Een centrifuge is een cruciaal wetenschappelijk apparaat dat middelpuntvliedende kracht gebruikt om stoffen te scheiden op basis van dichtheid, essentieel op gebieden als chemie, biochemie en moleculaire biologie. Het wordt geleverd in lage, hoge en ultrasnelle varianten, waarbij rotatiesnelheid en capaciteit sleutelfactoren zijn. Het naleven van strikte veiligheidsprocedures is tijdens het gebruik absoluut noodzakelijk.
Het artikel introduceert centrifuges op de volgende punten:
Werktheorie van de centrifugemachine
Classificatie van centrifugemachine
Onderdelen van de centrifugemachine
Belangrijkste technische parameters en prestatie-indexen van centrifuges
Toepassingen en onderhoud van centrifuges
Veelvoorkomende centrifugestoringen en methoden voor probleemoplossing
Werktheorie van de centrifugemachine
Algemeen principe
Het werkingsprincipe van een centrifuge is gebaseerd op de toepassing van middelpuntvliedende kracht.
De centrifuge draait op hoge snelheid, waardoor stoffen met verschillende dichtheden of deeltjesgroottes in een mengsel zich scheiden. De dichtere of grotere deeltjes worden naar de buitenrand gedwongen, terwijl de lichtere of kleinere deeltjes dichter bij het midden blijven.
Dit principe wordt veel gebruikt op verschillende gebieden, zoals de geneeskunde, de wetenschap en de industrie.
Specifieke methoden
l Differentiële snelheidscentrifugatiemethode
Deze methode maakt gebruik van de verschillen in de sedimentatiesnelheden van verschillende deeltjes in een centrifugaal krachtveld. Onder dezelfde centrifugatieomstandigheden worden, door de relatieve centrifugaalkracht continu te vergroten, stap voor stap deeltjes van verschillende afmetingen en vormen in een niet-uniform mengsel neergeslagen. Het wordt voornamelijk gebruikt voor de scheiding van algemene en speciale monsters, zoals organellen en virussen.
l Isodensiteitscentrifugatiemethode
Het monster ondergaat centrifugale precipitatie of sedimentatie-evenwicht in een bepaald inert gradiëntmedium. Onder invloed van een bepaalde middelpuntvliedende kracht worden de deeltjes naar bepaalde specifieke posities in de gradiëntvloeistof verdeeld, wat resulteert in de scheiding van verschillende zones.
Classificatie van centrifugemachine
Afhankelijk van doel: preparaattype, analytisch type en dual-purpose type voor zowel voorbereiding als analyse
Volgens snelheid: lage snelheid, hoge snelheid, ultracentrifuges, enz.
Volgens structuur: het kan worden onderverdeeld in tafeltype, microtype met meerdere buizen, celuitstrijkje, bloedwastype, gekoeld type met hoge snelheid, gekoeld type met lage snelheid met grote capaciteit, automatische balanscentrifuge met lage snelheid, enz.
Soorten centrifuges
Centrifuge op lage snelheid
Deze worden vaak gebruikt in laboratoria voor routinematige deeltjessortering, waarbij een maximale snelheid van 4000-5000 rpm wordt gebruikt. Er zijn weinig gevallen van temperatuurregeling en er wordt vaak op kamertemperatuur gewerkt. Deze centrifuges maken gebruik van rotortypen met een zwaaiende emmer en een vaste hoek, die worden gebruikt voor het scheiden van plasma en serum, evenals componenten zoals hersenvocht, pleurale en peritoneale vloeistoffen en urine.
Hogesnelheidscentrifuge
Het kan werken met iets hogere snelheden, variërend van 15.000 tot 30.000 toeren per minuut, en bevat een apparaat voor het regelen van zowel de temperatuur als de snelheid van de bewerking voor de kritische analyse van delicate biologische moleculen. Deze centrifuges maken gebruik van drie rotoren: vaste hoek, zwaaiende emmer en verticaal. Ze worden gebruikt voor DNA- en RNA-zuivering, subcellulaire fractionering en het isoleren van cellulaire componenten zoals mitochondriën.
Ultracentrifuge
Het is een hoogontwikkelde en geavanceerde centrifuge die kleine moleculen kan scheiden die conventionele centrifuges niet snel kunnen scheiden. De rotorsnelheden van ultracentrifuges kunnen variëren van 60.000 tot 150.000 tpm. Ze voeren monsters uit in groepen of als continue stroomsystemen en zijn groter. Ultracentrifuges zijn onmisbaar op het gebied van de moleculaire biologie en biochemie voor de zuivering van nucleïnezuren en eiwitten.
Onderdelen van de centrifugemachine
De introductie van rotor
De rotor is het kernonderdeel van een centrifuge die wordt gebruikt voor het scheiden van monsters, en de snelheid ervan hangt af van het materiaal en de sterkte van de rotor. Centrifuges met lage snelheid gebruiken doorgaans sterke maar lichtgewicht superharde aluminiumlegeringen, terwijl ultracentrifuges titaniumlegeringen gebruiken. Over het algemeen draaien voor centrifuges van hetzelfde type rotoren die lichter zijn en een kleinere capaciteit hebben, op hogere snelheden, terwijl zwaardere rotors op lagere snelheden draaien. Centrifuges hebben vaak verschillende rotorvormen, die elk verschillende centrifugale krachtvelden en sedimentatieafstanden weerspiegelen. Een juiste selectie van rotoren op basis van scheidingsvereisten is cruciaal in praktische toepassingen.
Veel voorkomende soorten rotoren
Rotors met een vaste hoek : deze rotoren houden de buizen onder een hoek van 14 tot 40 ° ten opzichte van de verticaal, zodat deeltjes een korte afstand afleggen terwijl ze radiaal naar buiten bewegen en worden gebruikt bij differentiële centrifugatie.
Zwaaiende emmerrotoren : deze rotoren zwaaien, samen met de centrifugebuizen, tijdens de versnelling naar een horizontale positie, zodat deeltjes een langere afstand afleggen, waardoor de bovenstaande vloeistof gemakkelijker van de pellet wordt gescheiden. Dit soort motoren worden gebruikt bij centrifugatie met een dichtheidsgradiënt.
Verticale rotoren : deze houden de buizen verticaal, dat wil zeggen evenwijdig aan de motoras, en de deeltjes verplaatsen zich over kortere afstanden met kortere scheidingsperioden. Het wordt gebruikt voor isopycnische en dichtheidsgradiëntscheiding.
Belangrijkste technische parameters en prestatie-indexen van centrifuges
1. Maximale snelheid: de hoogste rotatiesnelheid die door de centrifugerotor kan worden bereikt, gemeten in rpm.
2. Maximale centrifugaalkracht: De maximale relatieve centrifugaalkracht (RCF) gegenereerd door de centrifuge, gemeten in 'g'.
3. Maximale capaciteit: het maximale monstervolume dat in één centrifugatiecyclus kan worden verwerkt, doorgaans weergegeven als 'm×n'. (Hier staat 'm' voor het maximale aantal centrifugebuisjes dat tegelijk kan worden geplaatst, en staat 'n' voor het maximale monstervolume dat in twee centrifugebuisjes kan worden gescheiden, gemeten in 'ml'.)
4. Snelheidsbereik (Speed Setting Range): Het instelbare bereik van rotorsnelheden op de centrifuge.
5. Temperatuurregelbereik: Het bereik van de monstertemperaturen dat kan worden geregeld tijdens de werking van de centrifuge.
6. Bedrijfsspanning: de spanning die nodig is om de centrifuge te laten werken.
7. Stroomverbruik: verwijst doorgaans naar het nominale vermogen van de centrifugemotor.
Toepassingen en onderhoud van centrifuges
Vanwege de hoge rotatiesnelheid en de aanzienlijke middelpuntvliedende kracht die door centrifuges wordt gegenereerd, kunnen er ernstige ongelukken gebeuren als ze niet op de juiste manier worden gebruikt of als er geen regelmatige inspectie en onderhoud plaatsvindt. Daarom moeten de bedieningsprocedures en het onderhoud tijdens het gebruik strikt worden nageleefd.
1. Keep Balance : centrifugebuisjes en hun inhoud moeten vooraf in evenwicht worden gebracht en symmetrisch worden geplaatst. Om ervoor te zorgen dat de belasting gelijkmatig over de rotor wordt verdeeld, mag er nooit een oneven aantal buizen in de rotor worden geladen.
2. Laad de juiste oplossing : een open centrifuge mag niet worden geladen met overmatige oplossing om te voorkomen dat deze tijdens het centrifugeren naar buiten wordt geslingerd, waardoor de rotor onbalans, roest of corrosie ontstaat.
3. Blijf observeren : tijdens het centrifugeren moeten de instrumenten op de centrifuge voortdurend worden geobserveerd om te bepalen of ze goed functioneren. Als zich iets abnormaals voordoet, moet de machine onmiddellijk worden stopgezet voor inspectie en moeten de storingen onmiddellijk worden verholpen. Het mag niet blijven functioneren totdat de oorzaak is geïdentificeerd.
4. Inspectie Vóór elk gebruik : de rotoropeningen moeten strikt worden geïnspecteerd op vreemde voorwerpen en vuil om het evenwicht te behouden. De rotor moet ook worden gecontroleerd op tekenen van schade of slijtage.
5. Let op plastic buizen : controleer de gebruiksfrequentie van plastic centrifugebuizen en controleer de bijbehorende specificaties. Verschillende soorten centrifugebuizen hebben verschillende materiaaleigenschappen en maximale snelheidslimieten.
6. Voorkoeling : bij het centrifugeren van monsters bij lage temperaturen is voorkoeling gedurende een bepaalde tijd noodzakelijk.
7. Regelmatig onderhoud : De horizontaalheid van het hoofdgedeelte van de centrifuge moet elke drie maanden worden gekalibreerd. Wanneer het apparaat niet regelmatig wordt gebruikt, moet het 1 tot 2 keer per maand op lage snelheid worden gestart, telkens gedurende 0,5 uur.
Veelvoorkomende centrifugestoringen en methoden voor probleemoplossing
Veelvoorkomende fouten
1. Motor draait niet
2. De motor bereikt het nominale toerental niet
3. Rotorschade
4. De vriezer start niet of slechte koelprestaties
5. Overmatige trillingen of ongewoon geluid van het centrifugelichaam
Methoden voor probleemoplossing
Voor motor loopt niet
1. Indicatielampje hoofdstroom brandt niet: Controleer of de zekering is doorgebrand en zorg voor goed contact tussen het netsnoer, de stekker en het stopcontact.
2. Indicatielampje hoofdstroom brandt, maar motor kan niet starten:
(1) Controleer of de bandschakelaar of de porseleinen variabele weerstand beschadigd zijn, of dat de verbindingsdraden zijn losgekoppeld.
(2) Controleer op losgekoppelde of intern kortgesloten verbindingen in de magnetische veldspoel.
3. Controleer de waarden van de vacuümpompmeter en de oliedrukindicator.
Voor motor die het nominale toerental niet bereikt
1. Schade of obstructie van de aandrijfas. Het moet onmiddellijk worden schoongemaakt en vervangen.
2. Reinig de commutator en borstels om goed contact te garanderen, of vervang ze.
3. Controleer op kortsluiting of open circuits in de rotorspoelwikkelingen.
Voor rotorschade
1. Rotorkoppen kunnen centrifugebuizen scheuren als gevolg van factoren zoals metaalmoeheid, te hoge snelheid, overbelasting, chemische corrosie, onjuiste selectie, onevenwichtig gebruik tijdens bedrijf en falen van de temperatuurregeling, wat leidt tot monsterlekkage en schade aan de rotorkop. De elektromotor heeft bovenste en onderste lagers die periodiek moeten worden gesmeerd (elke zes maanden of jaarlijks).
2. Operators moeten bedreven zijn in operationele procedures, geschikte centrifugebuizen en rotorkoppen correct selecteren en zich houden aan veiligheidsfactoren en garantieperioden voor het gebruik van rotorkoppen.
Voor het niet starten van de vriezer of slechte koelprestaties
1. Stroomstoring, controleer het netsnoer en de zekeringen afzonderlijk.
2. Lage spanning activeert veiligheidsvoorzieningen die voorkomen dat de vriezer start.
3. Wanneer de voedingsspanning daalt tot 180V tot 190V, kan de vriezer niet starten, wat de koelefficiëntie beïnvloedt.
4. Slechte ventilatieprestaties kunnen ook de koelefficiëntie beïnvloeden.
Voor overmatige trillingen of ongewoon geluid van het centrifugelichaam
1. Het gewicht van de centrifugebuizen is uit balans en ze zijn asymmetrisch geplaatst.
2. Er zitten vreemde voorwerpen in de rotorgaten, de belasting is uit balans of er worden niet-gekwalificeerde buishulzen gebruikt.
3. De bevestigingsmoer aan het bovenste uiteinde van de rotoras zit los, waardoor wrijving of verbuiging van de rotoras ontstaat.
4. Als de motorrotor zich niet in het midden van het magnetische veld bevindt, ontstaat er ruis.
5. De bevestigingsschroeven van de dempingsveren op de basis zitten los, of een van de veren is gebroken.
6. De rotor zelf is beschadigd.
