Una centrífuga es un dispositivo científico crucial que utiliza fuerza centrífuga para separar sustancias basadas en la densidad, esencial en campos como la química, la bioquímica y la biología molecular. Viene en variantes bajas, altas y ultra veloces, con la velocidad de rotación y la capacidad son factores clave. Adherirse a procedimientos de seguridad estrictos es imperativo durante la operación.
El artículo introducirá centrifugas desde los siguientes puntos:
Teoría del trabajo de la máquina centrífuga
Clasificación de la máquina centrífuga
Componentes de la máquina centrífuga
Principales parámetros técnicos e índices de rendimiento de centrifugadores
Aplicaciones y mantenimiento de centrifugadoras
Fallas de centrífuga comunes y métodos de solución de problemas
Teoría del trabajo de la máquina centrífuga
Principio general
El principio de trabajo de una centrífuga se basa en la aplicación de la fuerza centrífuga.
La centrífuga gira a alta velocidad, lo que hace que se separen sustancias de diferentes densidades o tamaños de partículas en una mezcla. Las partículas más densas o más grandes se ven obligadas al borde exterior, mientras que las más ligeras o más pequeñas permanecen más cerca del centro.
Este principio se usa ampliamente en varios campos, como la medicina, la ciencia y la industria.
Métodos específicos
L Método de centrifugación de velocidad diferencial
Este método utiliza las diferencias en las tasas de sedimentación de diferentes partículas en un campo de fuerza centrífuga. Bajo las mismas condiciones de centrifugación, al aumentar continuamente la fuerza centrífuga relativa, las partículas de diferentes tamaños y formas en una mezcla no uniforme se precipitan paso a paso. Se utiliza principalmente para la separación de muestras generales y especiales, como orgánulos y virus.
L Método de centrifugación de isodensidad
La muestra sufre un equilibrio de precipitación centrífuga o sedimentación en un cierto medio de gradiente inerte. Bajo la acción de una cierta fuerza centrífuga, las partículas se distribuyen a ciertas posiciones específicas en el líquido de gradiente, lo que resulta en la separación de diferentes zonas.
Clasificación de la máquina centrífuga
Según el propósito: tipo de preparación, tipo analítico y tipo de doble propósito para la preparación y el análisis
Según la velocidad: de baja velocidad, alta velocidad, ultracentrífugas, etc.
Según la estructura: se puede dividir en tipo de banco, tipo micro de múltiples tubos, tipo de mancha de células, tipo de lavado de sangre, tipo refrigerado de alta velocidad, tipo refrigerado a baja velocidad de baja velocidad, centrifugación automática de equilibrio de baja velocidad, etc.
Tipos de centrifugadoras
Centrífuga a baja velocidad
Estos se usan con frecuencia en laboratorios para la clasificación de partículas de rutina operada a una velocidad máxima de 4000-5000 rpm. Hay pocos casos de regulación de la temperatura y a menudo funcionan a temperatura ambiente. Estas centrifugadoras emplean un balde oscilante y tipos de rotor de ángulo fijo, utilizados para separar el plasma y el suero, así como componentes como el líquido cefalorraquídeo, los fluidos pleurales y peritoneales, y la orina.
Centrífuga de alta velocidad
Puede funcionar a tasas algo más rápidas que varían entre 15,000 y 30,000 revoluciones por minuto, que contiene un dispositivo para regular tanto la temperatura como la velocidad de la operación para el análisis crítico de delicadas moléculas biológicas. Estas centrifugadoras emplean tres rotores: ángulo fijo, balde oscilante y vertical. Se utilizan para la purificación de ADN y ARN, fraccionamiento subcelular y componentes celulares aislados como las mitocondrias.
Ultracentrífuga
Es una centrífuga altamente desarrollada y sofisticada que puede separar las moléculas pequeñas que las centrifugadoras convencionales no pueden separarse a un ritmo rápido. Las velocidades del rotor ultracentrífuga pueden variar de 60,000 a 150,000 rpm. Ejecutan muestras en grupos o como sistemas de flujo continuo y son más grandes. Las ultracentrífugas son indispensables en el ámbito de la biología molecular y la bioquímica para la purificación de ácidos y proteínas nucleicas.
Componentes de la máquina centrífuga
La introducción del rotor
El rotor es el componente central de una centrífuga utilizada para separar muestras, y su velocidad depende del material y la resistencia del rotor. Las centrifugadoras de baja velocidad generalmente usan aleaciones de aluminio súper duras fuertes pero livianas, mientras que las ultracentrífugas usan aleaciones de titanio. En general, para centrifugadoras del mismo tipo, los rotores que son más ligeros y tienen capacidades más pequeñas giran a velocidades más altas, mientras que los rotores más pesados giran a velocidades más bajas. Las centrifugadoras a menudo tienen varias formas de rotor, cada una que refleja diferentes campos de fuerza centrífuga y distancias de sedimentación. La selección adecuada de rotores basado en los requisitos de separación es crucial en aplicaciones prácticas.
Tipos comunes de rotores
Rotores de ángulo fijo : estos rotores sostienen los tubos en un ángulo de 14 a 40 ° a la vertical de tal manera que las partículas viajan a corta distancia mientras se mueven radialmente hacia afuera y se usan en centrifugación diferencial.
Rotores de cubo oscilante : estos rotores, junto con los tubos de centrífuga, se balancean a una posición horizontal durante el tiempo de aceleración, de modo que las partículas viajan a una distancia más larga, facilitando así una separación más fácil de sobrenadante del pellet. Estos tipos de motores se emplean en centrifugación de gradiente de densidad.
Rotores verticales : estos sostienen los tubos verticalmente, es decir, paralelos al eje del motor, y las partículas mueven distancias más cortas con períodos más cortos para la separación. Se usa para la separación de gradiente isoopcnic y densidad.
Principales parámetros técnicos e índices de rendimiento de centrifugadores
1. Velocidad máxima: La velocidad de rotación más alta que se puede lograr por el rotor de centrífuga, medido en RPM.
2. Fuerza centrífuga máxima: La fuerza centrífuga relativa máxima (RCF) generada por la centrífuga, medida en 'g '.
3. Capacidad máxima: El volumen de muestra máximo que se puede procesar en un ciclo de centrifugación, típicamente representado como 'M × N '. (Aquí, 'm ' denota el número máximo de tubos de centrífuga acomodados a la vez, y 'n ' representa el volumen de muestra máximo que se puede separar en dos tubos de centrífuga, medidos en 'ml '.)
4. Rango de velocidad (rango de configuración de velocidad): El rango ajustable de velocidades del rotor en la centrífuga.
5. Rango de control de temperatura: El rango de temperaturas de muestra que se pueden controlar durante la operación de centrífuga.
6. Voltaje de funcionamiento: El voltaje requerido para que la centrífuga funcione.
7. Consumo de energía: generalmente se refiere al poder nominal del motor de centrífuga.
Aplicaciones y mantenimiento de centrifugadoras
Debido a la alta velocidad de rotación y la fuerza centrífuga sustancial generada por los centrifugadores, pueden ocurrir accidentes graves si se utilizan de manera incorrecta o carecen de inspección y mantenimiento regulares. Por lo tanto, los procedimientos de operación y el mantenimiento deben cumplirse estrictamente durante el uso.
1. Mantenga el equilibrio : los tubos de centrífuga y sus contenidos deben equilibrarse por adelantado y colocarse simétricamente. Un número impar de tubos nunca debe cargarse en el rotor para garantizar que la carga se distribuya uniformemente alrededor del rotor.
2. Solución adecuada de carga : la centrífuga abierta no debe cargarse con una solución excesiva para evitar que se agote durante la centrifugación, causando desequilibrio del rotor, óxido o corrosión.
3. Mantenga la observación : durante el proceso de centrifugación, los instrumentos en la centrífuga deben observarse constantemente para determinar si funcionan correctamente. Si se produce anormal, la máquina debe detenerse inmediatamente para su inspección y las mal funcionamiento deben eliminarse rápidamente. No debe continuar funcionando hasta que se identifique la causa raíz.
4. Inspección antes de cada uso : las aperturas del rotor deben inspeccionarse estrictamente para cualquier objeto y suciedad extraños para mantener el equilibrio. El rotor también debe verificarse para si hay signos de daño o desgaste.
5. Preste atención a los tubos de plástico : controle la frecuencia de uso de los tubos de centrífuga de plástico y verifique las especificaciones correspondientes. Los diferentes tipos de tubos de centrífuga tienen diferentes propiedades del material y límites de velocidad máxima.
6. Preenfriamiento : cuando se centrifugó muestras a bajas temperaturas, es necesaria la preenfriamiento durante un cierto período de tiempo.
7. Mantenimiento regular : la horizontalidad del cuerpo principal de la centrífuga debe calibrarse una vez cada tres meses. Cuando no está en uso regular, debe iniciarse a baja velocidad durante 1 a 2 veces al mes, cada vez durante 0.5 horas.
Fallas de centrífuga comunes y métodos de solución de problemas
Fallas comunes
1. Motor no correr
2. El motor no alcanza la velocidad nominal
3. Daño del rotor
4. Falta del congelador para comenzar o un bajo rendimiento de enfriamiento
5. Vibración excesiva o ruido inusual del cuerpo de la centrífuga
Métodos de solución de problemas
Para el motor no correr
1. La luz del indicador de alimentación principal no está encendido: verifique si el fusible está soplado y asegura un buen contacto entre el cable de alimentación, el enchufe y el zócalo.
2. Luz de indicador de alimentación principal pero el motor no puede arrancar:
(1) Verifique si el interruptor de banda o la resistencia variable de porcelana están dañadas, o si sus cables de conexión están desconectados.
(2) Compruebe las conexiones desconectadas o cortocuitadas internamente en la bobina de campo magnético.
3. Verifique los valores del indicador de presión de la bomba de vacío y la presión de aceite.
Para que el motor no alcance la velocidad nominal
1. Daño u obstrucción del eje de transmisión. Debe limpiarse y reemplazarse de inmediato.
2. Limpie el conmutador y los cepillos para garantizar un buen contacto o reemplácelos.
3. Verifique si hay circuitos cortos o circuitos abiertos en los devanados de la bobina del rotor.
Por daño del rotor
1. Las cabezas del rotor pueden romper los tubos de centrífuga debido a factores como la fatiga del metal, la sobrevelocidad, la sobreenses, la corrosión química, la selección inadecuada, el uso desequilibrado durante la operación y la falla de control de temperatura, lo que provoca fugas de muestra y daño en la cabeza del rotor. El motor eléctrico tiene rodamientos superiores e inferiores que requieren lubricación periódica (cada seis meses o anualmente).
2. Los operadores deben ser competentes en procedimientos operativos, seleccionar correctamente los tubos de centrífuga adecuados y los cabezales del rotor, y cumplir con los factores de seguridad y los períodos de garantía para el uso de la cabeza del rotor.
Para la falla del congelador para comenzar o un rendimiento de enfriamiento deficiente
1. Falla de energía, verifique el cable de alimentación y los fusibles por separado.
2. Los dispositivos de seguridad desencadenantes de bajo voltaje que evitan que el congelador comience.
3. Cuando el voltaje de potencia cae a 180 V a 190 V, el congelador no puede comenzar, afectando la eficiencia de enfriamiento.
4. El bajo rendimiento de ventilación también puede afectar la eficiencia de enfriamiento.
Para una vibración excesiva o ruido inusual del cuerpo de la centrífuga
1. El peso de los tubos de centrífuga está desequilibrado, y se colocan asimétricamente.
2. Hay objetos extraños en los agujeros del rotor, la carga está desequilibrada o se usan las mangas de tubo no calificadas.
3. La tuerca de fijación en el extremo superior del eje del rotor está suelto, causando fricción o flexión del eje del rotor.
4. El rotor del motor que no está en el centro del campo magnético generará ruido.
5. Los tornillos de fijación de los resortes de amortiguación en la base están sueltos, o uno de los resortes está roto.
6. El rotor en sí está dañado.
