O centrifugă este un dispozitiv științific crucial care utilizează forța centrifugă pentru a separa substanțele pe baza densității, esențială în domenii precum chimia, biochimia și biologia moleculară. Vine în variante de viteză mică, mare și ultra-viteză, viteza de rotație și capacitatea fiind factori cheie. Respectarea procedurilor stricte de siguranță este imperativă în timpul funcționării.
Articolul va introduce centrifuge din următoarele puncte:
Teoria de lucru a mașinii centrifuge
Clasificarea mașinii centrifuge
Componentele mașinii centrifuge
Principalii parametri tehnici și indici de performanță ai centrifugelor
Aplicații și întreținere a centrifugelor
Eșecuri comune ale centrifugei și metode de depanare
Teoria de lucru a mașinii centrifuge
Principiul general
Principiul de funcționare al unei centrifuge se bazează pe aplicarea forței centrifuge.
Centrifuga se rotește la viteză mare, provocând separarea substanțelor de diferite densități sau dimensiuni ale particulelor dintr-un amestec. Particulele mai dense sau mai mari sunt forțate spre marginea exterioară, în timp ce cele mai ușoare sau mai mici rămân mai aproape de centru.
Acest principiu este utilizat pe scară largă în diverse domenii, cum ar fi medicină, știință și industrie.
Metode specifice
l Metoda de centrifugare cu viteză diferențială
Această metodă utilizează diferențele în ratele de sedimentare ale diferitelor particule într-un câmp de forță centrifugă. În aceleași condiții de centrifugare, prin creșterea continuă a forței centrifuge relative, particulele de diferite dimensiuni și forme într-un amestec neuniform sunt precipitate pas cu pas. Este utilizat în principal pentru separarea probelor generale și speciale, cum ar fi organele și viruși.
l Metoda de centrifugare prin izodensitate
Proba suferă o precipitare centrifugă sau un echilibru de sedimentare într-un anumit mediu de gradient inert. Sub acțiunea unei anumite forțe centrifuge, particulele sunt distribuite în anumite poziții specifice în lichidul gradient, rezultând separarea diferitelor zone.
Clasificarea mașinii centrifuge
În funcție de scop: tipul de preparare, tipul analitic și tipul cu dublu scop atât pentru preparare, cât și pentru analiză
În funcție de viteză: viteză mică, viteză mare, ultracentrifuge etc.
În funcție de structură: poate fi împărțit în tip de banc, tip micro cu mai multe tuburi, tip de frotiu celular, tip de spălare a sângelui, tip frigorific de mare viteză, tip refrigerat de mare capacitate cu viteză mică, centrifugă de echilibrare automată de bancă de viteză mică etc.
Tipuri de centrifuge
Centrifuga de viteza mica
Acestea sunt frecvent utilizate în laboratoarele pentru sortarea de rutină a particulelor, operate la o viteză maximă de 4000-5000 rpm. Există puține cazuri de reglare a temperaturii și adesea funcționează la temperatura camerei. Aceste centrifuge folosesc tipuri de găleată oscilantă și rotor cu unghi fix, utilizate pentru separarea plasmei și a serului, precum și a componentelor precum lichidul cefalorahidian, fluidele pleurale și peritoneale și urina.
Centrifuga de mare viteza
Poate funcționa la viteze ceva mai rapide, variind între 15.000 și 30.000 de rotații pe minut, conținând un dispozitiv pentru reglarea atât a temperaturii, cât și a vitezei de operare pentru analiza critică a moleculelor biologice delicate. Aceste centrifuge folosesc trei rotoare: unghi fix, găleată oscilantă și verticală. Ele sunt utilizate pentru purificarea ADN-ului și ARN-ului, fracționarea subcelulară și izolarea componentelor celulare precum mitocondriile.
Ultracentrifuga
Este o centrifugă foarte dezvoltată și sofisticată care poate separa molecule minuscule pe care centrifugele convenționale nu le pot separa într-un ritm rapid. Vitezele rotorului ultracentrifugei pot varia de la 60.000 la 150.000 rpm. Ei rulează mostre în grupuri sau ca sisteme cu flux continuu și sunt mai mari. Ultracentrifugele sunt indispensabile în domeniul biologiei moleculare și al biochimiei pentru purificarea acizilor nucleici și a proteinelor.
Componentele mașinii centrifuge
Introducerea rotorului
Rotorul este componenta centrală a unei centrifuge utilizate pentru separarea probelor, iar viteza acestuia depinde de materialul și rezistența rotorului. Centrifugele cu viteză mică folosesc de obicei aliaje de aluminiu super-dure, puternice, dar ușoare, în timp ce ultracentrifugele folosesc aliaje de titan. În general, pentru centrifugele de același tip, rotoarele care sunt mai ușoare și au capacități mai mici se rotesc la viteze mai mari, în timp ce rotoarele mai grele se rotesc la viteze mai mici. Centrifugele au adesea diferite forme de rotor, fiecare reflectând câmpuri de forță centrifugă și distanțe de sedimentare diferite. Selectarea corectă a rotoarelor pe baza cerințelor de separare este crucială în aplicațiile practice.
Tipuri comune de rotoare
Rotoare cu unghi fix : Aceste rotoare țin tuburile la un unghi de 14 până la 40° față de verticală, astfel încât particulele parcurg o distanță scurtă în timp ce se deplasează radial spre exterior și sunt utilizate în centrifugare diferențială.
Rotoare cu găleată oscilante : Aceste rotoare, împreună cu tuburile de centrifugă, se balansează într-o poziție orizontală în timpul accelerației, astfel încât particulele parcurg o distanță mai mare, facilitând astfel separarea mai ușoară a supernatantului de peletă. Aceste tipuri de motoare sunt folosite în centrifugarea cu gradient de densitate.
Rotoare verticale : Acestea țin tuburile vertical, adică paralele cu axa motorului, iar particulele se deplasează pe distanțe mai scurte cu perioade mai scurte de separare. Este utilizat pentru separarea izopicnică și gradient de densitate.
Principalii parametri tehnici și indici de performanță ai centrifugelor
1. Viteza maximă: Cea mai mare viteză de rotație posibilă de rotorul centrifugei, măsurată în rpm.
2. Forța centrifugă maximă: forța centrifugă relativă maximă (RCF) generată de centrifugă, măsurată în 'g'.
3. Capacitate maximă: volumul maxim de probă care poate fi procesat într-un ciclu de centrifugare, reprezentat de obicei ca „m×n”. (Aici, 'm'indică numărul maxim de tuburi de centrifugă adăpostite simultan, iar 'n' reprezintă volumul maxim de probă care poate fi separat în două tuburi de centrifugă, măsurat în 'ml'.)
4. Interval de viteză (Interval de setare a vitezei): intervalul reglabil de viteze ale rotorului la centrifugă.
5. Interval de control al temperaturii: intervalul de temperaturi ale probei care pot fi controlate în timpul funcționării centrifugei.
6. Tensiune de funcționare: Tensiunea necesară pentru ca centrifuga să funcționeze.
7. Consumul de energie: se referă de obicei la puterea nominală a motorului centrifugei.
Aplicații și întreținere a centrifugelor
Datorită vitezei mari de rotație și a forței centrifuge substanțiale generate de centrifuge, pot apărea accidente grave dacă sunt utilizate necorespunzător sau dacă nu sunt inspectate și întreținute regulate. Prin urmare, procedurile de operare și întreținere trebuie respectate cu strictețe în timpul utilizării.
1. Păstrați echilibrul : tuburile de centrifugă și conținutul lor trebuie echilibrate în prealabil și plasate simetric. Un număr impar de tuburi nu trebuie să fie încărcat niciodată în rotor pentru a se asigura că sarcina este distribuită uniform în jurul rotorului.
2. Încărcați soluția corectă : centrifuga deschisă nu trebuie încărcată cu soluție excesivă pentru a preveni aruncarea acesteia în timpul centrifugării, provocând dezechilibru, rugină sau coroziune a rotorului.
3. Păstrați observație : în timpul procesului de centrifugare, instrumentele de pe centrifugă trebuie observate în mod constant pentru a determina dacă funcționează corect. Dacă apare vreun anormal, mașina trebuie oprită imediat pentru inspecție și defecțiunile trebuie eliminate imediat. Nu trebuie să continue să funcționeze până când nu este identificată cauza principală.
4. Inspecție Înainte de fiecare utilizare : deschiderile rotorului trebuie inspectate cu strictețe pentru orice obiecte străine și murdărie pentru a menține echilibrul. De asemenea, rotorul trebuie verificat pentru orice semne de deteriorare sau uzură.
5. Acordați atenție tuburilor din plastic : controlați frecvența de utilizare a tuburilor de centrifugă din plastic și verificați specificațiile potrivite. Diferite tipuri de tuburi de centrifugare au proprietăți diferite ale materialului și limite maxime de viteză.
6. Pre-răcire : atunci când se centrifug probele la temperaturi scăzute, este necesară o pre-răcire pentru o anumită perioadă de timp.
7. Întreținere regulată : Orizontalitatea corpului principal al centrifugei trebuie calibrată o dată la trei luni. Atunci când nu este utilizat în mod regulat, trebuie pornit la viteză mică de 1 până la 2 ori pe lună, de fiecare dată timp de 0,5 ore.
Eșecuri comune ale centrifugei și metode de depanare
Eșecuri comune
1. Motorul nu funcționează
2. Motorul nu atinge viteza nominală
3. Deteriorarea rotorului
4. Eșecul congelatorului la pornire sau performanță slabă de răcire
5. Vibrații excesive sau zgomot neobișnuit din corpul centrifugei
Metode de depanare
Pentru motorul care nu funcționează
1. Indicatorul luminos de alimentare principală nu este aprins: Verificați dacă siguranța este arsă și asigurați-vă un contact bun între cablul de alimentare, ștecher și priză.
2. Indicatorul luminos principal de alimentare aprins, dar motorul nu poate porni:
(1) Verificați dacă comutatorul de bandă sau rezistența variabilă din porțelan este deteriorată sau dacă firele lor de conectare sunt deconectate.
(2) Verificați dacă există conexiuni deconectate sau scurtcircuitate intern în bobina câmpului magnetic.
3. Verificați valorile manometrului pompei de vid și ale indicatorului presiunii uleiului.
Pentru motorul care nu atinge viteza nominală
1. Deteriorarea sau obstrucția arborelui de transmisie. Ar trebui curățat și înlocuit prompt.
2. Curăţaţi comutatorul şi periile pentru a asigura un contact bun sau înlocuiţi-le.
3. Verificați dacă există scurtcircuite sau circuite deschise în înfășurările bobinei rotorului.
Pentru deteriorarea rotorului
1. Capetele rotorului pot rupe tuburile de centrifugare din cauza unor factori precum oboseala metalelor, supraviteza, suprasolicitarea, coroziunea chimică, selecția necorespunzătoare, utilizarea dezechilibrată în timpul funcționării și defecțiunea controlului temperaturii, ceea ce duce la scurgerea probei și deteriorarea capului rotorului. Motorul electric are rulmenți superiori și inferiori care necesită lubrifiere periodică (la fiecare șase luni sau anual).
2. Operatorii trebuie să fie competenți în procedurile operaționale, să selecteze corect tuburile de centrifugă și capete de rotor adecvate și să respecte factorii de siguranță și perioadele de garanție pentru utilizarea capului rotorului.
Pentru eșecul congelatorului la pornire sau performanță slabă de răcire
1. Pana de curent, verificați separat cablul de alimentare și siguranțele.
2. Tensiunea joasă declanșează dispozitive de siguranță care împiedică pornirea congelatorului.
3. Când tensiunea de alimentare scade la 180V până la 190V, congelatorul nu poate porni, afectând eficiența răcirii.
4. Performanța slabă a ventilației poate afecta și eficiența răcirii.
Pentru vibrații excesive sau zgomot neobișnuit din corpul centrifugei
1. Greutatea tuburilor de centrifugă este dezechilibrata, iar acestea sunt așezate asimetric.
2. Există obiecte străine în orificiile rotorului, sarcina este dezechilibrată sau se folosesc manșoane tubulare necalificate.
3. Piulița de fixare de la capătul superior al arborelui rotorului este slăbită, provocând frecare sau îndoire a arborelui rotorului.
4. Rotorul motorului nefiind în centrul câmpului magnetic va genera zgomot.
5. Șuruburile de fixare ale arcurilor de amortizare de pe bază sunt slăbite, sau unul dintre arcuri este rupt.
6. Rotorul în sine este deteriorat.
