Una centrifuga è un dispositivo scientifico cruciale che utilizza la forza centrifuga per separare le sostanze in base alla densità, essenziale in campi come chimica, biochimica e biologia molecolare. È disponibile in varianti basse, alte e ultra-velocità, con la velocità e la capacità di rotazione sono fattori chiave. L'adesione a rigorose procedure di sicurezza è indispensabile durante il funzionamento.
L'articolo introdurrà centrifughe dai seguenti punti ：
Teoria di lavoro della macchina centrifuga
Classificazione della macchina centrifuga
Componenti della macchina centrifuga
Parametri tecnici principali e indici di prestazione dei centrifughe
Applicazioni e manutenzione delle centrifughe
Fai fallimenti comuni di centrifuga e metodi di risoluzione dei problemi
Teoria di lavoro della macchina centrifuga
Principio generale
Il principio di lavoro di una centrifuga si basa sull'applicazione della forza centrifuga.
La centrifuga gira ad alta velocità, causando sostanze di diverse densità o dimensioni di particelle in una miscela per separare. Le particelle più dense o più grandi sono forzate al bordo esterno, mentre quelle più leggere o più piccole rimangono più vicine al centro.
Questo principio è ampiamente utilizzato in vari campi come medicina, scienza e industria.
Metodi specifici
l Metodo di centrifugazione della velocità differenziale
Questo metodo utilizza le differenze nei tassi di sedimentazione di diverse particelle in un campo di forza centrifuga. Nelle stesse condizioni di centrifugazione, aumentando continuamente la forza centrifuga relativa, le particelle di dimensioni diverse e le forme in una miscela non uniforme sono precipitate passo per passo. È usato principalmente per la separazione di campioni generali e speciali, come organelli e virus.
dell'isodensità Metodo di centrifugazione
Il campione subisce precipitazione centrifuga o equilibrio di sedimentazione in un determinato mezzo gradiente inerte. Sotto l'azione di una certa forza centrifuga, le particelle sono distribuite in determinate posizioni specifiche nel liquido del gradiente, con conseguente separazione di diverse zone.
Classificazione della macchina centrifuga
Secondo lo scopo: tipo di preparazione, tipo analitico e tipo a doppio uso sia per la preparazione che per l'analisi
Secondo la velocità: bassa velocità, alta velocità, ultracentrifughe, ecc.
Secondo la struttura: può essere diviso in tipo da banco, tipo micro-tubo multi-tubo, tipo di striscio cellulare, tipo di lavaggio del sangue, tipo refrigerato ad alta velocità, tipo refrigerato a bassa velocità di grande capacità, centrifuga automatica a bassa velocità, ecc.
Tipi di centrifughe
Centrifuga a bassa velocità
Questi sono spesso utilizzati nei laboratori per l'ordinamento delle particelle di routine a funzionamento a una velocità massima di 4000-5000 giri / min. Ci sono pochi casi di regolazione della temperatura e spesso operano a temperatura ambiente. Questi centrifughi impiegano tipi di rotore secchio e ad angolo fisso, utilizzati per separare il plasma e il siero, nonché componenti come liquido cerebrospinale, fluidi pleurici e peritoneali e urina.
Centrifuga ad alta velocità
Può funzionare a velocità in qualche modo più rapide comprese tra 15.000 e 30.000 rivoluzioni al minuto, contenente un dispositivo per regolare sia la temperatura che la velocità dell'operazione per l'analisi critica di delicate molecole biologiche. Questi centrifughi impiegano tre rotori: angolo fisso, secchio oscillante e verticale. Sono usati per la purificazione del DNA e dell'RNA, il frazionamento subcellulare e l'isolamento di componenti cellulari come i mitocondri.
Ultracentrifuge
È una centrifuga altamente sviluppata e sofisticata che può separare minuscole molecole che i centrifughe convenzionali non possono separarsi a un ritmo rapido. Le velocità del rotore ultracentrifuga possono variare da 60.000 a 150.000 giri / min. Gestiscono campioni in gruppi o come sistemi di flusso continuo e sono più grandi. Gli ultracentrifughe sono indispensabili nel regno della biologia molecolare e della biochimica per la purificazione di acidi nucleici e proteine.
Componenti della macchina centrifuga
L'introduzione del rotore
Il rotore è il componente centrale di una centrifuga utilizzata per separare i campioni e la sua velocità dipende dal materiale e dalla resistenza del rotore. Le centrifughe a bassa velocità usano in genere leghe di alluminio super-dure forti ma leggeri, mentre gli ultracentrifughi usano leghe di titanio. Generalmente, per le centrifughe dello stesso tipo, i rotori che sono più leggeri e hanno capacità più piccole che girano a velocità più elevate, mentre i rotori più pesanti girano a velocità più basse. I centrifughe hanno spesso varie forme del rotore, ognuna che riflette diverse campi di forza centrifuga e distanze di sedimentazione. La corretta selezione dei rotori basati sui requisiti di separazione è cruciale nelle applicazioni pratiche.
Tipi comuni di rotori
Rotori ad angolo fisso : questi rotori tengono i tubi con un angolo da 14 a 40 ° rispetto alla verticale in modo tale che le particelle percoidano a breve distanza mentre si spostano radialmente verso l'esterno e vengono utilizzate nella centrifugazione differenziale.
Rotori a secchi oscillanti : questi rotori, insieme ai tubi di centrifuga, oscillano in una posizione orizzontale durante il periodo di accelerazione in modo tale che le particelle percorri una distanza più lunga, facilitando così una più facile separazione del surnatante dal pellet. Questi tipi di motori sono impiegati nella centrifugazione del gradiente di densità.
Rotori verticali : questi contengono i tubi verticalmente, cioè paralleli all'asse del motore e le particelle spostano distanze più brevi con periodi più brevi per la separazione. Viene utilizzato per la separazione isopycnic e gradiente di densità.
Parametri tecnici principali e indici di prestazione dei centrifughe
1. Velocità massima: La velocità di rotazione più alta realizzabile dal rotore di centrifuga, misurata in giri / min.
2. Forza centrifuga massima: La forza centrifuga relativa massima (RCF) generata dalla centrifuga, misurata in 'g '.
3. Capacità massima: Il volume massimo del campione che può essere elaborato in un ciclo di centrifugazione, in genere rappresentato come 'm × n '. (Qui, 'M ' indica il numero massimo di tubi di centrifuga alloggiati in una sola volta e 'n ' rappresenta il volume massimo del campione che può essere separato in due tubi di centrifuga, misurato in 'ml '.)
4. Gamma di velocità (intervallo di impostazione della velocità): La gamma regolabile di velocità del rotore sulla centrifuga.
5. Intervallo di controllo della temperatura: La gamma di temperature del campione che possono essere controllate durante l'operazione di centrifuga.
6. Tensione operativa: La tensione richiesta per la centrifuga.
7. Consumo energetico: in genere si riferisce al potere nominale del motore della centrifuga.
Applicazioni e manutenzione delle centrifughe
A causa dell'elevata velocità di rotazione e della sostanziale forza centrifuga generata dai centrifughe, possono verificarsi gravi incidenti se vengono utilizzati in modo improprio o mancano di ispezione e manutenzione regolari. Pertanto, le procedure di funzionamento e la manutenzione devono essere rigorosamente rispettate durante l'uso.
1. Mantieni l'equilibrio : i tubi di centrifuga e il loro contenuto devono essere bilanciati in anticipo e collocati simmetricamente. Un numero dispari di tubi non deve mai essere caricato nel rotore per assicurarsi che il carico sia distribuito uniformemente attorno al rotore.
2. Carica soluzione adeguata : la centrifuga aperta non deve essere caricata con una soluzione eccessiva per evitare che venga espulso durante la centrifugazione, causando squilibrio del rotore, ruggine o corrosione.
3. Mantieni l'osservazione : durante il processo di centrifugazione, gli strumenti sulla centrifuga dovrebbero essere costantemente osservati per determinare se stanno funzionando correttamente. Se si verifica anormale, la macchina deve essere fermata immediatamente per l'ispezione e i malfunzionamenti devono essere prontamente eliminati. Non deve continuare a funzionare fino all'identificazione della causa principale.
4. Ispezione Prima di ciascuno dell'uso : Le aperture del rotore devono essere strettamente ispezionate per qualsiasi oggetto estraneo e sporco per mantenere l'equilibrio. Il rotore deve anche essere controllato per eventuali segni di danno o usura.
5. Presta attenzione ai tubi di plastica : controlla la frequenza di utilizzo dei tubi di centrifuga in plastica e controlla le specifiche corrispondenti. Diversi tipi di tubi di centrifuga hanno proprietà materiali diverse e limiti di velocità massima.
6. Pre-raffreddamento : quando sono necessari campioni di centrifugazione a basse temperature, è necessario il pre-raffreddamento per un certo periodo di tempo.
7. Manutenzione regolare : l'orizzontalità del corpo principale della centrifuga dovrebbe essere calibrata una volta ogni tre mesi. Quando non è in uso regolare, dovrebbe essere avviato a bassa velocità per 1-2 volte al mese, ogni volta per 0,5 ore.
Fai fallimenti comuni di centrifuga e metodi di risoluzione dei problemi
Fallimenti comuni
1. Motore non funzionante
2. Il motore non riesce a raggiungere la velocità nominale
3. Danno del rotore
4. Incapacità del congelatore o scarse prestazioni di raffreddamento
5. Vibrazione eccessiva o rumore insolito dal corpo della centrifuga
Metodi di risoluzione dei problemi
Per il motore non funzionante
1. Luce indicatore di alimentazione principale non accesa: verificare se il fusibile viene soffiato e assicurarsi un buon contatto tra il cavo di alimentazione, la spina e la presa.
2. Luce indicatore di potenza principale accesa ma il motore non può iniziare:
(1) Controllare se l'interruttore della banda o la resistenza variabile in porcellana sono danneggiati o se i loro fili di collegamento sono disconnessi.
;
3. Controllare i valori dell'indicatore della pompa del vuoto e dell'indicatore di pressione dell'olio.
Per il mancato raggiungimento del motore
1. Danni o ostruzione dell'albero di azionamento. Dovrebbe essere pulito e sostituito prontamente.
2. Pulisci il commutatore e le spazzole per garantire un buon contatto o sostituirli.
3. Verificare la presenza di cortocircuiti o circuiti aperti negli avvolgimenti della bobina del rotore.
Per danni al rotore
1. Le teste del rotore possono rompere i tubi di centrifuga a causa di fattori come affaticamento del metallo, velocità eccessiva, sovraccarico, corrosione chimica, selezione impropria, uso sbilanciato durante il funzionamento e fallimento del controllo della temperatura, che portano a perdite del campione e danni alla testa del rotore. Il motore elettrico ha cuscinetti superiori e inferiori che richiedono lubrificazione periodica (ogni sei mesi o ogni anno).
2. Gli operatori devono essere competenti nelle procedure operative, selezionare correttamente tubi e teste di centrifuga adeguate e aderire ai fattori di sicurezza e ai periodi di garanzia per l'utilizzo della testa del rotore.
Per il mancato inizio del congelatore o scarse prestazioni di raffreddamento
1. Fugi di alimentazione, controllare il cavo di alimentazione e fusibili separatamente.
2. La bassa tensione innesca i dispositivi di sicurezza che impediscono l'avvio del congelatore.
3. Quando la tensione di potenza scende da 180 V a 190 V, il congelatore non può iniziare, influenzando l'efficienza di raffreddamento.
4. Le scarse prestazioni di ventilazione possono anche influire sull'efficienza di raffreddamento.
Per vibrazioni eccessive o rumore insolito dal corpo della centrifuga
1. Il peso dei tubi di centrifuga è sbilanciato e sono posizionati asimmetricamente.
2. Ci sono oggetti estranei nei fori del rotore, il carico è sbilanciato o vengono utilizzate maniche a tubo non qualificate.
3. Il dado di fissaggio all'estremità superiore dell'albero del rotore è allentato, causando attrito o piegatura dell'albero del rotore.
4. Il rotore del motore non si trova al centro del campo magnetico genererà rumore.
5. Le viti di fissaggio delle molle di smorzamento sulla base sono allentate o una delle molle è rotta.
6. Il rotore stesso è danneggiato.
