అపకేంద్ర యంత్రం

అపకేంద్ర యంత్రం (ఆంగ్లం: Centrifuge) అంటే ఇచ్చిన మిశ్రమం నుంచి ఎక్కువ ద్రవ్యరాశి ఉన్న కణాలను, తక్కువ ద్రవ్యరాశి ఉన్న కణాలను వేరు చేయడానికి ఉపయోగించే ఒక యంత్రం. విద్యుత్ మోటారు సహాయంతో అతివేగంగా తన అక్షం చుట్టూ తిరిగే ఒక స్తూపాకార పాత్రలో ఇచ్చిన మిశ్రమాన్ని వేసినపుడు అపకేంద్ర బలం వల్ల ఎక్కువ ద్రవ్యరాశి గల కణాలు పాత్ర అంచువైపుకు చేరుకుంటాయి. తక్కువ ద్రవ్యరాశి గల కణాలు పాత్ర మధ్య లోనికి చేరుకుంటాయి. ఈ విధంగా ఎక్కువ ద్రవ్యరాశిగల కణాలుగల పదార్థాన్ని, తక్కువ ద్రవ్యరాశి గల కణాలు కలిగిన పదార్థాలను వేరు చేయవచ్చు.^[1]

పనిచేయు సూత్రం

అపకేంద్ర బలం కణం ద్రవ్యరాశిపై ఆధారపడుతుంది. ద్రవ్యరాశి పెరిగితే, అపకేంద్ర బలం పెరుగును. ద్రవ్యరాశి తగ్గితే అపకేంద్ర బలం తగ్గును. అందువల్ల ద్రవ్యరాశి, అపకేంద్ర బలం అనులోమానుపాతంలో ఉంటాయి. ఈ కారణంగా తక్కువ ద్రవ్యరాశి గల కణాల పై అపకేంద్ర బలం తగ్గి పాత్ర మధ్యలోనికి చేరుతాయి. ఎక్కువ ద్రవ్యరాశి గల కణాలపై అపకేంర బలం పెరుగుట కారణంగా అవి కేంద్రం నుండి దూరంగా పోతాయి.
నీరు, బురద మిశ్రమాన్ని తీసుకొని బాగా కలిపి పారదర్శకంగా కన్పించు గాజుపాత్రలో పోసి, అలాగే మరోపాత్రలో నీరు, నూనెలను కలిపి ఈ మశ్రమాన్ని మరో పారదర్శక పాత్రలో పోసి తేర్చుటకై వుంచాలి. కొంత సమయం తరువాత గమనించిన మొదటి గాజుపాత్రలో అడుగుభాగంలో బురద (సాంద్రత ఎక్కువ నీటికన్న), పైన నీరు వుండును.రెండవ పాత్రలో అడుగున నీరు (నూనె కన్న సాంద్రత ఎక్కువ) పైన నూనె వుండును. ఇప్పుడు పాత్రలలోని పదార్థములు క్రింద పడవని భావించి, నిలువు ఉహా అక్షమునకు ఇరు వైపుల ఈ పాత్రలను నిలువుగా వుంచినట్లు ఊహించినచో, అక్షమునకు దగ్గరగా తక్కువ సాంద్రత ద్రవాలు (మొదటి పాత్రలో నీరు, రెండవ పాత్రలో నూనె, వలయానికి వ్యతిరేక దిశలో ఎక్కువ సాంద్రత పదార్థం (మొదటిపాత్రలో అడుగున బురద, రెండవ పాత్ర అడుగున నీరు) వున్నట్లు అవగాహన అవుతుంది. ఈ సూత్రం పైననే అపకేంద్ర యంత్రం పనిచేయును.

అపకేంద్ర యంత్రం-రకాలు

దీనిని ఆంగ్లంలో "centrifuge" అని అంటారు. ఇది అపకేంద్ర బలం ఆధారంగా పనిచేస్తుంది. ఇది ఇచ్చిన మిశ్రమం లోని ఎక్కువ భారాలున్న, తక్కువ భారాలున్న కణాలను వేరు చేయటానికి ఉపయోగిస్తారు. అపకేంద్రయంత్రాలను స్థూలంగా మూడు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చును.^[2]^[3]^[4]^[5]

ప్రయోగశాలలో ఉపయోగించునవి.
ఉత్పత్తి పరిశ్రమలలో వుపయోగించునవి.
పరిశోధన సంస్థలలో వినియోగించునవి.

ప్రయోగశాలలో వుపయోగించునవి

ప్రయోగశాలలో ఉపయోగించు అపకేంద్ర యంత్రాలు పరిమాణంలో చిన్నవిగా వుంటాయి. వీటిద్వారా తక్కువ ప్రమాణంలో మాత్రమే ద్రవాలను, అవక్షేపాలను వేరుచెయ్యుదురు. ఇందులో రెండు రకాలు ఉన్నాయి: చేతితో త్రిప్పునవి, విద్యుత్తు యంత్ర సహాయంతో తిరుగునవి. ప్రస్తుతం చేతితో త్రిప్పు అపకేంద్ర పరికరాలను వాడటం లేదు. చేతితో తిప్పడం వలన భ్రమణ వేగం స్థిరంగా వుండదు. అందువలన పదార్థాలు సరిగా అపకేంద్రితం చెందవు. ఇక విద్యుత్తుతో పనిచేసే అపకేంద్రిత పరికారాలు రెండు విధాలు: ఒకటి ఫిక్సుడ్ హెడ్ (Fixed head). రెండవది స్వింగ్ హేడ్ (swing head) ^[6]

ఫిక్సుడ్‌హెడ్ : ఈ రకం అపకేంద్ర యంత్రం ఒక పెట్టెవలె వుండును. ఇందులో విద్యుత్తు యంత్రం నిలువు అక్షం (ఇరుసు) పైన ఒక లోహపుదిమ్మ (hub) అమర్చబడి వుండును. దీనికి రెండు, లేదా నాలుగు, లేదా ఎనిమిది (ఇలా సరి సంఖ్యలో) గొట్టం ఆకారంలో రంధ్రాలుండును. ఈ గొట్టపు రంధ్రాలు అక్షరేఖకు ఏటవాలుగా వుండును. ఈ గొట్టాలలో పేరు చేయవలసిన ద్రవాలున్న పరీక్షనాళికలు వుంచెదరు. ఎప్పుడు ఒక్క పరీక్షనాళికను పరికరంలో వుంచరాదు. సరిసంఖ్యలో వుంచాలి. రెండు పరీక్షనాళికలుంచునప్పుడు ఎదురెదురుగా వుంచాలి. అన్ని గొట్టాలలో సమాన పరిమాణంలో పదార్థాలను తీసుకోవాలి. పరీక్షనాళికలను ఎదురెదురుగా వుండకపోయిన, తీసుకున్న ద్రవాలలోద్రవ్యరాశిలో ఎక్కువ తేడా వునచో, పరికరాన్ని త్రిప్పినప్పుడు, హెడ్ యొక్క భ్రమణభారంలో హెచ్చుతక్కువల కారణంగా విపరీతమైన ప్రకంనలు పరికరంలో ఏర్పడును. అందుచేత ఈ విషయంలో జాగ్రత్తగా వుండాలి. విద్యుత్తు యంత్రం యొక్క భ్రమణ వేగాన్ని పెంచుటకు, తగ్గించుటకు ఉపకరణముండును. యంత్రాన్ని త్రిప్పుటకు ముందు మూతను గట్టిగా బిగించి, ఆటు పిమ్మట విద్యుత్తు యంత్రం మీటను నొక్కాలి. ప్రారంభంలో మోటారును తక్కువ వేగంతో ప్రారంభించాలి. అ తరువాత క్రమంగా యంత్ర వేగాన్ని కావలసిన మేరకు పెంచాలి. భ్రమణ వేగాన్ని సూచించు డిజిటల్ మీటరు వుండును. ఆవక్షేపం ఏర్పడిన తరువాత వెంటనే విద్యుత్తును ఆపరాదు. వేగాన్ని క్రమంగా తగ్గించుకుంటూ వచ్చి ఆపవలెను. లోపలి హెడ్ తిరగడం పూర్తిగా నిలచిన తరువాత మాత్రమే పరికరం మూత తీయాలి. మూతకు ఒక దళసరి గాజుపలక బిగించబడి వుండును. దానిద్వారా లోపల హెడ్ తిరుగుచున్నది, నిలిచింది కనబడుతుంది.

స్వింగ్ హెడ్ :ఇదికూడా పెట్టెవలె వుండును.పైన మూతవుండును. ఈ యంత్ర పరికరములో మోటారు అక్షమునకు తేలికపాటి శీర్షము (head) బిగింపబడివుండును.ఈ లోహశీర్షభాహానికి రెండు లేదా నాలుగు, లేదా ఎనిమిది పైకి, క్రిందికి సులభంగా కదిలే మడతబందులతో (hinges) అమర్చిన లోహగొట్టాలుంటాయి.ఈ గొట్టలలో సెంట్రిఫ్యుజ్ గాజునాళికలుంచెదరు.ఈ గొట్టలు పరికరం నిలచివున్నపుడు నిలువుగా క్రిందికి వ్రేలాడి వుండును.పరికరం తిరుగుతున్నప్పుడు అక్షమునకు వలయాకారంలో భూమికి సమాంతరంగా (క్షితిజ సమాంతరం:horizontal) పైకిలేచి తిరుగును.ఇందులోకూడా విద్యుత్తుయంత్ర భ్రమణవేగాన్ని నియంత్రించు ఉపకరణం బిగించబడివుండును.ఈ పరికరంలో పరీక్షించవలసిన పదార్థములను తీసుకొను గాజుగొట్టమునకు మి.లీ.లలో విభజన గీతలు వుండును.వీటిని గ్రాడ్యుయెటెడ్ సెంట్రీఫ్యుజ్ ట్యూబ్‌లు అంటారు.ఈపరికరాన్ని నడుపు విధం పైన పేర్కొన్న ఫిక్సుడ్‌హెడ్ అపకేంద్ర యంత్రం చేసినట్లు చేయ్యాలి. ఈ పరికరం వలన అదనపు ప్రయోజమేమిటంటే గాజుగొట్టమునకు విభజన గీతలుండటం వలన, పరీక్షపూర్తయ్యిన వెంటనే, ట్యుబ్ లో ఏర్పడిన అవక్షేపాన్ని ఏమేరకువున్నదో (మి.లీ) తెలిసి పోతుంది.దానిప్రకారం వెంటనే అవక్షేపంశాతాన్ని త్వరితంగా లెక్కించే వీలున్నది.

ఉత్పత్తి పరిశ్రమలలో ఉపయోగించునవి

పరిశ్రమలలో ఉపయోగించు సెంట్రిఫ్యుజ్‌లు రెండు రకాలు.^[7]^[8]

పరిశ్రమలలోని నాణ్యత నియంత్రణ శాల (quality control) లో ఉపయోగించునవి, ఉత్పత్తిలో వుపయోగించునవి. నాణ్యత శాలలో ఉపయోగించునవి మాములు ప్రయోగశాలలో ఉపయోగించు పరికరమలవంటివే, వీటిని నాణ్యత నియంత్రణశాలలో వాడెదరు.
పరిశ్రమలలో ఉత్పత్తి కై వాడునవి. పరిశ్రమలలో ఉత్పత్తి కై వినియోగించు అపకేంద్ర యంత్రాలు మాములు ప్రయోగశాలలో ఉపయోగించు యంత్రాల కన్న చాలా పెద్దవిగా వుంటాయి. ఈ యంత్రాలలో నిరంతరం (continues) గా ఒక వైపునించి మిశ్రమద్రవ పదార్థం లోనికి వెళ్ళుచుండగా, కేంద్రం (ఆక్షం) వద్దనుండి తక్కువ సాంద్రత గల ద్రవం బయటకు రాగా, అపకేంద్ర యంత్రం వెలుపలి భాగం (అక్షానికి వ్యతిరేక దిశలో) ఎక్కువ సాంద్రత వున్న ద్రవం, లేదా అర్థఘన రూపంలో వున్న పదార్థం బయటకు వస్తుంది. పరిశ్రమలలో వినియోగించే అపకేంద్రియ యంత్రాలు పలు నిర్మాణలలో లభిస్తాయి.
1. నిలువుగా వుండే గొట్టంబౌల్ (Tubular bowl).
2. నిలువుగా వుండి డిస్కు వుండే రకము.
3. క్షితిజ సమాంతరంగావుండే బౌల్ రకము.

నిలువు గొట్టం వంటి సెపరేటింగ్ బౌల్ (Tubular vertical bowl) వున్న అపకేంద్ర యంత్రం

ఈ రకం అపకేంద్ర యంత్రములు 1960-1985 వరకు పలు పరిశ్రమలలో ఎక్కువగా వాడుకలో వుండేవి.ఈ రకం అపకేంద్ర యంత్రాలను అమెరికాకు చెందిన పెన్‌వాల్ట్ (penwalt) వారు ఉత్పత్తి చేసేవారు.నూనెల పరిశ్రమలో విరివిగా వాడేవారు. ఇందులో పొడవుగా, నిలువుగా వున్న మందమైన గొట్టం వంటి లోహనిర్మాణం లోపల గొట్టం బౌల్ (tubular bowl) బిగించబడి ఉండును. ఈ గొట్టం మోటారు సహాయంన త్రిప్పబడును. ఈ గొట్తం భ్రమణ వేగం నిమిషానికి 14,000-15,000 వరకు వుండును. 14 వేల నుండి 15 వేల భ్రమణములు చేయు గొట్టం అడుగు భాగం నుండి వేరుచేయవలసిన మిశ్రమ ద్రవాన్ని పంపించెదరు. మిశ్రమము పైకి ప్రయాణించె/ప్రవహించే కొలది, గొట్టం కేంద్రం వైపు తేలిక ద్రవం, గొట్టం గోడ వైపు చిక్కటి ద్రవం చేరటం మొదలవ్వుతుంది. గొట్టం అంచు వద్దకు చేరిన చిక్కటి ద్రవం/అర్థఘనపదార్థం దానికి దగ్గరగా వున్న చిన్న గొట్టం ద్వారా బయటకు వస్తుంది. అదే సమయంలో గొట్టం కేంద్ర భాగం వద్ద చేరిన తేలికపాటి ద్రవం, ఈ గొట్టంపైన వున్న మార్గం ద్వారా బయటకు వచ్చును. ఈ గొట్టం పైన చిన్న ప్లేట్ బిగించబడివుండి, దాని వ్యాసం, గొట్టం వ్యాసం కన్న కొద్దిగా తక్కువ వుండును. ఈ ఖాళి గుండా తేలికపాటి ద్రవం బయటకు ప్రవహించును. మిశ్రమ పదార్థంలో తొలగించవలసిన చిక్కటి పదార్ధం యొక్క పరిమాణాన్ని బట్టి, తరచుగా గొట్టంపైన వున్న ప్లేట్‌కు బదులుగా వేరే వ్యాసము వున్న ప్లేట్‌ను బిగించవలసివున్నది.

నిలువుగా డిస్క్ వంటి బౌల్ వున్న అపకేంద్రయంత్రము(vertical disc bowl centrifuge)

ఆల్ఫా లావల్ (Alafa Laval) అనే సంస్థవారు 1983లో ఈ రకము అపకేంద్రయంత్రాన్ని మార్కెట్టులోకి విడుదలచేసారు.పెన్‌వాల్ట్ వారి ట్యూబులార్ బౌల్ సెంట్రిఫ్యూజ్‌తో పోల్చిన ఆల్ఫా వారి సెంట్రిఫ్యూజ్ భ్రమణ వేగం చాలా తక్కువ. దీని భ్రమణవేగం నిమిషానికి4000-5000 మధ్య వుంటుంది.ఇందులోని సపరేసను బౌల్ తిరగేసినగిన్నె (bowl) ఆకారంలో వుంటుంది.ట్యూబులర్ ఏకగొట్టనిర్మాణం.ఆల్ఫా వారి బౌల్ లో పలుచటి తుప్పుపట్తిని వుక్కుతో చేసిన గిన్నెవంటి పళ్ళాలు (plates) వీటన్నింటిని ఒకదానిమీద ఒకటిచొప్పున గిన్నె ఆకారంలో బిగించెదరు.ట్యూబులరు సెంట్రిఫ్యూజ్ లో మిశ్రమపదార్థంలోని పదార్థాంలచిక్కదనం మారినప్పుడల్లా, సెంట్రిఫ్యుజును ఆపి ప్లేట్‌ను మార్చాలి.డిస్క్‌బౌల్ యంత్రంలో, ఆపనక్కరలేదు.తేలికపాటి ద్రవంబయటకువచ్చు గొట్టం యొక్క కవాటం (valve) ను పెంచటం, తగ్గించటంద్వారా సరిపెట్టవచ్చును.

క్షితిజ సమాంతర బౌల్ రకం సెంట్రిఫ్యూజ్(horizontal centrifuge/decanter)

ఈ రకం అపకేణ్ద్రయంత్రాలలో సపరెటింగు బౌల్ పొడవుగా వుండి, పొడవుగా వున్న మరోగొట్టంవంటినిర్మాణంలో క్షితిజసమాంతరంగా బిగింపబడివుండును.ఈ రకమును పామాయిల్, ఒలివ్ ఆయిల్ రిఫైనరిలలో ఎక్కువగా వాడెదరు. ఈ రకం సెంట్రిఫ్యూజ్ లను ఆల్ఫాలావల్ వారితోపాటు వెస్ట్‌ఫాలియ (westfalia) కూడా తయారు చేస్తున్నారు.వీటిని డికెంటింగ్ సపరెటరు (Decanting separator) అనికూడా పిలుస్తారు.

పరిశోధనసంస్థలలో ఉపయోగించునవి

పని చేయు విధానం

ఈ పరికరం విద్యుత్ మోటారు సహాయంతో ఒక అక్షం చుట్టూ తిరుగుతుంది. ఇచ్చిన మిశ్రమాన్ని ఈ పరికరంతో అనుసంధానించబడిన పాత్రలో వేసి, అక్షం ఆధారంగా త్రిప్పినట్లైతే, సాంద్రత గల అణువులు వెలుపలికి వెళ్లిపోతాయి. ఈ విధంగా తక్కువ, ఎక్కువ సాంద్రత గల పదార్థాలను వేరుచేయవచ్చు.

ఉపయోగించే సందర్భాలు

సెంట్రిఫ్యుజ్ లను నూనె పరిశ్రమలలో ఎక్కువ ఉపయోగిస్తారు. నూనెలోని తేమను, ఘన, అర్ధఘన రూపంలోని మలినాలను తొలగించుటకు, కెమికల్ రిఫైనింగ్ సమయంలో ముడిసబ్బు (soap stack) రూపంలో నూనె లోని స్వేచ్ఛాచలిత కొవ్వు ఆమ్లాలను (free fatty acids) ను తొలగించుటకు, గమ్స్ (gums) ను తొలగించుటకు వినియోగిస్తారు.
బీరు పరిశ్రమలో కూడా వినియోగిస్తారు.
ఉపయోగించిన వ్యర్ధ ద్రవ కందెనలోని మలినాలను, తేమను తొలగించుటకు అపకేంద్రిత యంత్రాలనుపయోగిస్తారు.
మందుల తయారి పరిశ్రమలో కూడా వినియోగిస్తారు.
భిన్నమైన సాంద్రతలుండి, ఒకదానితో మరియొకటి కరుగని ధర్మాలున్న పదార్థాలను త్వరితంగా వేరుపరచుటకు అపకేంద్రియ యంత్రాలను ఉపయోగిస్తారు. అలాగే పాల పరిశ్రమలలో పాలను శీతలీకరించడంవలన పాలకన్న వెన్న సాంద్రత తక్కువ కావటం వలన అతిచిన్న పూసరూపంలో ఏర్పడుతుంది. దానిని అపకేంద్రియ యంత్రాలు ఉపయోగించి తీసెదరు. ఆ విధంగా పాల పరిశ్రమలో పాలనుండి కొంతమేర వెన్నను తీసి వినియోగదారులకు అమ్మెదరు. పాల రకాన్ని బట్టి పాలలో 7-9% వరకు వెన్న వుంటుంది. బజారులో సాధారణ వాడుకకై 3.0% వెన్న వున్న పాలను అమ్మెదరు.
ప్రయోగశాలలో రసాయన చర్యలు జరిగేటప్పుడు, ద్రావణంలో అవక్షేపాన్ని వేరు చేయటానికి ఉపయోగిస్తారు. ఉదా: బేరియం క్లోరైడ్, సోడియం సల్ఫేట్ లను పరీక్షనాళికలో కలిపినపుడు క్రియాజన్యాలుగా బేరియం సల్ఫేట్, సోడియం క్లోరైడ్ ఏర్పడతాయి. ప్రయోగ సమయంలో క్రియాజన్యాలను వెంటనే వేరుచేయాలంటే అపకేంద్ర యంత్రం ఉపయోగిస్తారు.
రసాయనిక పరిశ్రమలలో ఉత్పన్నమగు వ్యర్ధజలాలలోని మలినాలను వేరుచేయుటకు వాడెదరు.
మజ్జిగ నుండి వెన్నను సులువుగా తీయటానికి ఉపయోగిస్తారు.
తేనె తుట్టే నుండి తేనెను సులువుగా వేరుచేయవచ్చు.

మూలాలు

↑ Susan R. Mikkelsen & Eduardo Cortón. Bioanalytical Chemistry, Ch. 13. Centrifugation Methods. John Wiley & Sons, Mar 4, 2004, pp. 247–267.
↑ "Basics of Centrifugation". Cole-Parmer. Retrieved 11 March 2012.
↑ ""Plasmid DNA Separation: Fixed-Angle and Vertical Rotors in the Thermo Scientific Sorvall Discovery™ M120 & M150 Microultracentrifuges" (Thermo Fischer publication)" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2012-02-24. Retrieved 2018-01-26.
↑ "ఆర్కైవ్ నకలు" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-05-13. Retrieved 2018-01-26.
↑ Heidcamp, Dr. William H. "Appendix F". Cell Biology Laboratory Manual. Gustavus Adolphus College,. Archived from the original on 2 మార్చి 2012. Retrieved 11 March 2012.{{cite web}}: CS1 maint: extra punctuation (link)
↑ Susan R. Mikkelsen & Eduardo Cortón. Bioanalytical Chemistry, Ch. 13. Centrifugation Methods. John Wiley & Sons, Mar 4, 2004, pp. 247-267.
↑ "What is an Industrial Centrifuge? An industrial centrifuge is a machine used for fluid/particle sep". KYTE. Retrieved 21 September 2017.
↑ "Chip Removal Centrifugal Machine". Chinminn. Retrieved 21 September 2017.

ఇతర లింకులు

RCF Calculator and Nomograph
Centrifugation Rotor Calculator
Selection of historical centrifuges in the Virtual Laboratory of the Max Planck Institute for the History of Science
RCF Calculator

[1] Susan R. Mikkelsen & Eduardo Cortón. Bioanalytical Chemistry, Ch. 13. Centrifugation Methods. John Wiley & Sons, Mar 4, 2004, pp. 247–267.

[ColeParmer-2] "Basics of Centrifugation". Cole-Parmer. Retrieved 11 March 2012.

[3] ""Plasmid DNA Separation: Fixed-Angle and Vertical Rotors in the Thermo Scientific Sorvall Discovery™ M120 & M150 Microultracentrifuges" (Thermo Fischer publication)" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2012-02-24. Retrieved 2018-01-26.

[UQU.edu-4] "ఆర్కైవ్ నకలు" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-05-13. Retrieved 2018-01-26.

[Heidcamp-5] Heidcamp, Dr. William H. "Appendix F". Cell Biology Laboratory Manual. Gustavus Adolphus College,. Archived from the original on 2 మార్చి 2012. Retrieved 11 March 2012.{{cite web}}: CS1 maint: extra punctuation (link)

[bioanalytical-6] Susan R. Mikkelsen & Eduardo Cortón. Bioanalytical Chemistry, Ch. 13. Centrifugation Methods. John Wiley & Sons, Mar 4, 2004, pp. 247-267.

[7] "What is an Industrial Centrifuge? An industrial centrifuge is a machine used for fluid/particle sep". KYTE. Retrieved 21 September 2017.

[8] "Chip Removal Centrifugal Machine". Chinminn. Retrieved 21 September 2017.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]