معرفی ماشین سانتریفیوژ

سانتریفیوژ یک دستگاه علمی مهم است که از نیروی گریز از مرکز برای جداسازی مواد بر اساس چگالی استفاده می‌کند که در زمینه‌هایی مانند شیمی، بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی ضروری است. این در انواع کم، زیاد و فوق‌سرعت عرضه می‌شود که سرعت چرخش و ظرفیت آن عوامل کلیدی هستند. رعایت رویه های ایمنی دقیق در حین کار ضروری است.

این مقاله سانتریفیوژها را از نکات زیر معرفی می کند:

تئوری کار ماشین سانتریفیوژ

طبقه بندی ماشین سانتریفیوژ

اجزای ماشین سانتریفیوژ

پارامترهای فنی اصلی و شاخص های عملکرد سانتریفیوژها

کاربردها و نگهداری سانتریفیوژها

خرابی های رایج سانتریفیوژ و روش های عیب یابی

تئوری کار ماشین سانتریفیوژ

اصل کلی

• اصل کار یک سانتریفیوژ بر اساس اعمال نیروی گریز از مرکز است.

• سانتریفیوژ با سرعت زیاد می چرخد ​​و باعث جدا شدن مواد با چگالی یا اندازه ذرات مختلف در مخلوط می شود. ذرات متراکم تر یا بزرگتر به لبه بیرونی فشار داده می شوند، در حالی که ذرات سبکتر یا کوچکتر به مرکز نزدیکتر می مانند.

• این اصل در زمینه های مختلف مانند پزشکی، علم و صنعت کاربرد فراوانی دارد.

روش های خاص

l روش سانتریفیوژ با سرعت دیفرانسیل

این روش از تفاوت در نرخ ته نشینی ذرات مختلف در یک میدان نیروی گریز از مرکز استفاده می کند. در شرایط سانتریفیوژ یکسان، با افزایش مداوم نیروی گریز از مرکز نسبی، ذرات با اندازه‌ها و شکل‌های مختلف در یک مخلوط غیریکنواخت گام به گام رسوب می‌کنند. عمدتاً برای جداسازی نمونه های عمومی و خاص مانند اندامک ها و ویروس ها استفاده می شود.

l روش سانتریفیوژ با دانسیته ایزودنیته

نمونه در یک محیط گرادیان خنثی معینی در معرض بارش گریز از مرکز یا تعادل ته نشینی قرار می گیرد. تحت عمل یک نیروی گریز از مرکز معین، ذرات در موقعیت‌های خاصی در مایع گرادیان توزیع می‌شوند و در نتیجه مناطق مختلف از هم جدا می‌شوند.

طبقه بندی ماشین سانتریفیوژ

• با توجه به هدف: نوع آماده سازی، نوع تحلیلی و نوع دو منظوره برای آماده سازی و تجزیه و تحلیل

• با توجه به سرعت: کم سرعت، پرسرعت، اولتراسانتریفیوژها و غیره.

• با توجه به ساختار: می توان آن را به نوع رومیزی، نوع میکرو چند لوله ای، نوع اسمیر سلولی، نوع شستشوی خون، نوع یخچالی پرسرعت، نوع یخچالی کم سرعت با ظرفیت بالا، سانتریفیوژ تعادل خودکار با سرعت پایین رومیزی و غیره تقسیم کرد.

انواع سانتریفیوژ

سانتریفیوژ با سرعت کم

این ها اغلب در آزمایشگاه ها برای مرتب سازی معمول ذرات با حداکثر سرعت 4000-5000 دور در دقیقه استفاده می شوند. موارد کمی از تنظیم دما وجود دارد و اغلب در دمای اتاق کار می کند. این سانتریفیوژها از انواع سطل نوسانی و روتور با زاویه ثابت استفاده می کنند که برای جداسازی پلاسما و سرم و همچنین اجزایی مانند مایع مغزی نخاعی، مایعات پلورال و صفاقی و ادرار استفاده می شود.

سانتریفیوژ با سرعت بالا

می‌تواند با سرعت‌های تا حدودی سریع‌تر در محدوده 15000 تا 30000 دور در دقیقه کار کند، که حاوی دستگاهی برای تنظیم دما و سرعت عملیات برای تجزیه و تحلیل انتقادی مولکول‌های بیولوژیکی ظریف است. این سانتریفیوژها از سه روتور استفاده می کنند: زاویه ثابت، سطل نوسانی و عمودی. آنها برای خالص سازی DNA و RNA، شکنش درون سلولی و جداسازی اجزای سلولی مانند میتوکندری استفاده می شوند.

اولتراسانتریفیوژ

این یک سانتریفیوژ بسیار پیشرفته و پیشرفته است که می‌تواند مولکول‌های کوچکی را که سانتریفیوژهای معمولی نمی‌توانند با سرعت زیاد جدا کنند، جدا کند. سرعت روتور اولتراسانتریفیوژ می تواند از 60000 تا 150000 دور در دقیقه باشد. آنها نمونه ها را به صورت گروهی یا به صورت سیستم های جریان پیوسته اجرا می کنند و بزرگتر هستند. اولتراسانتریفیوژها در حوزه بیولوژی مولکولی و بیوشیمی برای خالص سازی اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها ضروری هستند.

اجزای ماشین سانتریفیوژ

معرفی روتور

روتور جزء اصلی یک سانتریفیوژ است که برای جداسازی نمونه ها استفاده می شود و سرعت آن به مواد و قدرت روتور بستگی دارد. سانتریفیوژهای کم سرعت معمولاً از آلیاژهای آلومینیومی فوق سخت قوی و در عین حال سبک وزن استفاده می کنند، در حالی که اولتراسانتریفیوژها از آلیاژهای تیتانیوم استفاده می کنند. به طور کلی، برای سانتریفیوژهایی از یک نوع، روتورهایی که سبک‌تر هستند و ظرفیت‌های کمتری دارند، با سرعت‌های بالاتر می‌چرخند، در حالی که روتورهای سنگین‌تر با سرعت‌های پایین‌تری می‌چرخند. سانتریفیوژها اغلب دارای شکل‌های روتور مختلفی هستند که هر کدام میدان‌های نیروی گریز از مرکز و فواصل رسوب‌گذاری متفاوتی را منعکس می‌کنند. انتخاب مناسب روتورها بر اساس الزامات جداسازی در کاربردهای عملی بسیار مهم است.

انواع رایج روتورها

روتورهای زاویه ثابت : این روتورها لوله ها را در زاویه 14 تا 40 درجه نسبت به عمود نگه می دارند به طوری که ذرات در حالی که به صورت شعاعی به سمت خارج حرکت می کنند، فاصله کوتاهی را طی می کنند و در سانتریفیوژ دیفرانسیل استفاده می شوند.

روتورهای سطلی نوسانی : این روتورها همراه با لوله های سانتریفیوژ، در طول زمان شتاب به حالت افقی حرکت می کنند، به طوری که ذرات مسافت طولانی تری را طی می کنند و در نتیجه جداسازی راحت تر مایع رویی از گلوله را تسهیل می کنند. این نوع موتورها در سانتریفیوژ با گرادیان چگالی به کار می روند.

روتورهای عمودی : اینها لوله ها را به صورت عمودی، یعنی موازی با محور موتور نگه می دارند و ذرات در فواصل کوتاهتر با دوره های کوتاه تری برای جداسازی حرکت می کنند. برای جداسازی ایزوپیکنیک و شیب چگالی استفاده می شود.

پارامترهای فنی اصلی و شاخص های عملکرد سانتریفیوژها

1. حداکثر سرعت: بالاترین سرعت چرخشی قابل دستیابی توسط روتور سانتریفیوژ که بر حسب دور در دقیقه اندازه گیری می شود.

2. حداکثر نیروی گریز از مرکز: حداکثر نیروی گریز از مرکز نسبی (RCF) تولید شده توسط سانتریفیوژ، که بر حسب 'g' اندازه گیری می شود.

3. حداکثر ظرفیت: حداکثر حجم نمونه ای که می تواند در یک چرخه سانتریفیوژ پردازش شود، که معمولاً به صورت 'm×n' نشان داده می شود. (در اینجا، 'm' نشان دهنده حداکثر تعداد لوله های سانتریفیوژ است که در یک بار جای داده شده اند، و 'n' نشان دهنده حداکثر حجم نمونه قابل جداسازی در دو لوله سانتریفیوژ است که در 'ml' اندازه گیری می شود).

4. محدوده سرعت (محدوده تنظیم سرعت): محدوده قابل تنظیم سرعت روتور در سانتریفیوژ.

5. محدوده کنترل دما: محدوده دمای نمونه قابل کنترل در حین کار سانتریفیوژ.

6. ولتاژ عملیاتی: ولتاژ مورد نیاز برای کارکرد سانتریفیوژ.

7. مصرف برق: به طور معمول به توان نامی موتور سانتریفیوژ اشاره دارد.

کاربردها و نگهداری سانتریفیوژها

به دلیل سرعت چرخش بالا و نیروی گریز از مرکز قابل توجهی که توسط سانتریفیوژها ایجاد می شود، در صورت استفاده نادرست یا عدم بازرسی و نگهداری منظم ممکن است حوادث جدی رخ دهد. بنابراین، مراحل عملیات و نگهداری باید به شدت در طول استفاده رعایت شود.

1. حفظ تعادل : لوله های سانتریفیوژ و محتویات آنها باید از قبل متعادل شده و به صورت متقارن قرار گیرند. هرگز نباید تعداد فرد لوله در روتور بارگذاری شود تا اطمینان حاصل شود که بار به طور مساوی در اطراف روتور توزیع شده است.

2. محلول مناسب را بارگذاری کنید : سانتریفیوژ باز نباید با محلول بیش از حد پر شود تا از پرت شدن آن در حین سانتریفیوژ به بیرون و ایجاد عدم تعادل روتور، زنگ زدگی یا خوردگی جلوگیری شود.

3. مشاهده را حفظ کنید : در طول فرآیند سانتریفیوژ، ابزارهای روی سانتریفیوژ باید دائماً بررسی شوند تا مشخص شود که آیا آنها به درستی کار می کنند یا خیر. در صورت بروز هر گونه غیرعادی، دستگاه باید فوراً برای بازرسی متوقف شود و خرابی ها باید به سرعت برطرف شوند. تا زمانی که علت اصلی شناسایی نشود نباید به کار خود ادامه دهد.

4. بازرسی قبل از هر بار استفاده : برای حفظ تعادل، روزنه های روتور باید به شدت از نظر وجود هر گونه اجسام خارجی و کثیفی بازرسی شوند. روتور همچنین باید برای هر گونه نشانه آسیب یا فرسودگی بررسی شود.

5. به لوله های پلاستیکی توجه کنید : فرکانس استفاده از لوله های سانتریفیوژ پلاستیکی را کنترل کنید و مشخصات مطابقت را بررسی کنید. انواع مختلف لوله های سانتریفیوژ دارای خواص مواد متفاوت و محدودیت حداکثر سرعت هستند.

6. پیش خنک کردن : هنگام سانتریفیوژ کردن نمونه ها در دماهای پایین، پیش سرد کردن برای مدت زمان معینی ضروری است.

7. تعمیر و نگهداری منظم : افقی بدنه اصلی سانتریفیوژ باید هر سه ماه یکبار کالیبره شود. در صورت عدم استفاده منظم، باید 1 تا 2 بار در ماه و هر بار 0.5 ساعت با سرعت کم شروع شود.

خرابی های رایج سانتریفیوژ و روش های عیب یابی

شکست های رایج

1. موتور کار نمی کند

2. موتور نمی تواند به سرعت نامی برسد

3. آسیب روتور

4. شروع نشدن فریزر یا عملکرد ضعیف خنک کننده

5. لرزش زیاد یا صدای غیرعادی از بدنه سانتریفیوژ

روش های عیب یابی

برای کار نکردن موتور

1. روشن نشدن چراغ نشانگر اصلی برق: بررسی کنید که آیا فیوز سوخته است و از تماس خوب بین سیم برق، دوشاخه و پریز اطمینان حاصل کنید.

2. چراغ نشانگر قدرت اصلی روشن است اما موتور نمی تواند روشن شود:

(1) بررسی کنید که آیا کلید باند یا مقاومت متغیر چینی آسیب دیده است یا سیم های اتصال آنها قطع شده است.

(2) اتصالات قطع شده یا اتصال کوتاه داخلی در سیم پیچ میدان مغناطیسی را بررسی کنید.

3. گیج پمپ خلاء و مقادیر نشانگر فشار روغن را بررسی کنید.

برای اینکه موتور نمی تواند به سرعت نامی برسد

1. آسیب یا انسداد محور درایو. باید به سرعت تمیز و تعویض شود.

2. کموتاتور و برس ها را برای اطمینان از تماس خوب تمیز کنید یا آنها را تعویض کنید.

3. وجود هرگونه اتصال کوتاه یا مدار باز در سیم پیچ های روتور را بررسی کنید.

برای آسیب روتور

1. سرهای روتور می توانند لوله های سانتریفیوژ را به دلیل عواملی مانند خستگی فلز، سرعت بیش از حد، فشار بیش از حد، خوردگی شیمیایی، انتخاب نامناسب، استفاده نامتعادل در حین کار و خرابی کنترل دما پاره کنند که منجر به نشت نمونه و آسیب سر روتور می شود. موتور الکتریکی دارای بلبرینگ های بالایی و پایینی است که نیاز به روغن کاری دوره ای (هر شش ماه یا سالانه) دارد.

2. اپراتورها باید در روش های عملیاتی مهارت داشته باشند، لوله های سانتریفیوژ مناسب و سرهای روتور را به درستی انتخاب کنند و به فاکتورهای ایمنی و دوره های گارانتی برای استفاده از سر روتور پایبند باشند.

برای شروع نشدن فریزر یا عملکرد ضعیف خنک کننده

1. قطع برق، سیم برق و فیوزها را جداگانه بررسی کنید.

2. ولتاژ پایین باعث ایجاد وسایل ایمنی می شود که از روشن شدن فریزر جلوگیری می کند.

3. هنگامی که ولتاژ برق به 180 ولت تا 190 ولت کاهش می یابد، فریزر نمی تواند شروع به کار کند و بر راندمان خنک کننده تأثیر می گذارد.

4. عملکرد ضعیف تهویه نیز می تواند بر راندمان خنک کننده تأثیر بگذارد.

برای لرزش بیش از حد یا صدای غیر معمول از بدنه سانتریفیوژ

1. وزن لوله های سانتریفیوژ نامتعادل است و به صورت نامتقارن قرار می گیرند.

2. اجسام خارجی در سوراخ های روتور وجود دارد، بار نامتعادل است، یا از آستین های لوله نامرغوب استفاده می شود.

3. مهره ثابت در انتهای بالایی شفت روتور شل است و باعث اصطکاک یا خمش شفت روتور می شود.

4. قرار نگرفتن روتور موتور در مرکز میدان مغناطیسی باعث ایجاد نویز می شود.

5. پیچ های تثبیت کننده فنرهای میرایی روی پایه شل شده و یا یکی از فنرها شکسته است.

6. خود روتور آسیب دیده است.