Centrifuge เครื่องแยกสารหรืออนุภาคขนาดเล็กออกจากของเหลว
เครื่อง Centrifuge หรือ เครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอน หลายคนอาจเรียกกันในอีกชื่อว่า เครื่องปั่นเหวี่ยง หรือ เครื่องปั่นเหวี่ยงแยกสาร เป็นหนึ่งในอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานที่นำเอาไปใช้เพื่อช่วยเร่งอัตราการตกตะกอนของอนุภาคต่าง ๆ ที่มีขนาดเล็กมากและไม่ละลายให้แยกตัวออกไปจากของเหลว เมื่อทำการหมุนเหวี่ยงแล้วจะได้ส่วนประกอบ คือ ตะกอน และของเหลว เหมาะกับการใช้งานในหลากหลายอุตสาหกรรม
เครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอน (Centrifuge) เป็นเครื่องมือสำหรับสร้างแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง เพื่อนำไปใช้แยกสารหรืออนุภาค โดยอาศัยหลักความแตกต่างของความหนาแน่น ขนาดของสารหรืออนุภาคนั้น ๆ โดยทั่วไป เครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอนมักใช้ในกระบวนการเตรียมตัวอย่าง และใช้ปั่นแยกสารสำหรับวิเคราะห์ มักจะใช้แยกตัวอย่างส่วนที่เป็นของแข็งออกจากตัวอย่างส่วนของเหลว หรือใช้เพื่อแยกของเหลวหลาย ๆ ชนิดที่มีความถ่วงจำเพาะต่างกันให้เกิดการแยกเป็นชั้น หรือ ทำให้สารละลายเข้มข้นขึ้น สำหรับการใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอนนั้นก่อนใช้ควรทำการศึกษาจากคู่มือ และผู้เชี่ยวชาญก่อน เพื่อลดความผิดพลาดและเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้ใช้งาน
หลักการทำงานของเครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอนเครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอนมีแกนหมุนเป็นมอเตอร์ไฟฟ้า เมื่อมีกระแสไฟฟ้าเข้ามอเตอร์จะเหนี่ยวนำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และทำให้แกนมอเตอร์หมุน ความเร็วรอบในการหมุน (RPM = Round Per Minutes) ควบคุมด้วยวงจรไฟฟ้า ส่วนเวลาที่ใช้ในการหมุนควบคุมด้วยสวิตซ์ปิด-เปิด หรือนาฬิกา
เครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอน ประกอบด้วยโครงสร้างหลัก 4 อย่าง คือ1. มอเตอร์และอุปกรณ์ทดรอบ (Motor and Gear Box) มอเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ผลักให้เกิดการหมุนรอบแกน มี 2 ชนิด คือ ชนิดที่ใช้แปรงถ่าน (Brush Drive) และชนิดที่ไม่ใช้แปรงถ่าน (Brushless Inductive Drive) สำหรับเครื่อง Ultra Speed Centrifuge (100,000 รอบ/นาที) จะมีชุดเฟืองทดรอบการหมุน (Gear Box) เพื่อเพิ่มความเร็วรอบของแกนหมุน
2. โรเตอร์ (Rotor) เป็นส่วนสำหรับบรรจุภาชนะใส่ตัวอย่าง เมื่อเกิดการหมุนโดยการผลักของมอเตอร์จะเกิดแรงหนีศูนย์กลางขึ้นในบริเวณโรเตอร์ วัสดุที่ใช้ทำโรเตอร์มีหลายชนิด เช่น Aluminium Titaniumpolypropyline ทั้งนี้ขึ้นกับขนาดของแรงหนีศูนย์กลาง ความเร็วรอบที่ใช้งาน ชนิดและปริมาณตัวอย่างที่ใช้ ส่วนรูปแบบของโรเตอร์มีให้เลือกตามลักษณะการใช้งาน เช่น ห้องปฏิบัติการชันสูตร ส่วนใหญ่จะใช้โรเตอร์แบบ Swing Bucket Rotors และ Fixed Angle Rotors
3. Chamber เป็นส่วนที่มีโรเตอร์ติดตั้งอยู่ภายใน ปกติจะมีฝาปิดมิดชิด และฝาปิดนี้จะไม่สามารถเปิดออกได้ขณะที่โรเตอร์กำลังหมุนอยู่ เพื่อสร้างความปลอดภัยในการใช้งานเครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอน
4. Control Panel ส่วนของแผงควบคุมการทำงานของเครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอน มีปุ่มควบคุมการทำงานมากหรือน้อยขึ้นกับชนิดและขนาดของเครื่อง
ส่วน
Refrigerated System เป็นระบบทำความเย็นเพื่อลดอุณหภูมิให้กับตัวอย่าง เนื่องจากตัวอย่างบางชนิดอาจจะเกิดการเปลี่ยนสภาพเมื่อได้รับความร้อน สามารถทำความเย็นได้ต่ำสุดถึง -20 องศาเซลเซียส
เครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอนแบ่งตามความเร็วรอบ ดังนี้• เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วรอบต่ำ (Low Speed Centrifuge) นิยมใช้ในห้องปฏิบัติการ มีความเร็วไม่เกิน 6000 รอบ/นาที ส่วนใหญ่ใช้ในการปั่นแยกสารประเภทเซรั่ม การผสมครีมหรือน้ำยาทางด้านคลินิก หรือการวิจัย ปิโตรเลียม น้ำมันดิบ เป็นต้น
• เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วรอบสูง (High Speed Centrifuge) นิยมใช้ในห้องปฏิบัติการ มีความเร็วไม่เกิน 28000 รอบ/นาที ส่วนใหญ่ใช้ในการปั่นแยกสารประเภทตัวอย่างที่เป็นโลหิต การทดลองด้าน Bio-Chemistry เป็นต้น
ความเร็วรอบและแรงหนีศูนย์กลางการแยกสารด้วยเครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอนต้องมีการกำหนดเวลา และแรงหนีศูนย์กลางสำหรับงานนั้น ๆ เสมอ ซึ่งบางครั้งจะพบว่า มีการกำหนดเป็นค่าความเร็วรอบของการหมุนโรเตอร์ ซึ่งอาจเกิดปัญหากับการใช้งานในกรณีที่ต้องการความถูกต้องของแรงหนีศูนย์กลาง แรงหนีศูนย์กลางสัมพัทธ์ (Relative Centrifugal Force) มีความสัมพันธ์โดยตรงกับรัศมีการหมุนไม่เท่ากัน ดังนั้น การกำหนดวิธีการแยกสารด้วยค่าความเร็วรอบจึงไม่ใช่วิธีการที่เป็นมาตรฐาน ปัจจุบันบริษัทผู้ผลิตจึงมักจะเตรียมตารางเทียบค่าทั้งสองที่ใช้กับโรเตอร์แต่ละชนิดของผู้ผลิตไว้แล้ว หรือผู้ใช้สามารถทำการคำนวณได้เอง โดยการใช้สูตร ดังนี้
RCF = 1.12r (RPM/1000)2 หรือ RPM = 103(RCF/1.12r)0.5 และความหมายของสูตร คือ
RCF = แรงหนีศูนย์กลางสัมพัทธ์ หน่วยเป็น xg
RPM = อัตราความเร็วรอบ หน่วยเป็น รอบ/นาที (Round Per Minutes)
r = รัศมีแกนหมุน หน่วยเป็น มิลลิเมตรเครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอน ถูกใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม อาทิเช่น • อุตสาหกรรมการแพทย์ o กระบวนการวิเคราะห์ทางเคมี แยกชั้นเลือด
o กระบวนการวิเคราะห์ทางเคมี แยกชั้นไขมัน/เลือด
o ตรวจปริมาตรเม็ดเลือดแดงอัดแน่น
• อุตสาหกรรมยา ใช้ในกระบวนการกลั่นยา
• อุตสาหกรรมอาหาร
o แยกน้ำตาลแล็กโทส (Lactose) ออกจากโปรตีนเวย์ (Whey Protein)
o การแยกผลึกน้ำตาลซูโครส (Sucrose) ในกระบวนการผลิตน้ำตาลทราย
o แยกน้ำมันและไขมัน
• อุตสาหกรรมเครื่องดื่ม
o การปรับมาตรฐานน้ำนม
o การทำให้น้ำผลไม้ใส
o การทำให้ไวน์ใส
o การแยกยีสต์ออกจากเบียร์
o การแยกกากออกในกระบวนการสกัดกาแฟและชา
• หน่วยงานสิ่งแวดล้อมภายในอุตสาหกรรม โดยการแยกน้ำมันในกระบวนการบำบัดน้ำเสีย (Waste Water Treatment)
เครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอนควรได้รับการดูแลทำความสะอาดอย่างสม่ำเสมอ และต้องมีการสอบเทียบความถูกต้องส่วนควบคุมเวลา สอบเทียบเซนเซอร์ตรวจสอบอุณหภูมิ ตรวจวัดมาตรฐานของรอบหมุน เพื่อให้เครื่องหมุนเหวี่ยงตกตะกอนสามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ
ขอบคุณที่มาโดย
Calibration Laboratory ,
MediCool ,
Play Solution Technology ,
PROTRONICSขอบคุณภาพโดย
Alberto2018 จาก Pixabay ,
Gustavo Fring จาก Pexelsบทความน่าสนใจ :•
พลิกโฉมการวิจัยและการทดลอง สำหรับ Liquid Handling ด้วยโซลูชันอัตโนมัติเต็มรูปแบบจาก Biomek i-Series•
ปิเปตต์ (Pipette) เครื่องดูดจ่ายสารละลายในห้องแล็บอ่านบทความเพิ่มเติม >> คลิกที่นี่
