مبدأ عمل جهاز الطرد المركزي
يعمل جهاز الطرد المركزي تحت تأثير قوة الجاذبية، وباستخدام مبدأ الترسيب، وفيه تُفصل المواد حسب كثافتها، إذ يتسبّب التسارع المركزي في فصل وتحريك المواد والجزيئات، حيث تُزاح المواد الأقلّ كثافة وتنتقل للمركز، وتستقر المواد الأكثر كثافة على شكل راسب في قاع الأنبوب، وترتفع المواد قليلة الكثافة لأعلى، ويُذكر أنّ هناك أنواع مختلفة للفصل أبرزها التكوير، وفيه تتركّز الجسيمات على شكل حبيبات في الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي، ثمّ تبدأ عمليات الفصل عن المحلول وتبقى المواد الزائدة كمواد طافية، وأثناء هذه العملية تتحوّل المواد الكيميائية من مادة أساسية أو وسط مائي إلى مادة مُذيبة، ويُشار إلى أنّ هناك بروتوكلات تُحدّد قوى الطرد المركزية، والتسارع، والدوران، وذلك في أجهزة الطرد المركزية.
ما هو جهاز الطرد المركزي؟
هو جهاز يُستخدم لفصل المخاليط باستخدام قوة الطرد المركزي، حيث يُشغّل جهاز الطرد المركزي بواسطة محرك كهربائي يدور في حركة دورانية حول محور ثابت، كما يعمل جهاز الطرد المركزي من خلال وضع الجسم في حالة دوران حول محور ثابت، مع تطبيق قوة متعامدة على محور الدوران إلى الخارج.
مكونات جهاز الطرد المركزي
تتكوّن أجهزة الطرد المركزي من مكوّنات أساسية، وهي كالآتي:
- الدوّار: وهو الجزء الذي يحمل الأنابيب أو الزجاجات أو الأكياس التي تحتوي على سوائل للطرد المركزي، وهناك أحجام وأنواع مُختلفة من الدوّار، وهي قابلة للتبديل مع بعضها البعض.
- عمود القيادة: الجزء الواصل ما بين المُحرك والدوّار.
- المحرك: يُوفّر المحرك القدرة على تدوير الدوّار في الجهاز.
- الخزانة: تُحيط بكافة أجزاء جهاز الطرد المركزي، وتحمي الجهاز في حالة وجود شرخ أو كسر في الأنابيب، كما تُثبّت أدوات التحكّم في التشغيل، ومؤشرات السرعة والوقت على الخزانة.
- الفرامل: تحتوي معظم أجهزة الطرد المركزي على نظام فرامل لإيقاف الدوّار بعد انتهاء التشغيل، وتكون هذه الفرامل كهربائية وليست يدوية.
نصائح لاختيار جهاز الطرد المركزي المناسب
تتوافر أجهزة الطرد المركزي منذ سنوات عديدة خاصةً في المُختبرات، لكنّ الكثير لديهم أسئلة حول طراز أجهزة الطرد المركزي المناسب لاحتياجاتهم، وللمساعدة في اختيار الجهاز الأنسب يُفضّل أن تتم مراعاة 5 نقاط عند الاختيار، وهي كالآتي:
- السرعة: تُعدّ سرعة الجهاز من النقاط المهمة لاختيار جهاز الطرد المركزي، حيث تُقاس سرعة الدوران بوحدة (RPMs)، ولضمان الاختيار الصحيح لجهاز الطرد المركزي يجب معرفة السرعات التي تحتاجها الاختبارات في عمليات الفصل والمواد التي تُستخدم في المختبر.
- المرونة: تُعتبر مرونة الجهاز من الأمور الرئيسية في البحث عن جهاز الطرد المركزي المناسب، حيث قد يحتاج المُستخدم لتبديل دوارات الجهاز لتُناسب استخداماته والتي قد تتغيّر مع الوقت.
- المساحة: ويُقصد بها المساحة المتوافرة للجهاز وحجمه، فبعض أجهزة الطرد المركزية أرضية وتحتاج لمساحة أرضية كبيرة، ويُشار إلى أنّ هناك أجهزة حديثة ذات كفاءة عالية لا تحتاج إلى مساحة كبيرة.
- السهولة: يُفضّل اختيار جهاز طرد مركزي سهل الاستخدام، أي لا يجب اختيار جهاز مُعقّد، بل جهاز يُمكن للجميع العمل به وتشغيله وإيقافه دون تعقيدات، ويحتوي على لوحة تحكّم سهلة التنقّل.
- استخدام التطبيقات: يُمكن البحث عن الجهاز المناسب عن طريق تنزيل بعض التطبيقات الخاصة والمتوافرة مجاناً في متاجر التطبيقات، إذ يمُكن للمُستخدم البحث والاختيار عن ما يُناسبه من ضمن العديد من الاختيارات الموجودة.
ما هو الطرد المركزي؟
هي تقنية تُساعد على فصل المخاليط عن طريق تطبيق قوة الطرد المركزي للمواد، حيث تُفصل الجسيمات عن المحلول وِفقًا لحجمها، وكثافتها، وشكلها، وسرعة الدوّار، ولزوجة الوسط، ويجدر بالذكر أنّ لعملية الطرد المركزي مبادئ عديدة، وهي كالآتي:
- تنزل الجسيمات ذات الكثافة العالية في المحلول للأسفل، والخفيفة تطفو لأعلى.
- كلّما زاد الاختلاف في الكثافة زادت سرعة تحرّك المواد، إذ إن لم يكن هناك اختلاف في الكثافة، فإنّ الجسميات تبقى ثابتة.
- يُمكن استبدال قوة الجاذبية بقوة الطرد المركزي التي يُوفّرها الجهاز وذلك للاستفادة من الاختلافات البسيطة في الكثافة.
تتعدّد العوامل التي تتأثّر بها تقنية الطرد المركزي، ومن أبرزها ما يأتي:
- كثافة العينات والمحلول.
- اللزوجة.
- درجة الحرارة.
- مسافة إزاحة الجسيمات.
- سرعة الدوران.
استعمالات جهاز الطرد المركزي
تُستعمل أجهزة الطرد المركزي على اختلاف أنواعها اعتماداً على سرعة الدوران في كثير من التطبيقات في الحياة اليومية، ومنها ما يأتي:
- تستعمل أجهزة الطرد المركزي ذات السرعة الفائقة في عملية فصل الجزيئات والذرات، حيث يُستخدم جهاز طرد مركزي غازي في تجارب تخصيب اليورانيوم، حيث تُفصل النظائر المختلفة؛ ويُسحب النظير الأثقل للخارج أكثر من النظير الأخف، كما يُستخدم في إنتاج الأسلحة النووية، بالإضافة لاستخدامه في عمليات وتجارب البحث العلمي.
- يُستخدم جهاز الطرد المركزي في المصانع المختلفة، حيث يُستعمل لفصل الزبدة والقشدة من الحليب، كما تُستخدم في عملية صبّ المعادن وتحضير المواد الكيميائية.
- تستخدم في الغسالات في فصل المياه عن الملابس ممّا يعمل على تجفيفها، وكذلك في بعض أدوات المطبخ التي تُستخدم لغسل الخضروات، حيث تُغسل الخضروات ثمّ تعُصر بنفس مبدأ غسالة الملابس.
- تستخدم وكالة الفضاء الأمريكية ناسا جهاز الطرد المركزي لمحاكاة الدفع الكبير الذي يحصل لرواد الفضاء نحو مقاعدهم وذلك أثناء انطلاق الصاروخ نحو الفضاء، ممّا يجعلهم مُستعدين لما قد يواجهون خلال رحلتهم.
- تستخدم أجهزة الطرد المركزي في المختبرات الطبية في عملية تحضير عينات الدم للتحليل، وخصوصاً عند الحاجة لفصل مكونات الدم من بلازما، وخلايا دم حمراء ومكونات أخرى، حيث تُفصل اعتماداً على تباين كثافتها.
الخلاصة
يُستخدم جهاز الطرد المركزي بشكل رئيسي لفصل المخاليط اعتماداً على كثافتها ووِفقاً لمبدأ الترسيب، وتتأثّر عملية الفصل بكثافة العينات، ودرجة الحرارة، وغيرها من العوامل، ويُشار إلى أنّ هناك العديد من التطبيقات التي تستخدم جهاز الطرد المركزي، ومنها: مصانع الألبان والأجبان ومشتقاتها، والمختبرات الطبية، كما يُستخدم في وكالات الفضاء، وصناعة الأسلحة النووية، وذلك لما له من فوائد وتسهيلات في عملية الفصل غير موجودة في غيره من الأجهزة والآلات.
