צנטריפוגה

צנטריפוגה שולחנית

צנטריפוגה (בעברית: סרכזת) היא מתקן להפרדת חומרים, בעיקר חלקיקים זעירים, המרחפים בנוזל. ההפרדה נעשית באמצעות סיבוב החומר במבחנה סביב ציר מרכזי, ושימוש בכוח הצנטריפוגלי להפרדת החומרים על פי צפיפותם - חומרים בעלי צפיפות גבוהה יותר, כלומר כבדים יותר, נעים ומצטברים קרוב לתחתית המבחנה. לפעולה זו קוראים סִרכוז ומשתמשים בה רבות במחקר הביולוגי, על מנת להפריד חומרים שונים. לדוגמה: נעשה שימוש בצנטריפוגה על מנת לבודד ממברנות תאים לבדיקות מסוימות או תאים שלמים כחלק מתהליך יצירת תמונת קריוטיפ.

בתעשייה משתמשים בצנטריפוגות להפרדה של מרכיבים בעלי משקל סגולי שונה המעורבבים בתערובת. בתהליך העשרת אורניום משתמשים בצנטריפוגות אשר מפרידות על ידי שימוש במהירות עצומה, את שני האיזוטופים של האורניום למרות הפרש המשקל הסגולי הזעיר ביניהם. במחלבה משתמשים בצנטריפוגה להפרדת השמנת מהחלב.

צנטריפוגה דיפרנציאלית

בצנטריפוגה דיפרנציאלית מבצעים את תהליך הצנריפוגה מספר פעמים כאשר כל פעם כזאת מסירים את המשקע ומגדילים את כוח צנטריפוגלי, לאחר מספר פעמים מבוצעים תהליכי טיהור על ידי שיקוע בשיווי משקל והשכבה הרצויה נלקחת להמשך אנליזה.

אופן הפעולה

מאחר שחלקיקים שונים הם בגדלים שונים ובצפיפויות שונות, כל חלקיק ישקע בכוח צנטריפוגלי מינימלי שונה. וכך ההפרדה של הדוגמית לשכבות שונות תעשה תחילה על ידי צנטריפוגה של החלקיק הראשוני (למשל תכולת התא לאחר פירוקו) תחת כוחות חלשים, סילוק המשקע ולאחר מכן חשיפת התרחיף לכוחות צנטריפוגלים הולכים וגוברים. בכל פעם ישוקע נתח צפיפויות מסוים לתחתית המבחנה. חזרה מושכלת על שיטה זו, תספק שכבות שונות אשר ייצגו חלקים שונים של הדוגמית המקורית. ניתן גם להרחיף מחדש שכבות מסוימות ששוקעו ולהריצם שוב בצנטריפוגה על מנת להגיע לעידון נוסף בהפרדה. השיקוע תלוי במסה, בצורה ובנפח הספציפי של המקרומולקולות, בצפיפות הממס, בגודל הרוטור ומהירות הסיבוב. מהירות השיקוע יכולה להיות מנוטרת תוך כדי הניסוי על מנת לחשב את המשקל המולקולרי. קבוע השיקוע (s) ניתן גם הוא לחישוב בשיטה זו. ערך גבוה של s יצביע על משקל מולקולרי גבוה. כך, חלקיקים דחוסים ישקעו מהר יותר בעוד חלבונים מאורכים בעלי קבוע חיכוך גבוה ישקעו לאט יותר. בדרך כלל מאפיינים צנטריפוגה לא בקצב הסיבוב שלה אלא בתאוצה שהיא מפעילה על הדגם הנבדק. זו הבחנה חשובה כי שתי צנטריפוגות שונות בעלות רדיוסי סיבוב שונים, הפועלות באותה מהירות סיבוב, יתנו תוצאות שונות כי תפעל בהן תאוצה שונה על המדגם. את התאוצה מקובל למדוד בכפולות של g - תאוצת הכובד על פני כדור הארץ.

התאוצה מחושבת ממכפלת הרדיוס במהירות הזוויתית בריבוע. הוגדר ערך הנקרא "יחסי כוח צנטריפוגלי" (RCF), והיא מידה של התאוצה המוחלת על דגימה מסוימת ונמדדת בכפולות של תאוצת הכובד ונתונה על ידי:

$\mathrm{RCF} = r\, (2\pi N)^2/g \,$

כאשר

$\textstyle g$ תאוצת הכובד,

$\textstyle r$ רדיוס הסיבוב,

$\textstyle N$ מס סיבובים ליח' זמן.

$\mathrm{RCF} = 1.118\, \times 10^{-5}\, r_\mathrm{cm} \, N_\mathrm{RPM}^2 \,$

כאשר

$\textstyle r_\mathrm{cm}$ רדיוס הסיבוב בס"מ,

$\textstyle N_\mathrm{RPM}$ סיבובים לשנייה.

אולטראצנטריפוגה

אולטראצנטריפוגה היא צנטריפוגה המסוגלת להגיע למהירויות גבוהות במיוחד. היא בנויה ממקרר ותא ואקום אשר מכיל רוטור המונע על ידי מנוע אלקטרוני. מהירות הרוטור יכולה להגיע עד לכדי 70,000 סל"ד, מהירות שיוצרת כוחות צנטריפוגלים של 500,000g. כוח זה מסוגל ליצור שיקוע של מיקרומולקולות ואפילו חלוקה לא אחידה של מולקולות קטנות.

ראו גם

• כוח צנטריפוגלי

קישורים חיצוניים

• מחשבון לחישוב כוח הסירכוז