Центрифуга — это важнейшее научное устройство, которое использует центробежную силу для разделения веществ в зависимости от плотности, что важно в таких областях, как химия, биохимия и молекулярная биология. Он поставляется в вариантах с низкой, высокой и сверхскоростной скоростью, при этом ключевыми факторами являются скорость вращения и производительность. Во время работы необходимо соблюдать строгие правила техники безопасности.
В статье будут представлены центрифуги по следующим пунктам:
Рабочая теория центрифуги
Классификация центрифуг
Компоненты центрифуги
Основные технические параметры и показатели производительности центрифуг
Применение и обслуживание центрифуг
Распространенные неисправности центрифуг и методы устранения неполадок
Рабочая теория центрифуги
Общий принцип
Принцип работы центрифуги основан на применении центробежной силы.
Центрифуга вращается с высокой скоростью, в результате чего вещества различной плотности или размера частиц в смеси разделяются. Более плотные или крупные частицы вытесняются к внешнему краю, а более легкие или более мелкие остаются ближе к центру.
Этот принцип широко используется в различных областях, таких как медицина, наука и промышленность.
Конкретные методы
l Метод центрифугирования с дифференциальной скоростью
Этот метод использует различия в скоростях седиментации различных частиц в поле центробежных сил. В одних и тех же условиях центрифугирования за счет непрерывного увеличения относительной центробежной силы в неоднородной смеси поэтапно осаждаются частицы разного размера и формы. В основном он используется для разделения общих и специальных образцов, таких как органеллы и вирусы.
l Метод центрифугирования по изоплотности
Проба подвергается осаждению центрифугированием или седиментационному равновесию в определенной инертной градиентной среде. Под действием определенной центробежной силы частицы распределяются по определенным определенным позициям в градиентной жидкости, что приводит к разделению различных зон.
Классификация центрифуг
По назначению: тип препарата, аналитический тип и тип двойного назначения для подготовки и анализа.
По скорости: низкоскоростные, высокоскоростные, ультрацентрифуги и т.д.
По структуре: его можно разделить на настольный тип, многопробирный микротип, тип мазка клеток, тип промывания крови, высокоскоростной холодильный тип, низкоскоростной холодильный тип большой емкости, настольную низкоскоростную центрифугу с автоматическим балансом и т. д.
Типы центрифуг
Низкоскоростная центрифуга
Они часто используются в лабораториях для рутинной сортировки частиц при максимальной скорости 4000-5000 об/мин. Имеется несколько случаев регулирования температуры, и они часто работают при комнатной температуре. В этих центрифугах используются роторы с качающимся бакетом и ротором с фиксированным углом, которые используются для разделения плазмы и сыворотки, а также таких компонентов, как спинномозговая жидкость, плевральная и перитонеальная жидкости, а также моча.
Высокоскоростная центрифуга
Он может работать с несколько более высокой скоростью в диапазоне от 15 000 до 30 000 оборотов в минуту и содержит устройство для регулирования температуры и скорости работы для критического анализа деликатных биологических молекул. В этих центрифугах используются три ротора: фиксированный угол, поворотный бакет и вертикальный. Они используются для очистки ДНК и РНК, субклеточного фракционирования и выделения клеточных компонентов, таких как митохондрии.
Ультрацентрифуга
Это высокоразвитая и сложная центрифуга, которая может разделять крошечные молекулы, которые обычные центрифуги не могут разделить с высокой скоростью. Скорость ротора ультрацентрифуги может варьироваться от 60 000 до 150 000 об/мин. Они отбирают пробы группами или в виде систем с непрерывным потоком и имеют больший размер. Ультрацентрифуги незаменимы в области молекулярной биологии и биохимии для очистки нуклеиновых кислот и белков.
Компоненты центрифуги
Внедрение ротора
Ротор является основным компонентом центрифуги, используемой для разделения образцов, и его скорость зависит от материала и прочности ротора. В низкоскоростных центрифугах обычно используются прочные, но легкие и сверхтвердые алюминиевые сплавы, а в ультрацентрифугах — титановые сплавы. Как правило, в центрифугах одного типа более легкие роторы с меньшей производительностью вращаются с более высокими скоростями, тогда как более тяжелые роторы вращаются с более низкими скоростями. Центрифуги часто имеют различные формы роторов, каждая из которых отражает разные поля центробежных сил и расстояния седиментации. Правильный выбор роторов в зависимости от требований к сепарации имеет решающее значение в практическом применении.
Распространенные типы роторов
Роторы с фиксированным углом : эти роторы удерживают пробирки под углом от 14 до 40° к вертикали, так что частицы перемещаются на небольшое расстояние, перемещаясь радиально наружу, и используются в дифференциальном центрифугировании.
Поворотные бакет-роторы : эти роторы вместе с центрифужными пробирками во время ускорения поворачиваются в горизонтальное положение, так что частицы перемещаются на большее расстояние, тем самым облегчая отделение надосадочной жидкости от осадка. Эти типы двигателей используются в центрифугировании в градиенте плотности.
Вертикальные роторы : они удерживают трубки вертикально, т. е. параллельно оси двигателя, и частицы перемещаются на более короткие расстояния с более короткими периодами разделения. Он используется для разделения изопикнических и градиентных плотностей.
Основные технические параметры и показатели производительности центрифуг
1. Максимальная скорость: наивысшая скорость вращения, достижимая ротором центрифуги, измеряемая в об/мин.
2. Максимальная центробежная сила: максимальная относительная центробежная сила (RCF), создаваемая центрифугой, измеряется в g.
3. Максимальная емкость: максимальный объем образца, который можно обработать за один цикл центрифугирования, обычно обозначается как «m×n». (Здесь «m» обозначает максимальное количество центрифужных пробирок, размещаемых одновременно, а «n» представляет собой максимальный объем образца, который можно разделить в двух центрифужных пробирках, измеряемый в «мл».)
4. Диапазон скоростей (диапазон настройки скорости): регулируемый диапазон скоростей ротора центрифуги.
5. Диапазон контроля температуры: Диапазон температур проб, которыми можно управлять во время работы центрифуги.
6. Рабочее напряжение: напряжение, необходимое для работы центрифуги.
7. Потребляемая мощность: обычно относится к номинальной мощности двигателя центрифуги.
Применение и обслуживание центрифуг
Из-за высокой скорости вращения и значительной центробежной силы, создаваемой центрифугами, при неправильном использовании или отсутствии регулярного осмотра и обслуживания могут произойти серьезные несчастные случаи. Поэтому во время использования необходимо строго соблюдать процедуры эксплуатации и технического обслуживания.
1. Соблюдайте баланс : центрифужные пробирки и их содержимое должны быть заранее сбалансированы и размещены симметрично. Никогда не следует загружать в ротор нечетное количество пробирок, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки вокруг ротора.
2. Загрузка правильного решения : в открытую центрифугу не следует загружать чрезмерное количество раствора, чтобы предотвратить его выбрасывание во время центрифугирования, вызывающее дисбаланс ротора, ржавчину или коррозию.
3. Постоянно наблюдайте : во время процесса центрифугирования за инструментами на центрифуге следует постоянно наблюдать, чтобы определить, правильно ли они функционируют. В случае возникновения каких-либо отклонений машину следует немедленно остановить для проверки и незамедлительно устранить неисправности. Он не должен продолжать работу до тех пор, пока не будет выявлена основная причина.
4. Осмотр Перед каждым использованием : отверстия ротора следует тщательно проверять на наличие посторонних предметов и грязи для поддержания равновесия. Ротор также следует проверить на наличие признаков повреждения или износа.
5. Обратите внимание на пластиковые пробирки : контролируйте частоту использования пластиковых центрифужных пробирок и проверяйте соответствие характеристик. Различные типы центрифужных пробирок имеют разные свойства материала и ограничения максимальной скорости.
6. Предварительное охлаждение : при центрифугировании образцов при низких температурах необходимо предварительное охлаждение в течение определенного периода времени.
7. Регулярное техническое обслуживание : Горизонтальность основного корпуса центрифуги следует калибровать один раз в три месяца. При нерегулярном использовании его следует запускать на низкой скорости 1–2 раза в месяц, каждый раз по 0,5 часа.
Распространенные неисправности центрифуг и методы устранения неполадок
Распространенные неисправности
1. Двигатель не работает
2. Двигатель не достигает номинальной скорости.
3. Повреждение ротора
4. Морозильник не запускается или плохая эффективность охлаждения.
5. Чрезмерная вибрация или необычный шум корпуса центрифуги.
Методы устранения неполадок
Для двигателя не работает
1. Индикатор основного питания не горит: проверьте, не перегорел ли предохранитель, и убедитесь в хорошем контакте между шнуром питания, вилкой и розеткой.
2. Индикатор основного питания горит, но двигатель не запускается:
(1) Проверьте, не поврежден ли ленточный переключатель или фарфоровый переменный резистор или не отсоединены ли их соединительные провода.
(2) Проверьте соединения катушки магнитного поля на предмет отсоединения или внутреннего короткого замыкания.
3. Проверьте значения манометра вакуумного насоса и указателя давления масла.
Для двигателя, не достигшего номинальной скорости
1. Повреждение или засорение приводного вала. Его следует немедленно очистить и заменить.
2. Очистите коллектор и щетки, чтобы обеспечить хороший контакт, или замените их.
3. Проверьте наличие коротких замыканий или обрывов в обмотках катушки ротора.
При повреждении ротора
1. Головки ротора могут привести к разрыву центрифужных пробирок из-за таких факторов, как усталость металла, превышение скорости, перенапряжение, химическая коррозия, неправильный выбор, несбалансированное использование во время работы и отказ контроля температуры, что приводит к утечке пробы и повреждению головки ротора. Электродвигатель имеет верхние и нижние подшипники, требующие периодической смазки (раз в полгода или ежегодно).
2. Операторы должны владеть рабочими процедурами, правильно выбирать подходящие центрифужные пробирки и головки ротора, а также соблюдать факторы безопасности и гарантийные сроки использования головки ротора.
При отказе запуска морозильной камеры или плохой эффективности охлаждения
1. Сбой питания. Проверьте шнур питания и предохранители отдельно.
2. Низкое напряжение приводит в действие защитные устройства, предотвращающие запуск морозильной камеры.
3. Когда напряжение питания падает до 180–190 В, морозильная камера не может запуститься, что влияет на эффективность охлаждения.
4. Плохая вентиляция также может повлиять на эффективность охлаждения.
При чрезмерной вибрации или необычном шуме корпуса центрифуги
1. Вес центрифужных пробирок не сбалансирован, и они расположены асимметрично.
2. В отверстиях ротора имеются посторонние предметы, нагрузка не сбалансирована или используются неквалифицированные трубные муфты.
3. Крепежная гайка на верхнем конце вала ротора ослаблена, что приводит к трению или изгибу вала ротора.
4. Ротор двигателя, находящийся не в центре магнитного поля, будет создавать шум.
5. Крепежные винты демпфирующих пружин на основании ослаблены или одна из пружин сломана.
6. Сам ротор поврежден.
