Wirówka to kluczowe urządzenie naukowe, które wykorzystuje siłę odśrodkową do oddzielania substancji na podstawie gęstości, co jest niezbędne w takich dziedzinach, jak chemia, biochemia i biologia molekularna. Występuje w wersjach o niskiej, wysokiej i ultraszybkiej prędkości, przy czym kluczowymi czynnikami są prędkość obrotowa i wydajność. Podczas pracy konieczne jest przestrzeganie rygorystycznych procedur bezpieczeństwa.
W artykule zostaną omówione wirówki z następujących punktów:
Teoria działania maszyny wirówkowej
Klasyfikacja wirówek
Elementy wirówki
Główne parametry techniczne i wskaźniki wydajności wirówek
Zastosowania i konserwacja wirówek
Typowe awarie wirówek i metody rozwiązywania problemów
Teoria działania maszyny wirówkowej
Zasada ogólna
Zasada działania wirówki opiera się na działaniu siły odśrodkowej.
Wirówka wiruje z dużą prędkością, powodując rozdzielenie substancji o różnej gęstości lub wielkości cząstek w mieszaninie. Gęstsze lub większe cząstki są wypychane na zewnętrzną krawędź, podczas gdy lżejsze lub mniejsze pozostają bliżej środka.
Zasada ta jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach, takich jak medycyna, nauka i przemysł.
Konkretne metody
l Metoda wirowania z różną prędkością
Metoda ta wykorzystuje różnice w szybkości sedymentacji różnych cząstek w polu siły odśrodkowej. W tych samych warunkach wirowania, poprzez ciągłe zwiększanie względnej siły odśrodkowej, stopniowo wytrącają się cząstki o różnych rozmiarach i kształtach w niejednorodnej mieszaninie. Stosowany jest głównie do separacji próbek ogólnych i specjalnych, takich jak organelle i wirusy.
l Metoda wirowania izodensyjnego
Próbka podlega wytrącaniu odśrodkowemu lub równowadze sedymentacji w pewnym obojętnym ośrodku gradientowym. Pod działaniem określonej siły odśrodkowej cząstki są rozmieszczone w określonych miejscach w cieczy gradientowej, co powoduje oddzielenie różnych stref.
Klasyfikacja wirówek
Według celu: rodzaj preparatu, typ analityczny i typ o podwójnym przeznaczeniu zarówno do przygotowania, jak i analizy
Według prędkości: wolnoobrotowe, wysokoobrotowe, ultrawirówki itp.
Według struktury: można go podzielić na typ laboratoryjny, mikroprobówkowy wieloprobówkowy, typ rozmazu komórkowego, typ płukania krwi, typ chłodzony o dużej prędkości, typ chłodzony o dużej pojemności, wolnoobrotowy, automatyczny wirówka równoważąca typu stołowego itp.
Rodzaje wirówek
Wirówka wolnoobrotowa
Są one często używane w laboratoriach do rutynowego sortowania cząstek przy maksymalnej prędkości 4000-5000 obr./min. Istnieje kilka przypadków regulacji temperatury i często pracuje się w temperaturze pokojowej. Wirówki te wykorzystują wahliwe kosze i rotory o stałym kącie, używane do oddzielania osocza i surowicy, a także składników takich jak płyn mózgowo-rdzeniowy, płyn opłucnowy i otrzewnowy oraz mocz.
Wirówka wysokoobrotowa
Może pracować z nieco większymi prędkościami w zakresie od 15 000 do 30 000 obrotów na minutę i zawiera urządzenie do regulacji zarówno temperatury, jak i szybkości operacji w celu krytycznej analizy delikatnych cząsteczek biologicznych. Wirówki te wykorzystują trzy rotory: stały kątowy, wahliwy i pionowy. Służą do oczyszczania DNA i RNA, frakcjonowania subkomórkowego i izolowania składników komórkowych, takich jak mitochondria.
Ultrawirówka
Jest to wysoce zaawansowana i wyrafinowana wirówka, która potrafi oddzielić drobne cząsteczki, których konwencjonalne wirówki nie są w stanie rozdzielić z dużą szybkością. Prędkości rotora ultrawirówki mogą wynosić od 60 000 do 150 000 obr./min. Badają próbki w grupach lub w systemach ciągłego przepływu i są większe. Ultrawirówki są niezbędne w biologii molekularnej i biochemii do oczyszczania kwasów nukleinowych i białek.
Elementy wirówki
Wprowadzenie rotora
Rotor jest głównym elementem wirówki służącej do rozdzielania próbek, a jego prędkość zależy od materiału i wytrzymałości rotora. W wirówkach wolnoobrotowych zazwyczaj stosuje się mocne, ale lekkie, bardzo twarde stopy aluminium, natomiast w ultrawirówkach stosuje się stopy tytanu. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku wirówek tego samego typu, wirniki, które są lżejsze i mają mniejszą pojemność, wirują z większymi prędkościami, podczas gdy cięższe wirniki wirują z niższymi prędkościami. Wirówki często mają różne kształty wirników, z których każdy odzwierciedla różne pola sił odśrodkowych i odległości sedymentacji. Właściwy dobór wirników w oparciu o wymagania separacji ma kluczowe znaczenie w praktycznych zastosowaniach.
Typowe typy wirników
Wirniki o stałym kącie : Wirniki te utrzymują probówki pod kątem od 14 do 40° w stosunku do pionu, tak że cząstki przemieszczają się na niewielką odległość podczas ruchu promieniowego na zewnątrz i są stosowane w wirowaniu różnicowym.
Wirniki z wahliwymi koszami : Wirniki te wraz z probówkami wirówkowymi odchylają się do pozycji poziomej w czasie przyspieszania, dzięki czemu cząstki przemieszczają się na większą odległość, ułatwiając w ten sposób łatwiejsze oddzielanie supernatantu od osadu. Tego typu silniki są stosowane w wirowaniu w gradiencie gęstości.
Wirniki pionowe : utrzymują rury pionowo, tj. równolegle do osi silnika, a cząstki przemieszczają się na krótsze odległości w krótszych okresach separacji. Służy do separacji izopiknicznej i gradientu gęstości.
Główne parametry techniczne i wskaźniki wydajności wirówek
1. Maksymalna prędkość: Najwyższa prędkość obrotowa osiągalna przez wirnik wirówki, mierzona w obr./min.
2. Maksymalna siła odśrodkowa: Maksymalna względna siła odśrodkowa (RCF) generowana przez wirówkę, mierzona w „g”.
3. Maksymalna pojemność: Maksymalna objętość próbki, którą można przetworzyć w jednym cyklu wirowania, zwykle przedstawiana jako „m×n”. (Tutaj „m” oznacza maksymalną liczbę probówek wirówkowych mieszczących się jednocześnie, a „n” oznacza maksymalną objętość próbki, którą można rozdzielić w dwóch probówkach wirówkowych, mierzoną w „ml”.)
4. Zakres prędkości (zakres ustawień prędkości): Regulowany zakres prędkości rotora w wirówce.
5. Zakres kontroli temperatury: Zakres temperatur próbki, które można kontrolować podczas pracy wirówki.
6. Napięcie robocze: Napięcie wymagane do działania wirówki.
7. Pobór mocy: Zwykle odnosi się do mocy znamionowej silnika wirówki.
Zastosowania i konserwacja wirówek
Ze względu na dużą prędkość obrotową i znaczną siłę odśrodkową wytwarzaną przez wirówki, w przypadku nieprawidłowego użytkowania lub braku regularnych przeglądów i konserwacji może dojść do poważnych wypadków. Dlatego podczas użytkowania należy ściśle przestrzegać procedur obsługi i konserwacji.
1. Zachowaj równowagę : probówki wirówkowe i ich zawartość muszą zostać wcześniej wyważone i umieszczone symetrycznie. Nigdy nie należy ładować nieparzystej liczby probówek do rotora, aby zapewnić równomierne rozłożenie obciążenia wokół rotora.
2. Załaduj właściwe rozwiązanie : otwartej wirówki nie należy napełniać nadmiernym roztworem, aby zapobiec jego wyrzuceniu podczas wirowania, co mogłoby spowodować brak równowagi wirnika, rdzę lub korozję.
3. Zachowaj obserwację : podczas procesu wirowania należy stale obserwować przyrządy wirówki, aby ustalić, czy działają prawidłowo. Jeżeli wystąpią jakiekolwiek nieprawidłowości, należy natychmiast zatrzymać maszynę w celu sprawdzenia, a awarie należy niezwłocznie usunąć. Nie wolno go kontynuować, dopóki nie zostanie zidentyfikowana przyczyna źródłowa.
4. Kontrola Przed każdym użyciem : należy dokładnie sprawdzić otwory rotora pod kątem obecności ciał obcych i zanieczyszczeń, aby zachować równowagę. Wirnik należy również sprawdzić pod kątem oznak uszkodzenia lub zużycia.
5. Zwróć uwagę na plastikowe probówki : kontroluj częstotliwość używania plastikowych probówek wirówkowych i sprawdzaj ich specyfikacje. Różne typy probówek wirówkowych mają różne właściwości materiałowe i maksymalne ograniczenia prędkości.
6. Chłodzenie wstępne : podczas wirowania próbek w niskich temperaturach konieczne jest wstępne chłodzenie przez pewien okres czasu.
7. Regularna konserwacja : Poziomość głównego korpusu wirówki powinna być kalibrowana raz na trzy miesiące. Jeśli nie jest używany regularnie, należy go uruchamiać na niskich obrotach 1 do 2 razy w miesiącu, każdorazowo na 0,5 godziny.
Typowe awarie wirówek i metody rozwiązywania problemów
Typowe awarie
1. Silnik nie działa
2. Silnik nie osiąga prędkości znamionowej
3. Uszkodzenie wirnika
4. Zamrażarka nie uruchamia się lub słaba wydajność chłodzenia
5. Nadmierne wibracje lub nietypowy hałas wydobywający się z korpusu wirówki
Metody rozwiązywania problemów
Dla silnika nie pracującego
1. Nie świeci się główny wskaźnik zasilania: Sprawdź, czy bezpiecznik nie jest przepalony i upewnij się, że przewód zasilający, wtyczka i gniazdko są dobrze połączone.
2. Kontrolka głównego zasilania świeci, ale silnika nie można uruchomić:
(1) Sprawdź, czy przełącznik pasma lub porcelanowy rezystor zmienny nie są uszkodzone lub czy ich przewody łączące nie są odłączone.
(2) Sprawdź, czy w cewce pola magnetycznego nie występują rozłączone lub wewnętrzne zwarcia połączeń.
3. Sprawdź wartości wskaźnika pompy próżniowej i wskaźnika ciśnienia oleju.
W przypadku silnika, który nie osiąga prędkości znamionowej
1. Uszkodzenie lub zatkanie wału napędowego. Należy go niezwłocznie wyczyścić i wymienić.
2. Wyczyść komutator i szczotki, aby zapewnić dobry kontakt, lub wymień je.
3. Sprawdź, czy w uzwojeniach cewki wirnika nie występują zwarcia lub przerwy.
Za uszkodzenie rotora
1. Głowice rotorów mogą rozerwać probówki wirówkowe z powodu takich czynników, jak zmęczenie metalu, nadmierna prędkość obrotowa, przeciążenie, korozja chemiczna, niewłaściwy dobór, niezrównoważone użycie podczas pracy i awaria kontroli temperatury, co prowadzi do wycieku próbki i uszkodzenia głowicy rotora. Silnik elektryczny posiada górne i dolne łożyska, które wymagają okresowego smarowania (co pół roku lub co roku).
2. Operatorzy muszą posiadać biegłość w procedurach operacyjnych, prawidłowo wybierać odpowiednie probówki wirówkowe i głowice rotorów oraz przestrzegać czynników bezpieczeństwa i okresów gwarancji dotyczących użytkowania głowicy rotora.
W przypadku niemożności uruchomienia zamrażarki lub słabej wydajności chłodzenia
1. Awaria zasilania. Sprawdź oddzielnie przewód zasilający i bezpieczniki.
2. Niskie napięcie uruchamia urządzenia zabezpieczające uniemożliwiające uruchomienie zamrażarki.
3. Gdy napięcie zasilania spadnie do 180 V do 190 V, zamrażarka nie może zostać uruchomiona, co wpływa na wydajność chłodzenia.
4. Słaba wydajność wentylacji może również wpływać na wydajność chłodzenia.
W przypadku nadmiernych wibracji lub nietypowego hałasu emitowanego przez korpus wirówki
1. Ciężar probówek wirówkowych jest niezrównoważony i są one umieszczone asymetrycznie.
2. W otworach wirnika znajdują się ciała obce, obciążenie jest niezrównoważone lub zastosowano nieodpowiednie tuleje rurowe.
3. Nakrętka mocująca na górnym końcu wału wirnika jest poluzowana, co powoduje tarcie lub wyginanie wału wirnika.
4. Wirnik silnika znajdujący się poza środkiem pola magnetycznego będzie generował hałas.
5. Śruby mocujące sprężyny tłumiące na podstawie są poluzowane lub jedna ze sprężyn jest uszkodzona.
6. Sam rotor jest uszkodzony.
