遠心分離機の紹介

遠心分離機は、遠心力を利用して密度に基づいて物質を分離する重要な科学装置であり、化学、生化学、分子生物学などの分野で不可欠です。低速、高速、超高速のバリエーションがあり、回転速度と容量が重要な要素となります。運用中は厳格な安全手順を遵守することが不可欠です。

この記事では、以下の点から遠心分離機について紹介します。

遠心分離機の動作理論

遠心分離機の分類

遠心分離機のコンポーネント

遠心分離機の主な技術パラメータと性能指標

遠心分離機の用途とメンテナンス

一般的な遠心分離機の故障とトラブルシューティング方法

遠心分離機の動作理論

一般原則

• 遠心分離機の動作原理は、遠心力の適用に基づいています。

• 遠心分離機は高速で回転し、混合物内の異なる密度または粒子サイズの物質を分離します。より高密度またはより大きな粒子は外側の端に押しやられますが、より軽いまたはより小さな粒子は中心近くに残ります。

• この原理は、医学、科学、産業などのさまざまな分野で広く使用されています。

具体的な方法

l 示差速度遠心分離法

この方法は、遠心力場における異なる粒子の沈降速度の違いを利用します。同じ遠心分離条件下で、相対遠心力を継続的に増加させることにより、不均一な混合物中の異なるサイズと形状の粒子が段階的に沈殿します。主に一般サンプルと細胞小器官やウイルスなどの特殊サンプルの分離に使用されます。

l 等 密度遠心分離法

サンプルは、特定の不活性勾配媒体中で遠心沈殿または沈降平衡を起こします。特定の遠心力の作用下で、粒子は勾配液体内の特定の位置に分散され、その結果、異なるゾーンが分離されます。

遠心分離機の分類

• 目的別：調製タイプ、分析タイプ、調製・分析両用タイプ

• 速度に応じて: 低速、高速、超遠心分離機など。

• 構造によると、ベンチトップ型、マルチチューブマイクロ型、細胞スミア型、血液洗浄型、高速冷却型、大容量低速冷却型、ベンチトップ型低速自動平衡遠心機などに分けることができます。

遠心分離機の種類

低速遠心機

これらは、最大 4000 ～ 5000 rpm で操作される日常的な粒子選別のために研究室で頻繁に使用されます。温度調整の例はほとんどなく、室温で動作することがよくあります。これらの遠心分離機は、スイングバケットと固定角ローターのタイプを採用しており、血漿と血清のほか、脳脊髄液、胸水、腹水、尿などの成分を分離するために使用されます。

高速遠心分離機

この装置は、1 分あたり 15,000 ～ 30,000 回転の範囲のやや速い速度で動作することができ、繊細な生体分子の重要な分析のために温度と動作速度の両方を制御するための装置が含まれています。これらの遠心分離機には、固定角度、スイング バケット、垂直の 3 つのローターが採用されています。これらは、DNA および RNA の精製、細胞内分画、およびミトコンドリアなどの細胞成分の分離に使用されます。

超遠心分離機

これは、従来の遠心分離機では高速で分離できない小さな分子を分離できる、高度に開発された洗練された遠心分離機です。超遠心分離機のローター速度は 60,000 ～ 150,000 rpm の範囲です。これらはサンプルをグループまたは連続フロー システムとして実行し、規模が大きくなります。超遠心分離機は、分子生物学や生化学の分野で核酸やタンパク質を精製するために不可欠です。

遠心分離機のコンポーネント

ローターの紹介

ローターはサンプルを分離するために使用される遠心分離機の中心コンポーネントであり、その速度はローターの材質と強度によって決まります。低速遠心分離機は通常、強力で軽量な超硬アルミニウム合金を使用しますが、超遠心分離機はチタン合金を使用します。一般に、同じタイプの遠心分離機の場合、ローターが軽くて容量が小さいほど高速で回転し、ローターが重いと低速で回転します。遠心分離機にはさまざまなローター形状があり、それぞれが異なる遠心力場と沈降距離を反映しています。実際の用途では、分離要件に基づいてローターを適切に選択することが重要です。

一般的なローターの種類

固定角ローター: これらのローターはチューブを垂直に対して 14 ～ 40°の角度で保持し、粒子が半径方向外側に移動しながら短い距離を移動し、分画遠心分離に使用されます。

スイングバケットローター: これらのローターは遠心分離管とともに加速時に水平位置にスイングし、粒子がより長い距離を移動するため、ペレットから上清を容易に分離できます。これらのタイプのモーターは密度勾配遠心分離に使用されます。

垂直ローター: これらはチューブを垂直に、つまりモーター軸と平行に保持し、粒子は分離のためにより短い距離とより短い周期で移動します。等密度分離および密度勾配分離に使用されます。

遠心分離機の主な技術パラメータと性能指標

1. 最大速度: 遠心分離機ローターによって達成可能な最高回転速度 (rpm 単位で測定)。

2. 最大遠心力: 遠心分離機によって生成される最大相対遠心力 (RCF) で、単位は「g」です。

3. 最大容量: 1 回の遠心分離サイクルで処理できる最大サンプル量。通常は「m×n」で表されます。 （ここで、「m」は一度に収容できる遠沈管の最大本数、「n」は2本の遠沈管に分離できる最大サンプル量を「ml」で表します。）

4. 速度範囲 (速度設定範囲): 遠心分離機のローター速度の調整可能な範囲。

5. 温度制御範囲: 遠心分離機の操作中に制御できるサンプル温度の範囲。

6. 動作電圧: 遠心分離機の動作に必要な電圧。

7. 消費電力: 通常、遠心分離機モーターの定格電力を指します。

遠心分離機の用途とメンテナンス

遠心分離機は回転速度が速く、大きな遠心力が発生するため、使用方法を誤ったり、定期的な点検・整備を怠ったりすると、重大な事故が発生する可能性があります。したがって、使用時には操作手順とメンテナンスを厳守する必要があります。

1. バランスを保つ: 遠心分離管とその内容物は、事前にバランスをとり、対称的に配置する必要があります。ローターの周囲に荷重が均等に分散されるように、ローターに奇数のチューブを決して載せないでください。

2. 適切な溶液を装填する: 遠心分離中に溶液が飛び散り、ローターの不均衡、錆び、腐食が発生するのを防ぐため、開放型遠心分離機には過剰な溶液を装填しないでください。

3. 観察を続ける: 遠心分離プロセス中、遠心分離機上の機器が適切に機能しているかどうかを判断するために常に観察する必要があります。異常が発生した場合は、直ちに機械を停止して点検し、速やかに異常を取り除いてください。根本原因が特定されるまで動作を続けてはいけません。

4. 検査 使用前に、平衡状態を維持するために、ローターの開口部に異物や汚れがないか厳密に検査する必要があります。ローターに損傷や摩耗の兆候がないかどうかもチェックする必要があります。

5. プラスチックチューブに注意してください。プラスチック遠沈管の使用頻度を管理し、適合する仕様を確認してください。遠心分離管の種類が異なれば、材料特性や最大速度制限も異なります。

6. 予冷：低温でサンプルを遠心分離する場合、一定時間の予冷が必要です。

7. 定期メンテナンス：3ヶ月に1回、遠心機本体の水平校正を行ってください。通常使用しないときは、月に 1 ～ 2 回、毎回 0.5 時間、低速で起動する必要があります。

一般的な遠心分離機の故障とトラブルシューティング方法

よくある失敗

1. モーターが作動していない

2. モーターが定格速度に達しない

3. ローターの損傷

4. 冷凍庫の始動不良または冷却性能の低下

5. 遠心機本体からの過度の振動や異音

トラブルシューティング方法

モーターが作動していない場合

1. 主電源インジケーター ライトが点灯しない: ヒューズが切れていないか確認し、電源コード、プラグ、ソケットが良好に接触していることを確認します。

2. 主電源インジケーターライトは点灯していますが、モーターが始動できません:

(1) バンドスイッチや磁器可変抵抗器の破損、接続線の断線がないか確認してください。

(2) 磁界コイルの断線や内部短絡がないか確認してください。

3. 真空ポンプのゲージと油圧インジケータの値を確認します。

モーターが定格速度に達しない場合

1. ドライブシャフトの損傷または障害。すぐに掃除して交換する必要があります。

2. 整流子とブラシを洗浄して良好な接触を確保するか、交換します。

3. ローターのコイル巻線に短絡や断線がないか確認します。

ローターダメージについて

1. ローターヘッドは、金属疲労、速度超過、過応力、化学的腐食、不適切な選択、動作中のアンバランスな使用、温度制御の失敗などの要因により遠心分離管を破裂させ、サンプルの漏れやローターヘッドの損傷につながる可能性があります。電動モーターには上部と下部のベアリングがあり、定期的 (6 か月ごとまたは 1 年ごと) の潤滑が必要です。

2. オペレーターは操作手順に習熟し、適切な遠心分離管とローターヘッドを正しく選択し、ローターヘッドの使用に関する安全係数と保証期間を遵守する必要があります。

冷凍庫の起動不良や冷却性能が悪い場合

1. 停電の場合は、電源コードとヒューズを個別に確認してください。

2. 低電圧により安全装置が作動し、冷凍庫の起動が妨げられます。

3. 電源電圧が180V〜190Vに低下すると、冷凍庫が起動できなくなり、冷却効率に影響します。

4. 換気性能が低いと、冷却効率にも影響が出る可能性があります。

遠心機本体からの過度の振動や異音について

1. 遠沈管の重量のバランスが崩れており、非対称に配置されています。

2. ローター穴に異物が入っている、荷重がアンバランスである、または不適格なチューブスリーブを使用している。

3. ローターシャフト上端の固定ナットが緩んでいて、ローターシャフトの摩擦や曲がりの原因となります。

4. モータの回転子が磁界の中心にない場合、騒音が発生します。

5. ベースの減衰スプリングの固定ネジが緩んでいるか、どちらかのスプリングが折れています。

6. ローター自体が破損している。