Det er en villedende enkel antagelse i sentrifugering: hvis en eksisterende metode spesifiserer 10 000 × g , bør kjøring av en ny sentrifuge med samme 10 000 × g gjenskape den opprinnelige tilstanden. Fra et synspunkt om kraftkonvertering kan det være riktig. Fra et sedimenteringssynspunkt er det kanskje ikke det.
En prøve separeres ikke ved ett fast '10 000 × g-punkt.' Under sentrifugering beveger partikler seg fra en posisjon nærmere rotasjonsaksen mot en posisjon lenger unna. Radiusen endres langs den banen, så sentrifugalfeltet endres med den. Rotorgeometri endrer også hvor langt partikler beveger seg, om de møter rørveggen og hvor den endelige pelleten dannes.
Det skillet gir oss tre forskjellige størrelser som ikke bør kollapses til én:
RPM = rotorhastighet → RCF = felt ved en definert radius → Sentrifugering = partikkelbevegelse gjennom det feltet over tid
Den første er en maskininnstilling. Den andre er en kraftberegning. Den tredje er den fysiske prosessen som produserer separasjonen.
'10 000 ×g' lar fortsatt ett viktig spørsmål stå ubesvart
Standardforholdet mellom rotorhastighet og relativ sentrifugalkraft er enkelt:
RPM → RCF
RCF = 1,118 × 10
−5 × r × RPM
2
RCF er uttrykt som ×g, RPM er omdreininger per minutt, og
r er den radielle avstanden i centimeter fra rotasjonsaksen til posisjonen som evalueres.
Den oversett variabelen er ofte r . Et sentrifugerør opptar ikke en eneste radius. Prøven strekker seg gjennom en rekke radielle posisjoner.
rmin nærmest aksen
ravg gjennomsnittlig prøveradius
rmax lengst fra aksen
Ved konstant RPM: RCF ved rmin < RCF ved ravg < RCF ved rmax. Sentrifugalfeltet er derfor ikke jevnt langs sedimentasjonsbanen.
Hvorfor dette betyr noe
En publisert rotor 'maksimum RCF' refererer normalt til feltet ved eller nær rmax . Protokolloverføringsberegninger kan i stedet bruke en gjennomsnittlig radius. Blanding av radiusdefinisjoner kan produsere en matematisk korrekt beregning som ikke representerer det samme fysiske referansepunktet.
Dette er grunnen til at en uttalelse som 'sentrifuger ved 10 000 ×g' kan være perfekt brukbar i en etablert validert metode, mens den fortsatt er en ufullstendig fysisk beskrivelse når den metoden flyttes til en annen rotor.
En ekte rotortabell viser hvorfor maksimalt turtall kan villede
GlanLab YF21R gir et nyttig eksempel. Sentrifugeplattformen er vurdert opp til 21 000 rpm og 46 140 × g , men disse to overskriftsmaksima produseres ikke av samme rotor.
YF21R Rotor
Rotor Type
Kapasitet
Maks Hastighet
Maks RCF
21M-1
Fast vinkel
12 × 10 ml
21.000 rpm
44 440 × g
21M-2
Fast vinkel
16 × 10 ml
20.000 rpm
46 140 × g
21M-3
Fast vinkel
8 × 20/30 ml
20.000 rpm
42 040 × g
21M-4
Fast vinkel
6 × 50 ml
20 000 rpm
44 700 × g
21M-5
Fast vinkel
8 × 50 ml
15.000 rpm
27 540 × g
GlanLab YF21R publiserte rotorspesifikasjoner. Bruk alltid de nominelle grensene for den nøyaktige installerte rotoren i stedet for den maksimale spesifikasjonen for sentrifugen.
Den raskeste rotoren i denne gruppen er 21M-1 ved 21 000 rpm. Den høyeste RCF produseres imidlertid av den langsommere 21M-2 ved 20 000 rpm.
Det er ingen motsetning. Forskjellen følger direkte av rotorgeometrien. Hastighet beskriver rotasjon; RCF genereres av kombinasjonen av hastighet og radius.
Teknisk tolkning
Den nyttige ytelsesenheten er ikke bare sentrifugemodellen. Det er sentrifuge × rotorkonfigurasjon.
Like RCF gjør ikke automatisk to rotorer likeverdige
RPM-til-RCF-forklaringer stopper ofte ved kraftkonvertering. Sedimentering gjør det ikke.
Anta at to rotorer begge kan operere med samme gjennomsnittlige RCF. Skaper den samme RCF for samme tid nødvendigvis den samme separasjonen? Ikke alltid, fordi RCF forteller oss hvor sterkt feltet er, men ikke hvor langt partikler må reise gjennom det feltet.
Rotorgeometri 01
Rotor med fast vinkel
Røret forblir i en fast vinkel. Sedimenterende partikler beveger seg radielt utover, når den ytre rørveggen og fortsetter mot pelletområdet.
Den effektive sedimentasjonsveien kan være relativt kort, noe som er en grunn til at rotorer med fast vinkel er effektive for mange pelleteringsapplikasjoner.
Rotorgeometri 02
Svingende bøtterotor
Bøtter svinger mot horisontalplanet når rotoren akselererer. Partikler beveger seg gjennom en lengre, mer direkte radiell bane og har en tendens til å samle seg i bunnen av røret.
Geometrien kan være fordelaktig når lagorientering, grensesnitt eller båndgjenvinning betyr mer enn å minimere sedimentasjonsavstanden.
Begge systemene kan vise 5000 × g, men partiklene tar ikke nødvendigvis samme reise gjennom prøven.
Denne forskjellen introduserer en annen parameter som er mer nyttig for å sammenligne rotoreffektivitet enn maksimalt turtall alene.
k-Factor kobler sammen rotorgeometri, hastighet og sedimentasjonsbane
K -faktoren , noen ganger kalt rensefaktoren, er en praktisk beskrivelse av rotorpelleteringseffektivitet. Den inkorporerer de radielle grensene for sedimentasjonsbanen sammen med rotorhastigheten.
Rotorrydningsfaktor
k = 2,533 × 10
5 × ln(r
maks / r
min ) ÷ (RPM / 1000)
2
For sammenlignbare partikler og forhold indikerer en lavere k-faktor generelt en kortere teoretisk pelleteringstid. Verdien er spesifikk for rotorgeometri og driftshastighet.
Dette endrer spørsmålet fra:
'Hvilken rotor genererer størst ×g?'
til:
'Ved det nødvendige sentrifugalfeltet, hvor effektivt beveger denne rotoren målpartiklene gjennom den nødvendige sedimentasjonsbanen?'
Det er et mye mer nyttig spørsmål når målet er å reprodusere en separasjon, i stedet for bare å reprodusere et tall på sentrifugedisplayet.
Samme 100 000 × g, men teoretisk kjøretid kan variere med 40 minutter
En publisert Thermo Fisher Scientific protokoll-overføring sammenligning gjør dette skillet uvanlig tydelig. Flere rotorer ble justert til samme målgjennomsnittlige RCF på 100 000 × g, men deres justerte k-faktorer og beregnede kjøretider var svært forskjellige.
Rotor
Gjennomsnittlig RCF
Justert k-faktor
Estimert kjøretid
T-890
100 000 × g
126
56 min
T-865
100 000 × g
157.9
70 min
T-1250
100 000 × g
156.8
70 min
Fiberlite F37L-8×100
100 000 × g
215
96 min
Referanseeksempel: Thermo Fisher Scientific sentrifugerotorprotokoll-overføringsapplikasjonsnotat. Verdiene illustrerer hvorfor lik gjennomsnittlig RCF ikke innebærer lik rotoreffektivitet eller lik teoretisk kjøretid.
Hver rotor i sammenligningen når den samme gjennomsnittlige RCF. Den estimerte kjøretiden varierer fortsatt fra 56 til 96 minutter.
Årsaken er ikke at en rotor på en eller annen måte har 'mistet' sentrifugalkraft. Deres radielle geometri og sedimentasjonsbanelengder er forskjellige. Disse forskjellene vises i den justerte k-faktoren.
En annen konsekvens
Rotoren med kortest individuelle kjøring er ikke automatisk den mest produktive rotoren for en hel laboratoriearbeidsflyt. En rotor med større kapasitet kan kreve mer tid per kjøring, men behandle vesentlig mer prøve. I den situasjonen kan behandlet volum per time være en mer nyttig beregning enn minutter per kjøring.
RPM ↔ RCF-kalkulator: Nyttig, men bare for det første laget av problemet
RPM-til-RCF-konvertering er fortsatt ekstremt nyttig. Den svarer på et presist spørsmål: ved en definert radiell posisjon, hvilket sentrifugalfelt genererer en gitt rotasjonshastighet?
GlanLab RPM ↔ RCF-konverteringsverktøy Bruk rotorradius i centimeter. Resultatene er matematiske konverteringer og overstyrer ikke rotorrangert hastighet eller RCF-grenser.
RPM → RCF
Beregnet sentrifugalfelt
— ×g
RCF → RPM
Nødvendig rotasjonshastighet
— rpm
Den beregnede verdien avgjør ikke om en rotor trygt kan operere med den hastigheten. Sjekk alltid maksimalt nominelt turtall, maksimal RCF, beholdergrense og bruksanvisning for den eksakte sentrifuge-rotor-kombinasjonen.
Et mer avansert rotoroverføringsverktøy må gå utover én radius og vise feltet ved rmin, ravg og rmax . Der pålitelige rotorgeometridata er tilgjengelige, kan k-faktor legge til et nytt lag ved å estimere relativ sedimentasjonseffektivitet.
Analyselagsspørsmål
det kan besvare
RPM ↔ RCF-konvertering
Hvilket sentrifugalfelt produserer denne hastigheten ved en definert radius?
Radialt felt
Hvor forskjellige er RCF-verdiene ved rmin, ravg og rmax?
Rotorgrenser
Forblir den beregnede hastigheten innenfor den rotorklassifiserte driftskonvolutten?
Rotorgeometri
Vil endring av rotortype endre sedimentasjonsvei eller pelletsplassering?
k-faktor
Hvordan sammenligner teoretisk pelleteringseffektivitet mellom rotorene?
Metodevalidering
Hvilke eksperimentelle variabler kan ikke reproduseres ved beregning alene?
Hva betyr egentlig 'Ekvivalent sentrifugering'?
Når en metode flyttes fra sentrifuge A til sentrifuge B, kan 'tilsvarende' bety flere vidt forskjellige ting. Det er nyttig å skille dem.
Nivå 01
Instrumentekvivalens
Match rotasjonshastighet og/eller RCF. Dette fastslår om det grunnleggende sentrifugalfeltet er sammenlignbart.
Nivå 02
Rotorekvivalens
Legg til rmin, ravg, rmax, sedimentasjonsbanelengde, rotorvinkel og k-faktor. Dette begynner å beskrive hvordan partikler beveger seg gjennom feltet, ikke bare hvor sterkt feltet er.
Nivå 03
Metodekvivalens
Legg til tid, akselerasjon, bremsing, temperatur, prøveegenskaper, opphengsmedium og beholdergeometri. På dette tidspunktet er spørsmålet om den relevante separasjonsatferden – ikke bare instrumentinnstillingen – har blitt reprodusert.
Rotoren er bare halvparten av sedimentasjonsproblemet
Selv en fullstendig beskrivelse av rotorgeometri bestemmer ikke fullt ut sedimentasjonsadferd. Partikkelbevegelse påvirkes også av egenskapene til prøven og mediet, inkludert:
Partikkelstørrelse Partikkelmasse Partikkelform Partikkeltetthet Middels tetthet Viskositet Temperatur
Dette er grunnen til at to prosedyrer både kan spesifisere 5000 × g i 10 minutter og fortsatt produsere forskjellig separasjonsatferd når prøvesystemet er annerledes.
RCF er en kritisk driftsparameter. Det er ikke en universell beskrivelse av sedimentasjon.
Én sentrifugeplattform kan inneholde flere svært forskjellige driftskonvolutter
Rotorserien YF21R gjør dette spesielt synlig. En høyhastighets 10 ml konfigurasjon med fast vinkel og en svingende konfigurasjon med stor kapasitet er ikke bare sterkere og svakere versjoner av samme oppgave. De løser forskjellige separasjonsproblemer.
Å beskrive en flerbruksplattform bare som en '21 000 rpm sentrifuge' fjerner mye av informasjonen som faktisk bestemmer laboratoriebruken.
Jo dypere metodeoverføringen går, jo lenger ned i hierarkiet må sammenligningen også gå.
Den viktige grensen er mer verdifull enn formelen
RPM-til-RCF-ligningen svarer på ett eksakt spørsmål:
Ved en definert radius, hvilket sentrifugalfelt genererer denne rotasjonshastigheten?
Den forteller oss ikke hvor langt en partikkel må bevege seg, hvilken vei den følger, hvor effektivt en rotor pelletser partikkelen, om lik RCF krever lik kjøretid, hvor en pellet vil dannes etter endring av rotorgeometri, eller om viskositet og partikkelegenskaper har endret sedimentasjonshastigheten.
Så når en sentrifugeringsmetode beveger seg fra en plattform til en annen, er det teknisk nyttige spørsmålet ikke lenger:
'Hvilken RPM tilsvarer 10 000 ×g?'
Det blir:
Spørsmålet om protokolloverføring
Med den nye rotorgeometrien, hvilken kombinasjon av felt, sedimentasjonsbane og kjøretid kan rimelig rekonstruere separasjonstilstanden som faktisk betyr noe?
RPM-til-RCF-konvertering er begynnelsen på den analysen. Det er ikke slutten.
Thermo Fisher Scientific — overføringsveiledning for sentrifugerrotorprotokoll, inkludert sedimentasjonsbanelengde, justert k-faktor og sammenligning av kjøretid.
Beckman Coulter — rotorgeometri, relativt sentrifugalfelt og k-faktorprinsipper.
GlanLab — gjeldende YF21R sentrifuge- og rotorspesifikasjoner.
GlanLab, med over 20 års erfaring, produserer et komplett utvalg av sentrifugemaskiner, inkludert benktopp, høyhastighets, gulvstående og spesialiserte modeller i Kina. Vi tilbyr distribusjon, engros, OEM-tjenester og enkeltenhetsbestillinger på
konkurransedyktige priser . Med komplette kvalitetssertifiseringer og robust ettersalgsstøtte er GlanLab din pålitelige partner for
sentrifuge forsyninger.
