Centrifuga je zásadní vědecké zařízení, které využívá odstředivou sílu k separaci látek na základě hustoty, což je nezbytné v oborech, jako je chemie, biochemie a molekulární biologie. Dodává se v nízkých, vysokých a ultrarychlých variantách, přičemž klíčovými faktory jsou rychlost otáčení a kapacita. Během provozu je nutné dodržovat přísné bezpečnostní postupy.
Tento článek představí centrifugy z následujících bodů:
Pracovní teorie odstředivky
Klasifikace odstředivky
Součásti odstředivky
Hlavní technické parametry a výkonnostní indexy centrifug
Aplikace a údržba centrifug
Běžné poruchy centrifugy a metody odstraňování problémů
Pracovní teorie odstředivky
Obecná zásada
Princip činnosti odstředivky je založen na aplikaci odstředivé síly.
Odstředivka se otáčí vysokou rychlostí a způsobuje, že se ve směsi oddělují látky různé hustoty nebo velikosti částic. Hustší nebo větší částice jsou vytlačeny k vnějšímu okraji, zatímco lehčí nebo menší zůstávají blíže středu.
Tento princip je široce používán v různých oblastech, jako je medicína, věda a průmysl.
Specifické metody
l Metoda odstředění s diferenciální rychlostí
Tato metoda využívá rozdílů v rychlostech sedimentace různých částic v poli odstředivé síly. Za stejných podmínek odstřeďování se kontinuálním zvyšováním relativní odstředivé síly krok za krokem vysrážejí částice různých velikostí a tvarů v nestejnoměrné směsi. Používá se především pro separaci obecných a speciálních vzorků, jako jsou organely a viry.
l Metoda izodenzního odstředění
Vzorek podléhá odstředivému srážení nebo sedimentační rovnováze v určitém inertním gradientovém médiu. Působením určité odstředivé síly jsou částice distribuovány do určitých specifických poloh v gradientové kapalině, což má za následek oddělení různých zón.
Klasifikace odstředivky
Podle účelu: Typ preparátu, analytický typ a dvouúčelový typ pro přípravu i analýzu
Podle rychlosti: nízkorychlostní, vysokorychlostní, ultracentrifugy atd.
Podle struktury: Lze jej rozdělit na stolní typ, vícezkumavkový mikro typ, typ buněčného nátěru, typ promývání krve, vysokorychlostní chlazený typ, velkokapacitní nízkorychlostní chlazený typ, stolní nízkorychlostní automatická balanční odstředivka atd.
Typy odstředivek
Nízkorychlostní odstředivka
Ty se často používají v laboratořích pro rutinní třídění částic provozované při maximální rychlosti 4000-5000 ot./min. Existuje několik případů regulace teploty a často se provozuje při pokojové teplotě. Tyto odstředivky využívají typy s výkyvným kbelíkem a rotorem s pevným úhlem, které se používají k separaci plazmy a séra, stejně jako složek, jako je mozkomíšní mok, pleurální a peritoneální tekutiny a moč.
Vysokorychlostní odstředivka
Může pracovat při poněkud vyšších rychlostech v rozmezí 15 000 až 30 000 otáček za minutu a obsahuje zařízení pro regulaci teploty i rychlosti operace pro kritickou analýzu citlivých biologických molekul. Tyto odstředivky využívají tři rotory: pevný úhel, kyvnou lopatu a vertikální. Používají se pro čištění DNA a RNA, subcelulární frakcionaci a izolaci buněčných složek, jako jsou mitochondrie.
Ultracentrifuga
Je to vysoce vyvinutá a sofistikovaná odstředivka, která dokáže oddělit drobné molekuly, které konvenční odstředivky nedokážou oddělit vysokou rychlostí. Rychlosti rotoru ultracentrifugy se mohou pohybovat od 60 000 do 150 000 ot./min. Vzorky zpracovávají ve skupinách nebo jako kontinuální průtokové systémy a jsou větší. Ultracentrifugy jsou nepostradatelné v oblasti molekulární biologie a biochemie pro čištění nukleových kyselin a proteinů.
Součásti odstředivky
Zavedení rotoru
Rotor je hlavní součástí odstředivky používané pro separaci vzorků a jeho rychlost závisí na materiálu a síle rotoru. Nízkorychlostní odstředivky obvykle používají silné, ale lehké supertvrdé hliníkové slitiny, zatímco ultracentrifugy používají slitiny titanu. Obecně platí, že u odstředivek stejného typu se rotory, které jsou lehčí a mají menší kapacitu, točí vyššími rychlostmi, zatímco těžší rotory se točí nižšími rychlostmi. Odstředivky mají často různé tvary rotoru, z nichž každý odráží různá pole odstředivých sil a sedimentační vzdálenosti. Správný výběr rotorů na základě požadavků na separaci je v praktických aplikacích zásadní.
Běžné typy rotorů
Rotory s pevným úhlem : Tyto rotory drží zkumavky pod úhlem 14 až 40° k vertikále, takže částice se pohybují na krátkou vzdálenost, zatímco se pohybují radiálně ven, a používají se při diferenciální centrifugaci.
Výkyvné lopatkové rotory : Tyto rotory se spolu s odstředivkovými zkumavkami během zrychlování vychylují do vodorovné polohy, takže částice urazí delší vzdálenost, čímž se usnadní separace supernatantu od pelety. Tyto typy motorů se používají při odstřeďování s hustotním gradientem.
Vertikální rotory : Drží trubice svisle, tj. rovnoběžně s osou motoru, a částice se pohybují na kratší vzdálenosti s kratší dobou pro oddělení. Používá se pro izopyknické a hustotní gradientové separace.
Hlavní technické parametry a výkonnostní indexy centrifug
1. Maximální rychlost: Nejvyšší rychlost otáčení dosažitelná rotorem odstředivky, měřená v ot./min.
2. Maximální odstředivá síla: Maximální relativní odstředivá síla (RCF) generovaná odstředivkou, měřená v 'g'.
3. Maximální kapacita: Maximální objem vzorku, který lze zpracovat v jednom centrifugačním cyklu, typicky reprezentovaný jako 'm×n'. (Zde 'm' označuje maximální počet centrifugačních zkumavek umístěných najednou a 'n' představuje maximální objem vzorku, který lze oddělit ve dvou centrifugačních zkumavkách, měřeno v 'ml'.)
4. Rozsah otáček (rozsah nastavení rychlosti): Nastavitelný rozsah otáček rotoru na odstředivce.
5. Temperature Control Range: Rozsah teplot vzorků, které lze řídit během provozu centrifugy.
6. Provozní napětí: Napětí potřebné pro provoz odstředivky.
7. Spotřeba energie: Obvykle se týká jmenovitého výkonu motoru odstředivky.
Aplikace a údržba centrifug
Vzhledem k vysoké rychlosti otáčení a značné odstředivé síle generované odstředivkami může dojít k vážným nehodám, pokud jsou používány nesprávně nebo pokud nejsou pravidelně kontrolovány a udržovány. Proto musí být během používání přísně dodržovány provozní postupy a údržba.
1. Udržujte rovnováhu : zkumavky a jejich obsah musí být předem vyváženy a umístěny symetricky. Do rotoru nesmí být nikdy vložen lichý počet trubek, aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení zatížení kolem rotoru.
2. Správné plnění roztoku : otevřená centrifuga by neměla být naplněna přebytečným roztokem, aby se zabránilo jeho vymrštění během centrifugace, což by způsobilo nevyváženost rotoru, rez nebo korozi.
3. Průběžné pozorování : Během procesu odstřeďování by měly být nástroje na odstředivce neustále sledovány, aby se zjistilo, zda správně fungují. Pokud dojde k jakémukoli abnormálnímu stavu, stroj by měl být okamžitě zastaven kvůli kontrole a závady by měly být okamžitě odstraněny. Nesmí pokračovat v činnosti, dokud není identifikována hlavní příčina.
4. Kontrola Před každým použitím : otvory rotoru by měly být přísně zkontrolovány, zda neobsahují cizí předměty a nečistoty, aby byla zachována rovnováha. Rotor by měl být také zkontrolován, zda nejeví známky poškození nebo opotřebení.
5. Věnujte pozornost plastovým zkumavkám : kontrolujte frekvenci používání plastových centrifugačních zkumavek a zkontrolujte odpovídající specifikace. Různé typy centrifugačních zkumavek mají různé materiálové vlastnosti a maximální rychlostní limity.
6. Předchlazení : při odstřeďování vzorků při nízkých teplotách je nutné předchlazení po určitou dobu.
7. Pravidelná údržba : Horizontální poloha hlavního těla odstředivky by měla být kalibrována jednou za tři měsíce. Pokud se nepoužívá pravidelně, měl by být spuštěn na nízkou rychlost 1 až 2krát za měsíc, pokaždé na 0,5 hodiny.
Běžné poruchy centrifugy a metody odstraňování problémů
Běžná selhání
1. Motor neběží
2. Motor nedosáhne jmenovitých otáček
3. Poškození rotoru
4. Selhání spuštění mrazničky nebo špatný chladicí výkon
5. Nadměrné vibrace nebo neobvyklý hluk z těla odstředivky
Metody odstraňování problémů
Pro Motor neběží
1. Kontrolka hlavního napájení nesvítí: Zkontrolujte, zda není spálená pojistka, a zajistěte dobrý kontakt mezi napájecím kabelem, zástrčkou a zásuvkou.
2. Kontrolka hlavního napájení svítí, ale motor nelze spustit:
(1) Zkontrolujte, zda není poškozen přepínač pásma nebo porcelánový proměnný odpor nebo zda nejsou odpojeny jejich připojovací vodiče.
(2) Zkontrolujte, zda nejsou odpojené nebo vnitřně zkratované spoje v cívce magnetického pole.
3. Zkontrolujte měřidlo vakuového čerpadla a hodnoty indikátoru tlaku oleje.
Pro motor nedosahující jmenovitých otáček
1. Poškození nebo překážka hnacího hřídele. Měl by být okamžitě vyčištěn a vyměněn.
2. Vyčistěte komutátor a kartáče, aby byl zajištěn dobrý kontakt, nebo je vyměňte.
3. Zkontrolujte, zda nedošlo ke zkratu nebo přerušení obvodů ve vinutí cívky rotoru.
Za poškození rotoru
1. Hlavy rotorů mohou roztrhnout zkumavky odstředivky v důsledku faktorů, jako je únava kovu, překročení rychlosti, nadměrné namáhání, chemická koroze, nesprávný výběr, nevyvážené použití během provozu a selhání regulace teploty, což vede k úniku vzorku a poškození hlavy rotoru. Elektromotor má horní a spodní ložiska, která vyžadují pravidelné mazání (každých šest měsíců nebo ročně).
2. Operátoři musí být zběhlí v provozních postupech, správně vybrat vhodné odstředivky a hlavy rotoru a dodržovat bezpečnostní faktory a záruční lhůty pro použití hlavy rotoru.
Pro selhání spuštění mrazničky nebo špatný výkon chlazení
1. Výpadek napájení, zkontrolujte napájecí kabel a pojistky samostatně.
2. Nízké napětí spouští bezpečnostní zařízení zabraňující spuštění mrazničky.
3. Když napájecí napětí klesne na 180 V až 190 V, mraznička se nemůže spustit, což má vliv na účinnost chlazení.
4. Špatný výkon ventilace může také ovlivnit účinnost chlazení.
Pro nadměrné vibrace nebo neobvyklý hluk z těla odstředivky
1. Hmotnost centrifugačních zkumavek je nevyvážená a jsou umístěny asymetricky.
2. V otvorech rotoru jsou cizí předměty, zatížení je nevyvážené nebo jsou použity nekvalifikované objímky trubek.
3. Upevňovací matice na horním konci hřídele rotoru je uvolněná, což způsobuje tření nebo ohýbání hřídele rotoru.
4. Rotor motoru, který není ve středu magnetického pole, bude generovat hluk.
5. Upevňovací šrouby tlumicích pružin na základně jsou uvolněné nebo je jedna z pružin zlomená.
6. Samotný rotor je poškozený.
