCF و …)

ما در این مقاله سعی کردیم تا 4 نکته‌ی مهم در رابطه با کار با سانتریفیوژهای آزمایشگاهی را بیان کنیم که کمتر به آن پرداخته شده است.

امیدواریم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد. خوشحال می‌شویم اگر تجربه و یا نظری در رابطه با این 4 نکته دارید، آن را با ما به اشتراک بگذارید.