Centrifúga je kľúčové vedecké zariadenie, ktoré využíva odstredivú silu na oddelenie látok na základe hustoty, ktoré sú nevyhnutné v oblastiach ako chémia, biochémia a molekulárna biológia. Dodáva sa v nízkych, vysokých a ultrarýchlostných variantoch, pričom kľúčovými faktormi sú rýchlosť otáčania a kapacita. Počas prevádzky je nevyhnutné dodržiavať prísne bezpečnostné postupy.
Tento článok predstaví centrifúgy z nasledujúcich bodov:
Pracovná teória odstredivého stroja
Klasifikácia odstrediviek
Komponenty odstredivého stroja
Hlavné technické parametre a výkonové indexy centrifúg
Aplikácia a údržba centrifúg
Bežné poruchy centrifúgy a metódy odstraňovania problémov
Pracovná teória odstredivého stroja
Všeobecný princíp
Princíp činnosti odstredivky je založený na použití odstredivej sily.
Odstredivka sa otáča vysokou rýchlosťou, čo spôsobuje, že sa v zmesi oddeľujú látky s rôznou hustotou alebo veľkosťou častíc. Hustejšie alebo väčšie častice sú vytlačené k vonkajšiemu okraju, zatiaľ čo ľahšie alebo menšie zostávajú bližšie k stredu.
Tento princíp je široko používaný v rôznych oblastiach, ako je medicína, veda a priemysel.
Špecifické metódy
l Metóda odstreďovania s diferenciálnou rýchlosťou
Táto metóda využíva rozdiely v rýchlosti sedimentácie rôznych častíc v poli odstredivej sily. Za rovnakých podmienok odstreďovania sa kontinuálnym zvyšovaním relatívnej odstredivej sily postupne zrážajú častice rôznych veľkostí a tvarov v nerovnomernej zmesi. Používa sa hlavne na separáciu všeobecných a špeciálnych vzoriek, ako sú organely a vírusy.
l Metóda izodenzného odstreďovania
Vzorka prechádza odstredivým zrážaním alebo sedimentačnou rovnováhou v určitom inertnom gradientovom médiu. Pôsobením určitej odstredivej sily sú častice distribuované do určitých špecifických polôh v gradientovej kvapaline, čo vedie k oddeleniu rôznych zón.
Klasifikácia odstrediviek
Podľa účelu: Typ prípravku, analytický typ a dvojúčelový typ pre prípravu aj analýzu
Podľa rýchlosti: nízkorýchlostné, vysokorýchlostné, ultracentrifúgy atď.
Podľa štruktúry: Dá sa rozdeliť na stolný typ, viacskúmavkový mikro typ, typ bunkového náteru, typ premývania krvi, vysokorýchlostný chladený typ, veľkokapacitný nízkorýchlostný chladený typ, stolná nízkorýchlostná automatická vyvažovacia odstredivka atď.
Typy centrifúg
Nízkorýchlostná odstredivka
Tieto sa často používajú v laboratóriách na rutinné triedenie častíc pracujúce pri maximálnej rýchlosti 4000-5000 ot./min. Existuje niekoľko prípadov regulácie teploty a často sa prevádzkuje pri izbovej teplote. Tieto centrifúgy využívajú typy s výkyvným vedierkom a rotorom s pevným uhlom, ktoré sa používajú na separáciu plazmy a séra, ako aj komponentov, ako je cerebrospinálny mok, pleurálne a peritoneálne tekutiny a moč.
Vysokorýchlostná odstredivka
Môže pracovať o niečo rýchlejšími rýchlosťami v rozmedzí od 15 000 do 30 000 otáčok za minútu a obsahuje zariadenie na reguláciu teploty aj rýchlosti operácie pre kritickú analýzu jemných biologických molekúl. Tieto centrifúgy využívajú tri rotory: pevný uhol, výkyvné vedro a vertikálne. Používajú sa na čistenie DNA a RNA, subcelulárnu frakcionáciu a izoláciu bunkových komponentov, ako sú mitochondrie.
Ultracentrifúga
Ide o vysoko vyvinutú a sofistikovanú odstredivku, ktorá dokáže oddeliť drobné molekuly, ktoré bežné odstredivky nedokážu oddeliť vysokou rýchlosťou. Rýchlosti rotora ultracentrifúgy sa môžu pohybovať od 60 000 do 150 000 ot./min. Vzorky bežia v skupinách alebo ako kontinuálne prietokové systémy a sú väčšie. Ultracentrifúgy sú nenahraditeľné v oblasti molekulárnej biológie a biochémie na čistenie nukleových kyselín a proteínov.
Komponenty odstredivého stroja
Zavedenie rotora
Rotor je základnou súčasťou odstredivky používanej na oddeľovanie vzoriek a jeho rýchlosť závisí od materiálu a pevnosti rotora. Nízkorýchlostné odstredivky zvyčajne používajú silné, ale ľahké supertvrdé hliníkové zliatiny, zatiaľ čo ultracentrifúgy používajú zliatiny titánu. Vo všeobecnosti platí, že v prípade centrifúg rovnakého typu sa rotory, ktoré sú ľahšie a majú menšie kapacity, otáčajú vyššími rýchlosťami, zatiaľ čo ťažšie rotory sa otáčajú nižšími rýchlosťami. Centrifúgy majú často rôzne tvary rotorov, z ktorých každý odráža rôzne polia odstredivých síl a sedimentačné vzdialenosti. Správny výber rotorov na základe požiadaviek na separáciu je v praktických aplikáciách kľúčový.
Bežné typy rotorov
Rotory s pevným uhlom : Tieto rotory držia rúrky pod uhlom 14 až 40° k vertikále, takže častice sa pohybujú na krátku vzdialenosť, pričom sa pohybujú radiálne smerom von, a používajú sa pri diferenciálnom odstreďovaní.
Výkyvné korčekové rotory : Tieto rotory sa spolu s odstredivkovými skúmavkami počas zrýchlenia vykývnu do vodorovnej polohy, takže častice prejdú na väčšiu vzdialenosť, čím sa uľahčí separácia supernatantu od pelety. Tieto typy motorov sa používajú pri odstreďovaní s hustotným gradientom.
Vertikálne rotory : Držia rúrky vertikálne, tj paralelne s osou motora, a častice sa pohybujú na kratšie vzdialenosti s kratšími časmi na oddelenie. Používa sa na separáciu izopyknických a hustotných gradientov.
Hlavné technické parametre a výkonové indexy centrifúg
1. Maximálna rýchlosť: Najvyššia rýchlosť otáčania, ktorú možno dosiahnuť rotorom odstredivky, meraná v otáčkach za minútu.
2. Maximálna odstredivá sila: Maximálna relatívna odstredivá sila (RCF) generovaná odstredivkou, meraná v 'g'.
3. Maximálna kapacita: Maximálny objem vzorky, ktorý možno spracovať v jednom cykle odstreďovania, typicky reprezentovaný ako 'm×n'. (Tu, 'm' označuje maximálny počet centrifugačných skúmaviek umiestnených naraz, a 'n' predstavuje maximálny objem vzorky, ktorý je možné oddeliť v dvoch centrifugačných skúmavkách, meraný v 'ml'.)
4. Rozsah otáčok (rozsah nastavenia rýchlosti): Nastaviteľný rozsah otáčok rotora na odstredivke.
5. Rozsah regulácie teploty: Rozsah teplôt vzoriek, ktoré možno regulovať počas prevádzky centrifúgy.
6. Prevádzkové napätie: Napätie potrebné na prevádzku odstredivky.
7. Spotreba energie: Zvyčajne sa vzťahuje na menovitý výkon motora odstredivky.
Aplikácia a údržba centrifúg
V dôsledku vysokej rýchlosti otáčania a značnej odstredivej sily generovanej odstredivkami môže dôjsť k vážnym nehodám, ak sa používajú nesprávne alebo ak nebudú pravidelne kontrolovať a udržiavať. Preto je potrebné počas používania prísne dodržiavať prevádzkové postupy a údržbu.
1. Udržujte rovnováhu : centrifugačné skúmavky a ich obsah musia byť vopred vyvážené a umiestnené symetricky. Do rotora nesmie byť nikdy vložený nepárny počet rúrok, aby sa zabezpečilo rovnomerné rozloženie zaťaženia okolo rotora.
2. Naplňte správny roztok : otvorená odstredivka by nemala byť zaťažená nadmerným množstvom roztoku, aby sa zabránilo jeho vymršteniu počas odstreďovania, čo by spôsobilo nevyváženosť rotora, hrdzu alebo koróziu.
3. Udržujte pozorovanie : počas procesu odstreďovania by sa mali nástroje na odstredivke neustále sledovať, aby sa zistilo, či fungujú správne. Ak sa vyskytne nejaká abnormálna situácia, stroj by sa mal okamžite zastaviť kvôli kontrole a poruchy by sa mali okamžite odstrániť. Nesmie pokračovať v prevádzke, kým sa nezistí hlavná príčina.
4. Kontrola Pred každým použitím : otvory rotora by sa mali prísne kontrolovať, či neobsahujú cudzie predmety a nečistoty, aby sa zachovala rovnováha. Rotor by sa mal tiež skontrolovať, či nevykazuje známky poškodenia alebo opotrebovania.
5. Venujte pozornosť plastovým skúmavkám : kontrolujte frekvenciu používania plastových odstredivkových skúmaviek a skontrolujte zodpovedajúce špecifikácie. Rôzne typy centrifugačných skúmaviek majú rôzne materiálové vlastnosti a limity maximálnej rýchlosti.
6. Predchladenie : pri odstreďovaní vzoriek pri nízkych teplotách je potrebné predchladenie na určitý čas.
7. Pravidelná údržba : Horizontita hlavného telesa odstredivky by sa mala kalibrovať raz za tri mesiace. Ak sa nepoužíva pravidelne, malo by sa 1 až 2-krát za mesiac spustiť pri nízkej rýchlosti, vždy na 0,5 hodiny.
Bežné poruchy centrifúgy a metódy odstraňovania problémov
Bežné zlyhania
1. Motor nebeží
2. Motor nedosahuje menovité otáčky
3. Poškodenie rotora
4. Zlyhanie spustenia mrazničky alebo slabý chladiaci výkon
5. Nadmerné vibrácie alebo nezvyčajný hluk z tela odstredivky
Metódy odstraňovania problémov
Pre motor nebeží
1. Kontrolka hlavného napájania nesvieti: Skontrolujte, či nie je vypálená poistka a zaistite dobrý kontakt medzi napájacím káblom, zástrčkou a zásuvkou.
2. Kontrolka hlavného napájania svieti, ale motor sa nedá spustiť:
(1) Skontrolujte, či nie je poškodený prepínač pásma alebo porcelánový premenlivý odpor, alebo či nie sú odpojené ich spojovacie vodiče.
(2) Skontrolujte, či nie sú odpojené alebo vnútorne skratované spojenia v cievke magnetického poľa.
3. Skontrolujte manometer vákuovej pumpy a hodnoty indikátora tlaku oleja.
Pre motor, ktorý nedosahuje menovité otáčky
1. Poškodenie alebo prekážka hnacieho hriadeľa. Malo by sa okamžite vyčistiť a vymeniť.
2. Vyčistite komutátor a kefy, aby ste zabezpečili dobrý kontakt, alebo ich vymeňte.
3. Skontrolujte, či vo vinutí cievky rotora nie sú skraty alebo otvorené obvody.
Za poškodenie rotora
1. Hlavy rotorov môžu pretrhnúť odstredivkové skúmavky v dôsledku faktorov, ako je únava kovu, nadmerné otáčky, nadmerné namáhanie, chemická korózia, nesprávny výber, nevyvážené používanie počas prevádzky a zlyhanie regulácie teploty, čo vedie k úniku vzorky a poškodeniu hlavy rotora. Elektromotor má horné a spodné ložiská, ktoré vyžadujú pravidelné mazanie (každých šesť mesiacov alebo ročne).
2. Operátori musia byť zbehlí v prevádzkových postupoch, správne vyberať vhodné odstredivkové skúmavky a hlavy rotora a dodržiavať bezpečnostné faktory a záručné lehoty na používanie hlavy rotora.
Pre zlyhanie spustenia mrazničky alebo slabý výkon chladenia
1. Výpadok napájania, skontrolujte zvlášť napájací kábel a poistky.
2. Nízke napätie spúšťa bezpečnostné zariadenia zabraňujúce spusteniu mrazničky.
3. Keď napájacie napätie klesne na 180 V až 190 V, mraznička sa nemôže spustiť, čo má vplyv na účinnosť chladenia.
4. Slabý výkon ventilácie môže tiež ovplyvniť účinnosť chladenia.
Pre nadmerné vibrácie alebo nezvyčajný hluk z tela odstredivky
1. Hmotnosť centrifugačných skúmaviek je nevyvážená a sú umiestnené asymetricky.
2. V otvoroch rotora sú cudzie predmety, zaťaženie je nevyvážené alebo sú použité nekvalifikované objímky rúrok.
3. Upevňovacia matica na hornom konci hriadeľa rotora je uvoľnená, čo spôsobuje trenie alebo ohnutie hriadeľa rotora.
4. Rotor motora, ktorý nie je v strede magnetického poľa, bude generovať hluk.
5. Upevňovacie skrutky tlmiacich pružín na základni sú uvoľnené, alebo je jedna z pružín zlomená.
6. Samotný rotor je poškodený.
