Una centrífuga es un dispositivo científico crucial que utiliza la fuerza centrífuga para separar sustancias según la densidad, esencial en campos como la química, la bioquímica y la biología molecular. Viene en variantes de baja, alta y ultra velocidad, siendo la velocidad de rotación y la capacidad factores clave. Es imperativo cumplir estrictos procedimientos de seguridad durante la operación.
El artículo presentará las centrífugas desde los siguientes puntos:
Teoría de trabajo de la máquina centrífuga
Clasificación de la máquina centrífuga.
Componentes de la máquina centrífuga
Principales parámetros técnicos e índices de rendimiento de las centrífugas.
Aplicaciones y Mantenimiento de Centrífugas
Fallos comunes de las centrífugas y métodos de solución de problemas
Teoría de trabajo de la máquina centrífuga
Principio general
El principio de funcionamiento de una centrífuga se basa en la aplicación de 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 son empujadas hacia el borde exterior, mientras que las más ligeras o más pequeñas permanecen más cerca del centro.
Este principio se utiliza ampliamente en diversos 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 velocidades de sedimentación de diferentes partículas en un campo de fuerza centrífuga. En las mismas condiciones de centrifugación, al aumentar continuamente la fuerza centrífuga relativa, se precipitan paso a paso partículas de diferentes tamaños y formas en una mezcla no uniforme. Se utiliza principalmente para la separación de muestras generales y especiales, como orgánulos y virus.
l Método de centrifugación por isodensidad
La muestra se somete a precipitación centrífuga o equilibrio de sedimentación en un determinado medio de gradiente inerte. Bajo la acción de una determinada fuerza centrífuga, las partículas se distribuyen en determinadas posiciones específicas en el gradiente de líquido, lo que da como resultado la separación de diferentes zonas.
Clasificación de la máquina centrífuga.
Según Propósito: Tipo de preparación, tipo analítico y tipo de doble propósito tanto para preparación como para análisis
Según Velocidad: baja velocidad, alta velocidad, ultracentrífugas, etc.
Según la estructura: se puede dividir en tipo de mesa, tipo micro de tubos múltiples, tipo de frotis celular, tipo de lavado de sangre, tipo refrigerado de alta velocidad, tipo refrigerado de gran capacidad y baja velocidad, centrífuga de equilibrio automático de mesa de baja velocidad, etc.
Tipos de centrífugas
Centrífuga de baja velocidad
Estos se utilizan frecuentemente en laboratorios para la clasificación rutinaria de partículas que funcionan a una velocidad máxima de 4000-5000 rpm. Hay pocos casos de regulación de temperatura y, a menudo, funcionan a temperatura ambiente. Estas centrífugas emplean tipos de rotor de ángulo fijo y cubo oscilante, que se utilizan para separar plasma y suero, así como componentes como líquido cefalorraquídeo, líquido pleural y peritoneal y orina.
Centrífuga de alta velocidad
Puede funcionar a velocidades algo más rápidas, entre 15.000 y 30.000 revoluciones por minuto, y contiene un dispositivo para regular tanto la temperatura como la velocidad de operación para el análisis crítico de moléculas biológicas delicadas. Estas centrífugas emplean tres rotores: de ángulo fijo, de cubeta oscilante y vertical. Se utilizan para la purificación de ADN y ARN, el fraccionamiento subcelular y el aislamiento de componentes celulares como las mitocondrias.
Ultracentrífuga
Es una centrífuga sofisticada y altamente desarrollada que puede separar moléculas diminutas que las centrífugas convencionales no pueden separar a un ritmo rápido. Las velocidades del rotor de la ultracentrífuga pueden oscilar entre 60.000 y 150.000 rpm. Analizan 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 nucleicos y proteínas.
Componentes de la máquina centrífuga
La introducción del rotor.
El rotor es el componente central de una centrífuga que se utiliza para separar muestras y su velocidad depende del material y la resistencia del rotor. Las centrífugas de baja velocidad suelen utilizar aleaciones de aluminio superduras, resistentes pero ligeras, mientras que las ultracentrífugas utilizan aleaciones de titanio. Generalmente, para centrífugas del mismo tipo, los rotores que son más livianos y tienen capacidades más pequeñas giran a velocidades más altas, mientras que los rotores más pesados giran a velocidades más bajas. Las centrífugas suelen tener varias formas de rotor, cada una de las cuales refleja diferentes campos de fuerza centrífuga y distancias de sedimentación. La selección adecuada de rotores en función de los requisitos de separación es crucial en aplicaciones prácticas.
Tipos comunes de rotores
Rotores de ángulo fijo : estos rotores mantienen los tubos en un ángulo de 14 a 40 ° con la vertical, de modo que las partículas viajan una distancia corta mientras se mueven radialmente hacia afuera y se utilizan en la centrifugación diferencial.
Rotores de cubeta oscilante : estos rotores, junto con los tubos de centrífuga, oscilan hacia una posición horizontal durante el tiempo de aceleración, de modo que las partículas recorren una distancia más larga, lo que facilita la separación del sobrenadante del sedimento. Este tipo de motores se emplean en la centrifugación en gradiente de densidad.
Rotores verticales : Estos mantienen los tubos verticalmente, es decir, paralelos al eje del motor, y las partículas se desplazan distancias más cortas con periodos de separación más cortos. Se utiliza para la separación isopícnica y en gradiente de densidad.
Principales parámetros técnicos e índices de rendimiento de las centrífugas.
1. Velocidad máxima: la velocidad de rotación más alta que puede alcanzar el rotor de la centrífuga, medida en rpm.
2. Fuerza centrífuga máxima: La fuerza centrífuga relativa máxima (RCF) generada por la centrífuga, medida en 'g'.
3. Capacidad máxima: el volumen máximo de muestra que se puede procesar en un ciclo de centrifugación, normalmente representado como 'm×n'. (Aquí, 'm' indica el número máximo de tubos de centrífuga acomodados a la vez, y 'n' representa el volumen máximo de muestra que se puede separar en dos tubos de centrífuga, medido 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 la muestra que se pueden controlar durante el funcionamiento de la centrífuga.
6. Voltaje de funcionamiento: El voltaje requerido para que funcione la centrífuga.
7. Consumo de energía: normalmente se refiere a la potencia nominal del motor centrífugo.
Aplicaciones y Mantenimiento de Centrífugas
Debido a la alta velocidad de rotación y la importante fuerza centrífuga generada por las centrífugas, pueden ocurrir accidentes graves si se utilizan incorrectamente o si no se realizan inspecciones y mantenimiento regulares. Por lo tanto, se deben seguir estrictamente los procedimientos de operación y mantenimiento durante el uso.
1. Mantenga el equilibrio : los tubos de centrífuga y su contenido deben estar equilibrados de antemano y colocados simétricamente. Nunca se debe cargar un número impar de tubos en el rotor para garantizar que la carga se distribuya uniformemente alrededor del rotor.
2. Cargue la solución adecuada : la centrífuga abierta no debe cargarse con una solución excesiva para evitar que salga despedida durante la centrifugación y provoque desequilibrio en el rotor, oxidación o corrosión.
3. Mantenga la observación : durante el proceso de centrifugación, los instrumentos de la centrífuga deben observarse constantemente para determinar si están funcionando correctamente. Si ocurre alguna anomalía, la máquina debe detenerse inmediatamente para su inspección y las averías 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 detectar objetos extraños y suciedad para mantener el equilibrio. El rotor también debe revisarse para detectar 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 coincidentes. Los diferentes tipos de tubos de centrífuga tienen diferentes propiedades de material y límites de velocidad máxima.
6. Preenfriamiento : al centrifugar muestras a bajas temperaturas, es necesario un preenfriamiento durante un período de tiempo determinado.
7. Mantenimiento regular : La horizontalidad del cuerpo principal de la centrífuga debe calibrarse una vez cada tres meses. Cuando no esté en uso regular, debe iniciarse a baja velocidad de 1 a 2 veces al mes, cada vez durante 0,5 horas.
Fallos comunes de las centrífugas y métodos de resolución de problemas
Fallos comunes
1. El motor no funciona
2. El motor no alcanza la velocidad nominal
3. Daño al rotor
4. El congelador no arranca o su rendimiento de enfriamiento es deficiente
5. Vibración excesiva o ruido inusual del cuerpo de la centrífuga.
Métodos de solución de problemas
Para motor que no funciona
1. La luz indicadora de alimentación principal no está encendida: compruebe si el fusible está fundido y asegúrese de que haya un buen contacto entre el cable de alimentación, el enchufe y el enchufe.
2. La luz indicadora de alimentación principal está encendida pero el motor no puede arrancar:
(1) Verifique si el interruptor de banda o la resistencia variable de porcelana están dañados o si sus cables de conexión están desconectados.
(2) Verifique si hay conexiones desconectadas o en cortocircuito interno en la bobina del campo magnético.
3. Verifique los valores del indicador de presión de aceite y del manómetro de la bomba de vacío.
Para el motor que no alcanza la velocidad nominal
1. Daño u obstrucción del eje de transmisión. Debe limpiarse y reemplazarse rápidamente.
2. Limpie el conmutador y las escobillas para asegurar un buen contacto o reemplácelos.
3. Verifique si hay cortocircuitos o circuitos abiertos en los devanados de la bobina del rotor.
Por daños al rotor
1. Los cabezales de los rotores pueden romper los tubos de centrífuga debido a factores como fatiga del metal, exceso de velocidad, tensión excesiva, corrosión química, selección inadecuada, uso desequilibrado durante la operación y fallas en el control de temperatura, lo que provoca fugas de muestras y daños en los cabezales del rotor. El motor eléctrico tiene cojinetes superiores e inferiores que requieren lubricación periódica (cada seis meses o anualmente).
2. Los operadores deben dominar los procedimientos operativos, seleccionar correctamente los tubos centrífugos y los cabezales del rotor adecuados y cumplir con los factores de seguridad y los períodos de garantía para el uso del cabezal del rotor.
En caso de que el congelador no arranque o tenga un rendimiento de enfriamiento deficiente
1. Fallo de energía, verifique el cable de alimentación y los fusibles por separado.
2. La baja tensión activa los dispositivos de seguridad que impiden el arranque del congelador.
3. Cuando el voltaje de alimentación cae de 180 V a 190 V, el congelador no puede arrancar, lo que afecta la eficiencia de enfriamiento.
4. Un rendimiento deficiente de la ventilación también puede afectar la eficiencia de la refrigeración.
Por vibración excesiva o ruido inusual del cuerpo de la centrífuga
1. El peso de los tubos de centrífuga está desequilibrado y están colocados de forma asimétrica.
2. Hay objetos extraños en los orificios del rotor, la carga está desequilibrada o se utilizan manguitos de tubo no calificados.
3. La tuerca de fijación en el extremo superior del eje del rotor está suelta, lo que provoca fricción o flexión del eje del rotor.
4. El rotor del motor que no esté en el centro del campo magnético generará ruido.
5. Los tornillos de fijación de los resortes amortiguadores de la base están flojos o uno de los resortes está roto.
6. El propio rotor está dañado.
