Uma centrífuga é um dispositivo científico crucial que utiliza força centrífuga para separar substâncias com base na densidade, essencial em áreas como química, bioquímica e biologia molecular. Ele vem em variantes de baixa, alta e ultravelocidade, sendo a velocidade de rotação e a capacidade fatores-chave. Aderir a procedimentos de segurança rigorosos é fundamental durante a operação.
O artigo apresentará centrífugas a partir dos seguintes pontos:
Teoria de funcionamento da máquina centrífuga
Classificação da Máquina Centrífuga
Componentes da máquina centrífuga
Principais Parâmetros Técnicos e Índices de Desempenho de Centrífugas
Aplicações e Manutenção de Centrífugas
Falhas comuns em centrífugas e métodos de solução de problemas
Teoria de funcionamento da máquina centrífuga
Princípio Geral
O princípio de funcionamento de uma centrífuga baseia-se na aplicação de força centrífuga.
A centrífuga gira em alta velocidade, fazendo com que substâncias de diferentes densidades ou tamanhos de partículas em uma mistura se separem. As partículas mais densas ou maiores são forçadas para a borda externa, enquanto as mais leves ou menores permanecem mais próximas do centro.
Este princípio é amplamente utilizado em vários campos, como medicina, ciência e indústria.
Métodos Específicos
l Método de centrifugação com velocidade diferencial
Este método utiliza as diferenças nas taxas de sedimentação de diferentes partículas em um campo de força centrífuga. Sob as mesmas condições de centrifugação, aumentando continuamente a força centrífuga relativa, partículas de diferentes tamanhos e formas numa mistura não uniforme são precipitadas passo a passo. É utilizado principalmente para a separação de amostras gerais e especiais, como organelas e vírus.
l Método de centrifugação por isodensidade
A amostra sofre precipitação centrífuga ou equilíbrio de sedimentação em um determinado meio gradiente inerte. Sob a ação de uma certa força centrífuga, as partículas são distribuídas em determinadas posições específicas no líquido gradiente, resultando na separação de diferentes zonas.
Classificação da Máquina Centrífuga
De acordo com a finalidade: tipo de preparação, tipo analítico e tipo de dupla finalidade para preparação e análise
De acordo com a velocidade: baixa velocidade, alta velocidade, ultracentrífugas, etc.
De acordo com a estrutura: Pode ser dividido em tipo de bancada, tipo micro multitubo, tipo de esfregaço de células, tipo de lavagem de sangue, tipo refrigerado de alta velocidade, tipo refrigerado de grande capacidade e baixa velocidade, centrífuga de equilíbrio automático de baixa velocidade de bancada, etc.
Tipos de centrífugas
Centrífuga de baixa velocidade
Eles são frequentemente usados em laboratórios para triagem rotineira de partículas, operados a uma velocidade máxima de 4.000 a 5.000 rpm. Existem poucos casos de regulação de temperatura e frequentemente operados em temperatura ambiente. Essas centrífugas empregam balde oscilante e rotor de ângulo fixo, usados para separar plasma e soro, bem como componentes como líquido cefalorraquidiano, fluidos pleural e peritoneal e urina.
Centrífuga de alta velocidade
Pode trabalhar em taxas um pouco mais rápidas, variando entre 15.000 e 30.000 rotações por minuto, contendo um dispositivo para regular a temperatura e a velocidade de operação para a análise crítica de delicadas moléculas biológicas. Essas centrífugas empregam três rotores: ângulo fixo, balde oscilante e vertical. Eles são usados para purificação de DNA e RNA, fracionamento subcelular e isolamento de componentes celulares como mitocôndrias.
Ultracentrífuga
É uma centrífuga altamente desenvolvida e sofisticada que pode separar moléculas minúsculas que as centrífugas convencionais não conseguem separar em um ritmo rápido. As velocidades do rotor da ultracentrífuga podem variar de 60.000 a 150.000 rpm. Eles executam amostras em grupos ou como sistemas de fluxo contínuo e são maiores. As ultracentrífugas são indispensáveis no domínio da biologia molecular e da bioquímica para a purificação de ácidos nucleicos e proteínas.
Componentes da máquina centrífuga
A introdução do rotor
O rotor é o componente principal de uma centrífuga usada para separar amostras e sua velocidade depende do material e da resistência do rotor. As centrífugas de baixa velocidade normalmente usam ligas de alumínio superduras, fortes, porém leves, enquanto as ultracentrífugas usam ligas de titânio. Geralmente, para centrífugas do mesmo tipo, rotores mais leves e com capacidades menores giram em velocidades mais altas, enquanto rotores mais pesados giram em velocidades mais baixas. As centrífugas geralmente têm vários formatos de rotor, cada um refletindo diferentes campos de força centrífuga e distâncias de sedimentação. A seleção adequada de rotores com base nos requisitos de separação é crucial em aplicações práticas.
Tipos comuns de rotores
Rotores de ângulo fixo : Esses rotores mantêm os tubos em um ângulo de 14 a 40° com a vertical, de modo que as partículas percorram uma curta distância enquanto se movem radialmente para fora e são usados na centrifugação diferencial.
Rotores de caçamba oscilantes : Esses rotores, juntamente com os tubos de centrífuga, oscilam para uma posição horizontal durante o tempo de aceleração, de modo que as partículas percorram uma distância maior, facilitando assim a separação mais fácil do sobrenadante do pellet. Esses tipos de motores são empregados na centrifugação em gradiente de densidade.
Rotores verticais : Mantêm os tubos verticalmente, ou seja, paralelos ao eixo do motor, e as partículas se movem por distâncias menores com períodos de separação mais curtos. É usado para separação isopícnica e de gradiente de densidade.
Principais Parâmetros Técnicos e Índices de Desempenho de Centrífugas
1. Velocidade Máxima: A velocidade rotacional mais alta alcançável pelo rotor da centrífuga, medida em rpm.
2. Força Centrífuga Máxima: A força centrífuga relativa máxima (RCF) gerada pela centrífuga, medida em 'g'.
3. Capacidade Máxima: O volume máximo de amostra que pode ser processado em um ciclo de centrifugação, normalmente representado como 'm×n'. (Aqui, 'm'denota o número máximo de tubos de centrífuga acomodados de uma só vez, e 'n' representa o volume máximo de amostra que pode ser separado em dois tubos de centrífuga, medido em 'ml'.)
4. Faixa de velocidade (Faixa de configuração de velocidade): A faixa ajustável de velocidades do rotor na centrífuga.
5. Faixa de controle de temperatura: A faixa de temperaturas da amostra que pode ser controlada durante a operação da centrífuga.
6. Tensão operacional: A tensão necessária para a centrífuga operar.
7. Consumo de energia: Normalmente refere-se à potência nominal do motor da centrífuga.
Aplicações e Manutenção de Centrífugas
Devido à alta velocidade de rotação e à substancial força centrífuga gerada pelas centrífugas, podem ocorrer acidentes graves se forem utilizadas inadequadamente ou se não forem inspecionadas e manutenções regulares. Portanto, os procedimentos de operação e manutenção devem ser rigorosamente respeitados durante o uso.
1. Mantenha o equilíbrio : os tubos de centrífuga e seu conteúdo devem ser previamente balanceados e colocados simetricamente. Um número ímpar de tubos nunca deve ser carregado no rotor para garantir que a carga seja distribuída uniformemente ao redor do rotor.
2. Carregue a solução adequada : a centrífuga aberta não deve ser carregada com solução excessiva para evitar que ela seja projetada durante a centrifugação, causando desequilíbrio do rotor, ferrugem ou corrosão.
3. Mantenha a observação : durante o processo de centrifugação, os instrumentos da centrífuga devem ser constantemente observados para determinar se estão funcionando corretamente. Se ocorrer alguma anormalidade, a máquina deve ser parada imediatamente para inspeção e as avarias devem ser imediatamente eliminadas. Não deve continuar a funcionar até que a causa raiz seja identificada.
4. Inspeção Antes de cada utilização : as aberturas do rotor devem ser rigorosamente inspecionadas quanto a objetos estranhos e sujeira para manter o equilíbrio. O rotor também deve ser verificado quanto a sinais de danos ou desgaste.
5. Preste atenção aos tubos de plástico : controle a frequência de uso dos tubos de centrífuga de plástico e verifique as especificações correspondentes. Diferentes tipos de tubos de centrífuga têm diferentes propriedades de material e limites máximos de velocidade.
6. Pré-resfriamento : ao centrifugar amostras em baixas temperaturas, é necessário um pré-resfriamento por um determinado período de tempo.
7. Manutenção regular : A horizontalidade do corpo principal da centrífuga deve ser calibrada uma vez a cada três meses. Quando não estiver em uso regular, deve ser iniciado em velocidade baixa 1 a 2 vezes por mês, cada vez durante 0,5 horas.
Falhas comuns em centrífugas e métodos de solução de problemas
Falhas Comuns
1. Motor não funciona
2. O motor não atinge a velocidade nominal
3. Danos no rotor
4. Falha ao iniciar o freezer ou baixo desempenho de resfriamento
5. Vibração excessiva ou ruído incomum do corpo da centrífuga
Métodos de solução de problemas
Para o motor não funcionando
1. A luz indicadora de alimentação principal não está acesa: Verifique se o fusível está queimado e garanta um bom contato entre o cabo de alimentação, o plugue e a tomada.
2. Luz indicadora de alimentação principal acesa, mas o motor não dá partida:
(1) Verifique se a chave de banda ou o resistor variável de porcelana estão danificados ou se seus fios de conexão estão desconectados.
(2) Verifique se há conexões desconectadas ou em curto-circuito interno na bobina do campo magnético.
3. Verifique os valores do medidor da bomba de vácuo e do indicador de pressão do óleo.
Para o motor que não atinge a velocidade nominal
1. Danos ou obstrução no eixo de transmissão. Deve ser limpo e substituído imediatamente.
2. Limpe o comutador e as escovas para garantir um bom contato ou substitua-os.
3. Verifique se há curto-circuitos ou circuitos abertos nos enrolamentos da bobina do rotor.
Para danos ao rotor
1. As cabeças do rotor podem romper os tubos da centrífuga devido a fatores como fadiga do metal, velocidade excessiva, tensão excessiva, corrosão química, seleção inadequada, uso desequilibrado durante a operação e falha no controle de temperatura, levando ao vazamento da amostra e danos à cabeça do rotor. O motor elétrico possui rolamentos superiores e inferiores que necessitam de lubrificação periódica (semestral ou anual).
2. Os operadores devem ser proficientes em procedimentos operacionais, selecionar corretamente os tubos de centrífuga e cabeçotes do rotor adequados e respeitar os fatores de segurança e os períodos de garantia para uso do cabeçote do rotor.
Para falha na inicialização do freezer ou baixo desempenho de resfriamento
1. Falha de energia, verifique o cabo de alimentação e os fusíveis separadamente.
2. A baixa tensão aciona dispositivos de segurança que impedem a partida do freezer.
3. Quando a tensão de alimentação cai para 180 V a 190 V, o freezer não pode iniciar, afetando a eficiência do resfriamento.
4. O mau desempenho da ventilação também pode afetar a eficiência do resfriamento.
Para vibração excessiva ou ruído incomum do corpo da centrífuga
1. O peso dos tubos da centrífuga está desequilibrado e eles são colocados de forma assimétrica.
2. Existem objetos estranhos nos orifícios do rotor, a carga está desequilibrada ou são usadas mangas de tubo não qualificadas.
3. A porca de fixação na extremidade superior do eixo do rotor está solta, causando fricção ou flexão do eixo do rotor.
4. O rotor do motor não estando no centro do campo magnético gerará ruído.
5. Os parafusos de fixação das molas amortecedoras na base estão soltos ou uma das molas está quebrada.
6. O próprio rotor está danificado.
