Eine Zentrifuge ist ein wichtiges wissenschaftliches Gerät, das Zentrifugalkraft nutzt, um Substanzen basierend auf der Dichte zu trennen, was in Bereichen wie Chemie, Biochemie und Molekularbiologie unerlässlich ist. Es gibt ihn in den Varianten Low, High und Ultra-Speed, wobei Drehzahl und Kapazität entscheidende Faktoren sind. Beim Betrieb ist die Einhaltung strenger Sicherheitsvorschriften zwingend erforderlich.
Der Artikel stellt Zentrifugen unter folgenden Gesichtspunkten vor:
Arbeitstheorie der Zentrifugenmaschine
Klassifizierung der Zentrifugenmaschine
Komponenten der Zentrifugenmaschine
Wichtigste technische Parameter und Leistungsindikatoren von Zentrifugen
Anwendungen und Wartung von Zentrifugen
Häufige Zentrifugenfehler und Methoden zur Fehlerbehebung
Arbeitstheorie der Zentrifugenmaschine
Allgemeines Prinzip
Das Funktionsprinzip einer Zentrifuge basiert auf der Anwendung der Zentrifugalkraft.
Die Zentrifuge dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, wodurch sich Stoffe unterschiedlicher Dichte oder Partikelgröße in einem Gemisch trennen. Die dichteren oder größeren Partikel werden an den äußeren Rand gedrückt, während die leichteren oder kleineren Partikel näher an der Mitte bleiben.
Dieses Prinzip wird in verschiedenen Bereichen wie Medizin, Wissenschaft und Industrie häufig angewendet.
Spezifische Methoden
l Differenzgeschwindigkeitszentrifugationsmethode
Diese Methode nutzt die Unterschiede in der Sedimentationsgeschwindigkeit verschiedener Partikel in einem Zentrifugalkraftfeld. Unter gleichen Zentrifugationsbedingungen werden durch kontinuierliche Erhöhung der relativen Zentrifugalkraft schrittweise Partikel unterschiedlicher Größe und Form in einem ungleichmäßigen Gemisch ausgefällt. Es wird hauptsächlich zur Trennung allgemeiner und spezieller Proben wie Organellen und Viren verwendet.
l Isodichte-Zentrifugationsmethode
Die Probe durchläuft in einem bestimmten inerten Gradientenmedium eine Zentrifugalfällung oder ein Sedimentationsgleichgewicht. Unter Einwirkung einer bestimmten Zentrifugalkraft werden die Partikel an bestimmte Positionen in der Gradientenflüssigkeit verteilt, wodurch es zur Trennung verschiedener Zonen kommt.
Klassifizierung der Zentrifugenmaschine
Nach Zweck: Vorbereitungstyp, Analysetyp und Doppelzwecktyp für Vorbereitung und Analyse
Je nach Geschwindigkeit: Niedriggeschwindigkeit, Hochgeschwindigkeit, Ultrazentrifugen usw.
Je nach Struktur: Es kann in Tischzentrifugen, Mehrröhrchen-Mikro-Zentrifugen, Zellabstrich-Zentrifugen, Blutwasch-Zentrifugen, Hochgeschwindigkeits-Kühlzentrifugen, Hochleistungs-Kühlzentrifugen mit niedriger Geschwindigkeit, Tischzentrifugen mit niedriger Geschwindigkeit und automatischer Auswuchtung usw. unterteilt werden.
Arten von Zentrifugen
Zentrifuge mit niedriger Drehzahl
Diese werden häufig in Laboratorien zur routinemäßigen Partikelsortierung eingesetzt und mit einer maximalen Drehzahl von 4000–5000 U/min betrieben. Es gibt nur wenige Fälle von Temperaturregulierung und der Betrieb erfolgt häufig bei Raumtemperatur. Diese Zentrifugen verwenden Schwingbecher- und Festwinkelrotortypen, die zur Trennung von Plasma und Serum sowie von Komponenten wie Liquor cerebrospinalis, Pleura- und Peritonealflüssigkeit und Urin verwendet werden.
Hochgeschwindigkeitszentrifuge
Es kann mit etwas höheren Geschwindigkeiten zwischen 15.000 und 30.000 Umdrehungen pro Minute arbeiten und verfügt über eine Vorrichtung zur Regulierung sowohl der Temperatur als auch der Arbeitsgeschwindigkeit für die kritische Analyse empfindlicher biologischer Moleküle. Diese Zentrifugen verwenden drei Rotoren: Festwinkel-, Schwingbecher- und Vertikalrotoren. Sie werden zur DNA- und RNA-Reinigung, zur subzellulären Fraktionierung und zur Isolierung zellulärer Komponenten wie Mitochondrien verwendet.
Ultrazentrifuge
Es handelt sich um eine hochentwickelte und hochentwickelte Zentrifuge, die winzige Moleküle trennen kann, die herkömmliche Zentrifugen nicht schnell trennen können. Die Rotorgeschwindigkeiten von Ultrazentrifugen können zwischen 60.000 und 150.000 U/min liegen. Sie führen Proben in Gruppen oder als Durchlaufsysteme durch und sind größer. Ultrazentrifugen sind in der Molekularbiologie und Biochemie zur Reinigung von Nukleinsäuren und Proteinen unverzichtbar.
Komponenten der Zentrifugenmaschine
Die Einführung des Rotors
Der Rotor ist das Herzstück einer Zentrifuge zur Probentrennung und seine Geschwindigkeit hängt vom Material und der Festigkeit des Rotors ab. Bei Niedriggeschwindigkeitszentrifugen werden typischerweise starke und dennoch leichte superharte Aluminiumlegierungen verwendet, während bei Ultrazentrifugen Titanlegierungen zum Einsatz kommen. Im Allgemeinen rotieren bei Zentrifugen desselben Typs leichtere Rotoren mit geringerer Kapazität mit höheren Geschwindigkeiten, während schwerere Rotoren mit niedrigeren Geschwindigkeiten rotieren. Zentrifugen haben oft unterschiedliche Rotorformen, die jeweils unterschiedliche Zentrifugalkraftfelder und Sedimentationsabstände widerspiegeln. Die richtige Auswahl der Rotoren basierend auf den Trennanforderungen ist in praktischen Anwendungen von entscheidender Bedeutung.
Gängige Rotortypen
Festwinkelrotoren : Diese Rotoren halten die Röhrchen in einem Winkel von 14 bis 40° zur Vertikalen, so dass die Partikel eine kurze Strecke zurücklegen und sich dabei radial nach außen bewegen. Sie werden bei der Differentialzentrifugation verwendet.
Ausschwingrotoren : Diese Rotoren schwenken zusammen mit den Zentrifugenröhrchen während der Beschleunigungszeit in eine horizontale Position, so dass die Partikel eine längere Distanz zurücklegen und so die Trennung des Überstands vom Pellet erleichtert wird. Diese Art von Motoren werden bei der Dichtegradientenzentrifugation eingesetzt.
Vertikale Rotoren : Diese halten die Rohre vertikal, dh parallel zur Motorachse, und die Partikel bewegen sich über kürzere Distanzen mit kürzeren Trennungszeiten. Es wird zur isopyknischen und Dichtegradiententrennung verwendet.
Wichtigste technische Parameter und Leistungsindikatoren von Zentrifugen
1. Maximale Geschwindigkeit: Die höchste vom Zentrifugenrotor erreichbare Drehzahl, gemessen in U/min.
2. Maximale Zentrifugalkraft: Die maximale relative Zentrifugalkraft (RCF), die von der Zentrifuge erzeugt wird, gemessen in „g“.
3. Maximale Kapazität: Das maximale Probenvolumen, das in einem Zentrifugationszyklus verarbeitet werden kann, normalerweise dargestellt als „m×n“. (Hier bezeichnet „m“ die maximale Anzahl gleichzeitig untergebrachter Zentrifugenröhrchen und „n“ stellt das maximale Probenvolumen dar, das in zwei Zentrifugenröhrchen getrennt werden kann, gemessen in „ml“.)
4. Geschwindigkeitsbereich (Geschwindigkeitseinstellbereich): Der einstellbare Bereich der Rotorgeschwindigkeiten der Zentrifuge.
5. Temperaturkontrollbereich: Der Bereich der Probentemperaturen, die während des Zentrifugenbetriebs kontrolliert werden können.
6. Betriebsspannung: Die für den Betrieb der Zentrifuge erforderliche Spannung.
7. Stromverbrauch: Bezieht sich normalerweise auf die Nennleistung des Zentrifugenmotors.
Anwendungen und Wartung von Zentrifugen
Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit und der erheblichen Zentrifugalkraft, die von Zentrifugen erzeugt wird, kann es zu schweren Unfällen kommen, wenn sie unsachgemäß verwendet werden oder nicht regelmäßig überprüft und gewartet werden. Daher müssen die Betriebsabläufe und die Wartung während des Gebrauchs strikt eingehalten werden.
1. Halten Sie das Gleichgewicht : Zentrifugenröhrchen und ihr Inhalt müssen im Voraus ausbalanciert und symmetrisch platziert werden. Es darf niemals eine ungerade Anzahl an Röhrchen in den Rotor geladen werden, um sicherzustellen, dass die Last gleichmäßig über den Rotor verteilt wird.
2. Laden Sie die richtige Lösung : Die offene Zentrifuge sollte nicht mit übermäßig viel Lösung beladen werden, um zu verhindern, dass diese während der Zentrifugation herausgeschleudert wird und zu Rotorunwucht, Rost oder Korrosion führt.
3. Behalten Sie die Beobachtung : Während des Zentrifugationsprozesses sollten die Instrumente an der Zentrifuge ständig beobachtet werden, um festzustellen, ob sie ordnungsgemäß funktionieren. Wenn etwas Ungewöhnliches auftritt, sollte die Maschine sofort zur Inspektion angehalten und die Fehlfunktionen umgehend behoben werden. Es darf nicht weiter betrieben werden, bis die Grundursache identifiziert ist.
4. Inspektion Vor jedem Gebrauch : Die Rotoröffnungen sollten sorgfältig auf Fremdkörper und Schmutz überprüft werden, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Der Rotor sollte außerdem auf Anzeichen von Beschädigung oder Verschleiß überprüft werden.
5. Achten Sie auf Kunststoffröhrchen : Kontrollieren Sie die Nutzungshäufigkeit von Kunststoff-Zentrifugenröhrchen und prüfen Sie die passenden Spezifikationen. Verschiedene Arten von Zentrifugenröhrchen haben unterschiedliche Materialeigenschaften und maximale Geschwindigkeitsgrenzen.
6. Vorkühlung : Beim Zentrifugieren von Proben bei niedrigen Temperaturen ist eine Vorkühlung über einen bestimmten Zeitraum erforderlich.
7. Regelmäßige Wartung : Die Horizontalität des Hauptkörpers der Zentrifuge sollte alle drei Monate kalibriert werden. Wenn es nicht regelmäßig verwendet wird, sollte es 1 bis 2 Mal pro Monat mit niedriger Geschwindigkeit gestartet werden, jeweils für 0,5 Stunden.
Häufige Zentrifugenfehler und Methoden zur Fehlerbehebung
Häufige Fehler
1. Motor läuft nicht
2. Der Motor erreicht die Nenndrehzahl nicht
3. Rotorschaden
4. Der Gefrierschrank startet nicht oder die Kühlleistung ist schlecht
5. Übermäßige Vibration oder ungewöhnliche Geräusche vom Zentrifugengehäuse
Methoden zur Fehlerbehebung
Für Motor läuft nicht
1. Hauptstromanzeigeleuchte leuchtet nicht: Überprüfen Sie, ob die Sicherung durchgebrannt ist, und stellen Sie sicher, dass zwischen Netzkabel, Stecker und Steckdose ein guter Kontakt besteht.
2. Hauptstromkontrollleuchte leuchtet, aber Motor kann nicht starten:
(1) Überprüfen Sie, ob der Bandschalter oder der variable Porzellanwiderstand beschädigt ist oder ob die Verbindungskabel getrennt sind.
(2) Auf getrennte oder intern kurzgeschlossene Verbindungen in der Magnetfeldspule prüfen.
3. Überprüfen Sie die Werte der Vakuumpumpenanzeige und der Öldruckanzeige.
Der Motor erreicht die Nenndrehzahl nicht
1. Beschädigung oder Verstopfung der Antriebswelle. Es sollte umgehend gereinigt und ersetzt werden.
2. Reinigen Sie den Kommutator und die Bürsten, um einen guten Kontakt sicherzustellen, oder ersetzen Sie sie.
3. Überprüfen Sie die Rotorspulenwicklungen auf Kurzschlüsse oder Unterbrechungen.
Für Rotorschäden
1. Rotorköpfe können Zentrifugenröhrchen aufgrund von Faktoren wie Metallermüdung, Überdrehzahl, Überbeanspruchung, chemischer Korrosion, falscher Auswahl, unausgewogener Verwendung während des Betriebs und Fehlern bei der Temperaturregelung zerbrechen, was zu Probenlecks und Schäden am Rotorkopf führt. Der Elektromotor verfügt über obere und untere Lager, die regelmäßig geschmiert werden müssen (alle sechs Monate oder jährlich).
2. Die Bediener müssen mit den Betriebsabläufen vertraut sein, geeignete Zentrifugenröhrchen und Rotorköpfe richtig auswählen und Sicherheitsfaktoren und Garantiefristen für die Verwendung von Rotorköpfen einhalten.
Wenn der Gefrierschrank nicht startet oder die Kühlleistung schlecht ist
1. Stromausfall, Netzkabel und Sicherungen separat prüfen.
2. Unterspannung löst Sicherheitsvorrichtungen aus, die den Start des Gefrierschranks verhindern.
3. Wenn die Netzspannung auf 180 bis 190 V abfällt, kann der Gefrierschrank nicht starten, was die Kühleffizienz beeinträchtigt.
4. Eine schlechte Belüftungsleistung kann sich auch auf die Kühleffizienz auswirken.
Für übermäßige Vibrationen oder ungewöhnliche Geräusche vom Zentrifugengehäuse
1. Das Gewicht der Zentrifugenröhrchen ist unausgeglichen und sie sind asymmetrisch platziert.
2. Es befinden sich Fremdkörper in den Rotorlöchern, die Last ist unausgeglichen oder es werden ungeeignete Rohrhülsen verwendet.
3. Die Befestigungsmutter am oberen Ende der Rotorwelle ist locker, was zu Reibung oder Biegung der Rotorwelle führt.
4. Befindet sich der Motorrotor nicht in der Mitte des Magnetfelds, erzeugt er Geräusche.
5. Die Befestigungsschrauben der Dämpfungsfedern an der Basis sind locker oder eine der Federn ist gebrochen.
6. Der Rotor selbst ist beschädigt.
