Une centrifugeuse est un appareil scientifique crucial qui utilise la force centrifuge pour séparer les substances en fonction de leur densité, essentielle dans des domaines comme la chimie, la biochimie et la biologie moléculaire. Il existe en variantes basse, haute et ultra-vitesse, la vitesse de rotation et la capacité étant des facteurs clés. Le respect de procédures de sécurité strictes est impératif pendant le fonctionnement.
L'article présentera les centrifugeuses à partir des points suivants :
Théorie de fonctionnement de la centrifugeuse
Classification de la centrifugeuse
Composants de la centrifugeuse
Principaux paramètres techniques et indices de performance des centrifugeuses
Applications et maintenance des centrifugeuses
Pannes courantes des centrifugeuses et méthodes de dépannage
Théorie de fonctionnement de la centrifugeuse
Principe général
Le principe de fonctionnement d'une centrifugeuse repose sur l'application de la force centrifuge.
La centrifugeuse tourne à grande vitesse, provoquant la séparation de substances de densités ou de tailles de particules différentes dans un mélange. Les particules les plus denses ou les plus grosses sont poussées vers le bord extérieur, tandis que les plus légères ou les plus petites restent plus proches du centre.
Ce principe est largement utilisé dans divers domaines tels que la médecine, la science et l’industrie.
Méthodes spécifiques
l Méthode de centrifugation à vitesse différentielle
Cette méthode utilise les différences entre les vitesses de sédimentation de différentes particules dans un champ de force centrifuge. Dans les mêmes conditions de centrifugation, en augmentant continuellement la force centrifuge relative, des particules de différentes tailles et formes dans un mélange non uniforme sont précipitées étape par étape. Il est principalement utilisé pour la séparation d’échantillons généraux et spéciaux, tels que les organites et les virus.
l Méthode de centrifugation par isodensité
L'échantillon subit un équilibre de précipitation ou de sédimentation centrifuge dans un certain milieu à gradient inerte. Sous l'action d'une certaine force centrifuge, les particules sont distribuées vers certaines positions spécifiques dans le liquide dégradé, entraînant la séparation de différentes zones.
Classification de la centrifugeuse
Selon le but : type de préparation, type analytique et type à double usage pour la préparation et l'analyse
Selon la vitesse : basse vitesse, haute vitesse, ultracentrifugeuses, etc.
Selon la structure : il peut être divisé en type de table, type micro multitube, type de frottis cellulaire, type de lavage de sang, type réfrigéré à grande vitesse, type réfrigéré à basse vitesse de grande capacité, centrifugeuse à balance automatique à basse vitesse de table, etc.
Types de centrifugeuses
Centrifugeuse à basse vitesse
Ceux-ci sont fréquemment utilisés dans les laboratoires pour le tri de particules de routine opéré à une vitesse maximale de 4 000 à 5 000 tr/min. Il existe peu de cas de régulation de température et fonctionne souvent à température ambiante. Ces centrifugeuses utilisent des types à godets oscillants et à rotor à angle fixe, utilisés pour séparer le plasma et le sérum, ainsi que des composants tels que le liquide céphalo-rachidien, les liquides pleuraux et péritonéaux et l'urine.
Centrifugeuse à grande vitesse
Il peut fonctionner à des vitesses un peu plus rapides, comprises entre 15 000 et 30 000 tours par minute, et contient un dispositif permettant de réguler à la fois la température et la vitesse de fonctionnement pour l'analyse critique de molécules biologiques délicates. Ces centrifugeuses utilisent trois rotors : à angle fixe, à godets oscillants et vertical. Ils sont utilisés pour la purification de l’ADN et de l’ARN, le fractionnement subcellulaire et l’isolement des composants cellulaires comme les mitochondries.
Ultracentrifugeuse
Il s'agit d'une centrifugeuse hautement développée et sophistiquée capable de séparer de minuscules molécules que les centrifugeuses conventionnelles ne peuvent pas séparer rapidement. Les vitesses du rotor des ultracentrifugeuses peuvent varier de 60 000 à 150 000 tr/min. Ils analysent les échantillons en groupes ou sous forme de systèmes à flux continu et sont plus grands. Les ultracentrifugeuses sont indispensables dans le domaine de la biologie moléculaire et de la biochimie pour la purification des acides nucléiques et des protéines.
Composants de la centrifugeuse
L'introduction du rotor
Le rotor est l'élément central d'une centrifugeuse utilisée pour séparer les échantillons, et sa vitesse dépend du matériau et de la résistance du rotor. Les centrifugeuses à basse vitesse utilisent généralement des alliages d'aluminium ultra-durs, solides mais légers, tandis que les ultracentrifugeuses utilisent des alliages de titane. Généralement, pour les centrifugeuses du même type, les rotors plus légers et de plus petites capacités tournent à des vitesses plus élevées, tandis que les rotors plus lourds tournent à des vitesses plus faibles. Les centrifugeuses ont souvent différentes formes de rotor, chacune reflétant différents champs de force centrifuge et distances de sédimentation. Une sélection appropriée des rotors en fonction des exigences de séparation est cruciale dans les applications pratiques.
Types courants de rotors
Rotors à angle fixe : Ces rotors maintiennent les tubes à un angle de 14 à 40° par rapport à la verticale de sorte que les particules parcourent une courte distance tout en se déplaçant radialement vers l'extérieur et sont utilisés en centrifugation différentielle.
Rotors à godets oscillants : ces rotors, ainsi que les tubes à centrifuger, pivotent vers une position horizontale pendant le temps d'accélération, de sorte que les particules parcourent une distance plus longue, facilitant ainsi la séparation du surnageant du culot. Ces types de moteurs sont utilisés dans la centrifugation à gradient de densité.
Rotors verticaux : ceux-ci maintiennent les tubes verticalement, c'est-à-dire parallèlement à l'axe du moteur, et les particules se déplacent sur des distances plus courtes avec des périodes de séparation plus courtes. Il est utilisé pour la séparation isopycnique et par gradient de densité.
Principaux paramètres techniques et indices de performance des centrifugeuses
1. Vitesse maximale : La vitesse de rotation la plus élevée pouvant être atteinte par le rotor de la centrifugeuse, mesurée en tr/min.
2. Force centrifuge maximale : la force centrifuge relative maximale (FCR) générée par la centrifugeuse, mesurée en « g ».
3. Capacité maximale : volume d'échantillon maximal pouvant être traité dans un cycle de centrifugation, généralement représenté par « m×n ». (Ici, « m » désigne le nombre maximum de tubes à centrifuger hébergés à la fois, et « n » représente le volume d'échantillon maximum pouvant être séparé dans deux tubes à centrifuger, mesuré en « ml ».)
4. Plage de vitesse (plage de réglage de la vitesse) : La plage réglable de vitesses du rotor sur la centrifugeuse.
5. Plage de contrôle de la température : plage de températures d'échantillon qui peut être contrôlée pendant le fonctionnement de la centrifugeuse.
6. Tension de fonctionnement : la tension nécessaire au fonctionnement de la centrifugeuse.
7. Consommation d'énergie : fait généralement référence à la puissance nominale du moteur de la centrifugeuse.
Applications et maintenance des centrifugeuses
En raison de la vitesse de rotation élevée et de la force centrifuge importante générée par les centrifugeuses, des accidents graves peuvent survenir si elles sont mal utilisées ou si elles ne sont pas inspectées et entretenues régulièrement. Par conséquent, les procédures d’exploitation et de maintenance doivent être strictement respectées pendant l’utilisation.
1. Keep Balance : les tubes à centrifuger et leur contenu doivent être équilibrés à l'avance et placés symétriquement. Un nombre impair de tubes ne doit jamais être chargé dans le rotor pour garantir que la charge est uniformément répartie autour du rotor.
2. Charger la solution appropriée : la centrifugeuse ouverte ne doit pas être chargée avec une solution excessive pour éviter qu'elle ne soit projetée pendant la centrifugation, provoquant un déséquilibre du rotor, de la rouille ou de la corrosion.
3. Gardez l'observation : pendant le processus de centrifugation, les instruments de la centrifugeuse doivent être constamment observés pour déterminer s'ils fonctionnent correctement. En cas d'anomalie, la machine doit être immédiatement arrêtée pour inspection et les dysfonctionnements doivent être rapidement éliminés. Il ne doit pas continuer à fonctionner tant que la cause profonde n’est pas identifiée.
4. Inspection Avant chaque utilisation : les ouvertures du rotor doivent être strictement inspectées pour détecter tout corps étranger et saleté afin de maintenir l'équilibre. Le rotor doit également être vérifié pour déceler tout signe de dommage ou d'usure.
5. Faites attention aux tubes en plastique : contrôlez la fréquence d'utilisation des tubes à centrifuger en plastique et vérifiez les spécifications correspondantes. Différents types de tubes à centrifuger ont des propriétés de matériaux et des limites de vitesse maximales différentes.
6. Pré-refroidissement : lors de la centrifugation d'échantillons à basse température, un pré-refroidissement pendant un certain temps est nécessaire.
7. Entretien régulier : L'horizontalité du corps principal de la centrifugeuse doit être calibrée une fois tous les trois mois. Lorsqu'il n'est pas utilisé régulièrement, il doit être démarré à basse vitesse 1 à 2 fois par mois, chaque fois pendant 0,5 heure.
Pannes courantes des centrifugeuses et méthodes de dépannage
Échecs courants
1. Le moteur ne tourne pas
2. Le moteur n’atteint pas la vitesse nominale
3. Dommages au rotor
4. Impossible de démarrer le congélateur ou performances de refroidissement médiocres
5. Vibrations excessives ou bruit inhabituel provenant du corps de la centrifugeuse
Méthodes de dépannage
Pour le moteur qui ne tourne pas
1. Le voyant d'alimentation principal n'est pas allumé : vérifiez si le fusible est grillé et assurez-vous d'un bon contact entre le cordon d'alimentation, la fiche et la prise.
2. Le voyant d’alimentation principale est allumé mais le moteur ne peut pas démarrer :
(1) Vérifiez si l'interrupteur à bande ou la résistance variable en porcelaine sont endommagés ou si leurs fils de connexion sont déconnectés.
(2) Vérifiez les connexions déconnectées ou court-circuitées en interne dans la bobine de champ magnétique.
3. Vérifiez les valeurs du manomètre de la pompe à vide et de l'indicateur de pression d'huile.
Pour le moteur qui n'atteint pas la vitesse nominale
1. Arbre de transmission endommagé ou obstrué. Il doit être nettoyé et remplacé rapidement.
2. Nettoyez le collecteur et les balais pour assurer un bon contact, ou remplacez-les.
3. Vérifiez la présence de courts-circuits ou de circuits ouverts dans les enroulements de la bobine du rotor.
Pour les dommages au rotor
1. Les têtes de rotor peuvent rompre les tubes de centrifugeuse en raison de facteurs tels que la fatigue du métal, la survitesse, la surcharge, la corrosion chimique, une sélection inappropriée, une utilisation déséquilibrée pendant le fonctionnement et une défaillance du contrôle de la température, entraînant une fuite d'échantillon et des dommages à la tête de rotor. Le moteur électrique comporte des roulements supérieurs et inférieurs qui nécessitent une lubrification périodique (tous les six mois ou annuellement).
2. Les opérateurs doivent maîtriser les procédures opérationnelles, sélectionner correctement les tubes de centrifugeuse et les têtes de rotor appropriés, et respecter les facteurs de sécurité et les périodes de garantie pour l'utilisation des têtes de rotor.
En cas d'échec du démarrage du congélateur ou de mauvaises performances de refroidissement
1. Panne de courant, vérifiez le cordon d’alimentation et les fusibles séparément.
2. La basse tension déclenche les dispositifs de sécurité empêchant le démarrage du congélateur.
3. Lorsque la tension d'alimentation chute entre 180 V et 190 V, le congélateur ne peut pas démarrer, ce qui affecte l'efficacité du refroidissement.
4. De mauvaises performances de ventilation peuvent également affecter l’efficacité du refroidissement.
En cas de vibrations excessives ou de bruit inhabituel provenant du corps de la centrifugeuse
1. Le poids des tubes à centrifuger est déséquilibré et ils sont placés de manière asymétrique.
2. Il y a des corps étrangers dans les trous du rotor, la charge est déséquilibrée ou des manchons de tube non qualifiés sont utilisés.
3. L'écrou de fixation à l'extrémité supérieure de l'arbre du rotor est desserré, provoquant un frottement ou une flexion de l'arbre du rotor.
4. Le rotor du moteur n'étant pas au centre du champ magnétique générera du bruit.
5. Les vis de fixation des ressorts amortisseurs sur la base sont desserrées ou l'un des ressorts est cassé.
6. Le rotor lui-même est endommagé.
