الطرد المركزي: ماهيته ، أنواعه ، أهميته ، أمثلة - كيمياء - 2025

و الطرد المركزي هي تقنية، طريقة أو إجراء، ميكانيكيا أو جسديا فصل الجزيئات أو الجسيمات ذات الكثافة المختلفة، وموجودة أيضا في وسط سائل. حجر الزاوية الخاص به هو تطبيق قوة الطرد المركزي ، التي يتم تطبيقها بواسطة معدات تسمى جهاز الطرد المركزي.

عن طريق الطرد المركزي ، يمكن فصل مكونات عينة السائل وتحليلها. من بين هذه المكونات فئات مختلفة من الجزيئات أو الجسيمات. كجسيمات ، تتم الإشارة إلى شظايا خلوية مختلفة ، إلى عضيات الخلايا ، وحتى أنواع مختلفة من الخلايا ، من بين أمور أخرى.

جهاز الطرد المركزي. المصدر: مات جانيكي عبر فليكر

يعتبر تيودور سفيدجر من الرواد في أبحاث الطرد المركزي. جائزة نوبل في عام 1926 ، حددت أن الجزيئات أو الجسيمات بأحجامها الخاصة لها معاملات ترسيب مختلفة S. يأتي "S" من Svedger ، تكريمًا لعمله.

لذلك فإن للجسيمات معدلات ترسيب مميزة. هذا يعني أنه ليس كلهم ​​يتصرفون بنفس الطريقة تحت تأثير قوة الطرد المركزي المعبر عنها في عدد دورات في الدقيقة (rpm) ، أو كدالة لنصف قطر الدوار (قوة الطرد المركزي النسبية ، g).

من بين العوامل التي تحدد S وسرعتها ، على سبيل المثال ، خصائص الجزيئات أو الجسيمات ؛ خصائص الوسيط. تقنية أو طريقة الطرد المركزي ؛ ونوع أجهزة الطرد المركزي المستخدمة ، من بين جوانب أخرى.

يتم تصنيف الطرد المركزي حسب فائدته. في الإعداد ، عندما يقتصر على فصل مكونات العينة ؛ وفي التحليلات ، عندما تسعى أيضًا إلى تحليل الجزيء أو الجسيم المنفصل. من ناحية أخرى ، يمكن أيضًا تصنيفها بناءً على ظروف العملية.

كان الطرد المركزي بأنواعه المختلفة ضروريًا لتقدم المعرفة العلمية. تُستخدم في مراكز الأبحاث ، وقد سهلت فهم العمليات الكيميائية الحيوية والبيولوجية المعقدة ، من بين أشياء أخرى كثيرة.

مما تتكون؟ (معالجة)

أساس الطرد المركزي

تعتمد عملية الطرد المركزي على حقيقة أن الجزيئات أو الجسيمات التي تشكل عينة في المحلول سوف تدور عند الدوران في جهاز يسمى جهاز الطرد المركزي. يؤدي هذا إلى فصل الجسيمات عن البيئة المحيطة بها لأنها تستقر بسرعات مختلفة.

تعتمد العملية بشكل خاص على نظرية الترسيب. وفقًا لذلك ، ستستقر الجسيمات ذات الكثافة الأعلى ، بينما تظل بقية المواد أو مكونات البيئة معلقة.

لماذا ا؟ لأن الجزيئات أو الجزيئات لها أحجامها وأشكالها وكتلها وأحجامها وكثافتها. لذلك ، لا يتمكن كل منهم من الترسب بنفس الطريقة ، مما يترجم إلى معامل ترسيب مختلف S ؛ وبالتالي بمعدل ترسيب مختلف.

هذه الخصائص هي تلك التي تسمح للجزيئات أو الجزيئات بالفصل بقوة الطرد المركزي بسرعة معطاة للطرد المركزي.

قوة الطرد المركزي

ستتأثر قوة الطرد المركزي بعدة عوامل تحدد الترسيب: تلك المتأصلة في الجزيئات أو الجسيمات ؛ لخصائص البيئة التي توجد فيها ؛ والعوامل المتعلقة بأجهزة الطرد المركزي حيث يتم تنفيذ إجراء الطرد المركزي.

فيما يتعلق بالجزيئات أو الجسيمات ، فإن الكتلة والحجم المحدد وعامل التعويم هي عوامل مؤثرة في الترسيب.

فيما يتعلق بالبيئة المحيطة بهم ، فإن كتلة المذيب المزاح ، وكثافة الوسط ، ومقاومة التقدم ومعامل الاحتكاك مهمان.

فيما يتعلق بالطرد المركزي ، فإن أهم العوامل التي تؤثر على عملية الترسيب هي نوع الدوار ، والسرعة الزاوية ، وقوة الطرد المركزي ، وبالتالي سرعة الطرد المركزي.

أنواع أجهزة الطرد المركزي

هناك عدة أنواع من أجهزة الطرد المركزي يمكن من خلالها إخضاع العينة لسرعات مختلفة للطرد المركزي.

اعتمادًا على السرعة القصوى التي تصل إليها ، والتي يتم التعبير عنها في تسارع الطرد المركزي (قوة الطرد المركزي النسبية ز) ، يمكن تصنيفها ببساطة على أنها أجهزة طرد مركزي ، لها سرعة قصوى تبلغ حوالي 3000 جم.

بينما في ما يسمى بأجهزة الطرد المركزي الفائقة ، يمكن الوصول إلى نطاق أكبر من السرعات بالقرب من 25000 جم. وفي أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة ، تكون السرعة أعلى بكثير ، حيث تصل إلى 100000 جم.

وفقًا لمعايير أخرى ، توجد أجهزة طرد مركزي صغيرة أو أجهزة طرد مركزي ، وهي خاصة لأداء عملية الطرد المركزي بحجم عينة صغير ، يصل إلى نطاق يتراوح من 12000 إلى 15000 جم.

توجد أجهزة طرد مركزي عالية السعة تسمح بالطرد المركزي بأحجام عينات أكبر وعالية السرعة مثل أجهزة الطرد المركزي الفائقة.

بشكل عام ، يجب التحكم في عدة عوامل لحماية الدوار والعينة من ارتفاع درجة الحرارة. لهذا الغرض ، تم إنشاء أجهزة الطرد المركزي الفائق بظروف تفريغ خاصة أو تبريد ، من بين أمور أخرى.

أنواع الدوار

أحد العناصر المحددة هو نوع الدوار ، وهو الجهاز الذي يدور وأين توضع الأنابيب. هناك أنواع مختلفة من الدوارات. من بين أهمها دوارات swingarm ، دوارات بزاوية ثابتة ودوارات رأسية.

في الدوارات المائلة ، عند وضع الأنابيب في الأجهزة من هذا النوع من الدوار وعند الدوران ، تكتسب الأنابيب ترتيبًا عموديًا على محور الدوران.

في الدوارات ذات الزاوية الثابتة ، توضع العينات داخل هيكل صلب ؛ كما يظهر في الصورة وفي العديد من أجهزة الطرد المركزي.

وفي الدوارات العمودية في بعض أجهزة الطرد المركزي الفائقة ، ستدور الأنابيب بالتوازي مع محور الدوران.

أنواع الطرد المركزي

تختلف أنواع الطرد المركزي حسب الغرض من تطبيقها والظروف التي يتم فيها تنفيذ العملية. قد تختلف هذه الشروط اعتمادًا على نوع العينة وطبيعة ما يجب فصله و / أو تحليله.

هناك معيار تصنيف أول يعتمد على الهدف أو الغرض من أدائه: الطرد المركزي التحضيري والطرد المركزي التحليلي.

الطرد المركزي التحضيري

يتلقى هذا الاسم عند استخدام الطرد المركزي بشكل أساسي لعزل أو فصل الجزيئات أو الجزيئات أو أجزاء الخلية أو الخلايا ، لاستخدامها أو تحليلها لاحقًا. كمية العينة المستخدمة بشكل عام لهذا الغرض كبيرة نسبيًا.

الطرد المركزي التحليلي

يتم إجراء الطرد المركزي التحليلي من أجل قياس أو تحليل الخصائص الفيزيائية ، مثل معامل الترسيب والكتلة الجزيئية للجسيمات المستقرة.

يمكن إجراء الطرد المركزي على أساس هذا الهدف من خلال تطبيق شروط موحدة مختلفة ؛ كما هو الحال ، على سبيل المثال ، لإحدى تقنيات التنبيذ الفائق التحليلية ، والتي تسمح بتحليل الجزيئات أو الجسيمات التي يتم فصلها ، حتى أثناء حدوث الترسيب.

في بعض الحالات المحددة ، قد يلزم استخدام أنابيب الكوارتز للطرد المركزي. وبالتالي ، فهي تسمح بمرور الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية ، حيث يتم ملاحظة الجزيئات وتحليلها باستخدام نظام بصري أثناء عملية الطرد المركزي.

على وجه التحديد ، هناك معايير تصنيف أخرى تعتمد على الخصائص أو الظروف التي يتم فيها تنفيذ عملية الطرد المركزي. هذه هي: الطرد المركزي التفاضلي ، الطرد المركزي للمنطقة أو النطاق ، والطرد المركزي المتوازن أو الطرد المركزي للترسيب.

الطرد المركزي التفاضلي

يتكون هذا النوع من الطرد المركزي من إخضاع عينة للطرد المركزي ، بشكل عام بدوار زاوية ، لوقت وسرعة محددين.

يقوم على فصل الجسيمات بسبب اختلافها في سرعة الترسيب والتي ترتبط مباشرة بأحجامها. تلك التي تكون أكبر وأكبر S ، تستقر في قاع الأنبوب ؛ بينما تلك الأصغر ستظل معلقة.

الفصل المعلق للترسيب أمر حيوي في هذا النوع من الطرد المركزي. يجب صب الجسيمات المعلقة أو إزالتها من الأنبوب ، بحيث يمكن تعليق الرواسب أو الحبيبات في مذيب آخر للتنقية اللاحقة ؛ أي ، يتم طرده مرة أخرى.

هذا النوع من التقنية غير مفيد لفصل الجزيئات. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدامه لفصل ، على سبيل المثال ، العضيات الخلوية والخلايا ، من بين جزيئات أخرى.

الطرد المركزي للمنطقة أو الفرقة

يقوم الطرد المركزي في المنطقة أو النطاق بفصل مكونات العينة بناءً على اختلاف S عند المرور عبر وسيط ذي تدرج كثافة مسبق ؛ مثل Ficoll ، أو السكروز ، على سبيل المثال.

توضع العينة فوق التدرج اللوني لأنبوب الاختبار. بعد ذلك ، ينتقل إلى أجهزة الطرد المركزي بسرعة عالية ويتم الفصل في نطاقات مختلفة مرتبة على طول الوسط (كما لو كان جيلاتينًا بطبقات متعددة).

تبقى الجسيمات ذات القيمة المنخفضة لـ S في بداية الوسيط ، بينما الجسيمات الأكبر أو التي تحتوي على S أعلى ، تتجه نحو قاع الأنبوب.

باستخدام هذا الإجراء ، يمكن فصل المكونات الموجودة في نطاقات الترسيب المختلفة. من المهم التحكم في الوقت جيدًا لتجنب استقرار جميع جزيئات أو جزيئات العينة في قاع الأنبوب.

الطرد المركزي Isopycnic وأنواع أخرى

- هناك العديد من الأنواع الأخرى للطرد المركزي ، مثل isopycnic. هذا متخصص في فصل الجزيئات الكبيرة ، حتى لو كانت من نفس النوع. يتلاءم الحمض النووي جيدًا مع هذا النوع من الجزيئات الكبيرة ، لأنه يقدم اختلافات في تسلسل وكمية قواعده النيتروجينية ؛ وبالتالي ترسب بسرعات مختلفة.

- هناك أيضًا تنبيذ فائق ، يتم من خلاله دراسة خصائص الترسيب للجزيئات الحيوية ، وهي عملية يمكن مراقبتها باستخدام الأشعة فوق البنفسجية ، على سبيل المثال.

لقد كان مفيدًا في فهم الهياكل أو العضيات دون الخلوية. كما أنه مكّن من إحراز تقدم في البيولوجيا الجزيئية وفي تطوير البوليمرات.

التطبيقات

هناك مجالات لا حصر لها من الحياة اليومية تستخدم فيها أنواع مختلفة من أجهزة الطرد المركزي. يتم استخدامها للخدمة الصحية ، في مختبرات التحليل الحيوي ، في صناعة الأدوية ، من بين مجالات أخرى. ومع ذلك ، يمكن تلخيص أهميتها في كلمتين: منفصل ومميز.

يفصل الجسيمات

في الكيمياء ، أثبتت تقنيات الطرد المركزي المختلفة أهميتها الشديدة لأسباب عديدة.

يسمح بفصل جزيئين أو جسيمات قابلة للامتزاج. يساعد على إزالة الشوائب أو المواد أو الجزيئات غير المرغوب فيها في العينة ؛ على سبيل المثال ، عينة حيث تريد فقط حفظ البروتينات.

في عينة بيولوجية ، مثل الدم ، يمكن فصل البلازما عن المكون الخلوي عن طريق الطرد المركزي. يساهم هذا في أداء أنواع مختلفة من الاختبارات البيوكيميائية أو المناعية على البلازما أو المصل ، وكذلك للدراسات الروتينية أو الخاصة.

حتى الطرد المركزي يسمح بفصل الأنواع المختلفة من الخلايا. من عينة الدم ، على سبيل المثال ، يمكن فصل خلايا الدم الحمراء عن الكريات البيض أو خلايا الدم البيضاء ، وكذلك من الصفائح الدموية.

يمكن الحصول على نفس المنفعة من خلال الطرد المركزي في أي من السوائل البيولوجية: البول ، والسائل النخاعي ، والسائل الأمنيوسي ، وغيرها الكثير. بهذه الطريقة يمكن إجراء مجموعة متنوعة من التحليلات.

كأسلوب توصيف

كما أتاح دراسة أو تحليل الخصائص أو الخصائص الهيدروديناميكية للعديد من الجزيئات ؛ بشكل رئيسي من الجزيئات المعقدة أو الجزيئات الكبيرة.

بالإضافة إلى العديد من الجزيئات الكبيرة مثل الأحماض النووية. بل إنها جعلت من السهل توصيف تفاصيل الأنواع الفرعية لنفس الجزيء مثل RNA ، من بين العديد من التطبيقات الأخرى.

أمثلة على الطرد المركزي

- بفضل تقنيات الطرد المركزي المختلفة ، تم إحراز تقدم في المعرفة الدقيقة للعمليات البيولوجية المعقدة مثل الأمراض المعدية والتمثيل الغذائي ، من بين أمور أخرى.

- من خلال الطرد المركزي ، تم توضيح العديد من الجوانب الوظيفية والبنية التحتية للجزيئات والجزيئات الحيوية. من بين هذه الجزيئات الحيوية ، بروتينات الأنسولين والهيموغلوبين. ومن ناحية أخرى ، الأحماض النووية (DNA و RNA).

- بدعم من الطرد المركزي ، تم توسيع المعرفة والفهم للعديد من العمليات التي تحافظ على الحياة. واحد منهم هو دورة كريبس.

في نفس مجال المنفعة ، فقد أثرت في معرفة الجزيئات التي تشكل السلسلة التنفسية. وبالتالي ، يُلقي الضوء على فهم العملية المعقدة للفسفرة المؤكسدة ، أو التنفس الخلوي الحقيقي ، من بين العديد من العمليات الأخرى.

- أخيرًا ، فقد ساهم في دراسة العمليات المختلفة ، مثل الأمراض المعدية ، من خلال السماح بتحليل المسار الذي يتبعه الحمض النووي المحقون بواسطة العاثية (فيروس البكتيريا) والبروتينات التي يمكن للخلية المضيفة تخليقها.

المراجع

1. بارول كومار. (سادس). الطرد المركزي: مقدمة ، أنواع ، استخدامات وتفاصيل أخرى (مع رسم بياني). مأخوذة من: biologydiscussion.com
2. الفصل 3 الطرد المركزي.. تم الاسترجاع من: phys.sinica.edu.tw
3. أساسيات الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية التطبيقية. (بكالوريوس أحياء) الموضوع 2: الطرد المركزي.. مأخوذة من: ehu.eus
4. ماثيوز ، سي كيه وفان هولدي ، كيه إي (1998). الكيمياء الحيوية ، الطبعة الثانية. ماكجرو هيل Interamericana.
5. ويكيبيديا. (2018). الطرد المركزي. مأخوذة من: en.wikipedia.org