離心技術及離心機分類:
離心是在離心力的作用下,利用被離心樣品物質的沉降系數(shù)、浮力、密度的差別,進行分離、濃縮、提取制備樣品以及分析測定生物大分子分子量和純度。按其工作方式可分為離心過濾、離心沉降(或澄清)及離心分離。
離心機的設計原理是利用驅動轉頭旋轉時所產生的離心場力加快樣品粒子的沉降速度,把樣品中不同沉降系數(shù)或浮力密度差的物質分離開。決定離心力大小的因素除轉速(Revolved per minute,r/min)和離心(轉頭)半徑外,還與粒子在旋轉運動中所受到的力(重力、浮力、摩擦力)之作用影響有關,離心力方向與重力呈垂直,故常用相對離心力(Relative centrifugal force,rcO表示,即相對于重力作用在旋轉粒子上的離心力,用重力加速度g(980cm/s )作為量值,也稱為“g-Force”,表達式為:RCF=o)~/980。
離心技術的關鍵是如何根據(jù)樣品粒子和介質的性質以及轉子的技術參數(shù)來確定離心力、轉速和離心時間設置。粒子(細胞、細胞器及大分子的統(tǒng)稱)的沉降或分離速率取決于離心力、粒子的大小、形狀和密度以及沉降介質的密度和粘度。
根據(jù)用途、轉速、功能配置可將醫(yī)學實驗室常用離心機幾大類型,不同轉速的離心機產生不同的離心力,具有不同的用途。
低速機型設計有較大容量(Large capacity centrifuge,≥12L),主要用于細胞、血清、血漿以及批量樣品的分離制備,另在生物制藥領域發(fā)揮著較大作用;高速離心機(High speed cen—trifuge)主要用于某些亞細胞器結構、核酸、蛋白質、質粒、細菌的分離和制備;而超速離心機(Ultracentrifuge).~0適應于病毒、核酸及蛋白質的分離純化,進一步的分析研究還可采用分析型超速離心機。
近年來,有一種稱之為“通用實驗室離心機(Universal lab—oratory centrifuge)”的機型進入醫(yī)學實驗室,在性能上順應了分子生物學、細胞生物學等相關領域實驗技術的需要,倍受實驗室工作者的關注。其特點是兼顧了低速機和高速機、微量和較大容量的性能,但體積小、重量輕、耗電小、操作簡便;常見機型最高轉速≥13 O00r/min,個別機型超過20O00r/min,起始轉速可低到100r/min;最大rcf一般可達20000~g以上,個別機型達到60000xg;離心容量最大可達3 000ml。本文重點討論此類機型。
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離心機是當今生命化學學科研究中心不可少的重要設備,是基本的實驗室儀器?,F(xiàn)在有各種型號的高速和超速離心機。如何保證儀器的安全運行并發(fā)揮其全部性能,是實驗技術人員關心的一個主要問題。
一般來說,離心機故障是轉子過量不平衡引起的,而樣品的稱量誤差、離心過程中離心樣品液的外溢和轉子腐蝕等是造成轉子不平衡的主要因素。分析發(fā)生的事故,原因主要有以下幾種:
離心管平衡時,由于天平長期使用而又未能校對,對稱放置的離心管不平衡超過了0.1~1g。
對予各種材料的離心管,使用前沒能很好地了解廠家要求的離心管使用范圍和消毒方法,采用化學溶劑和不適當?shù)南疽禾幚?,造成離心管在運行中溶脹、破裂而發(fā)生事故。
離心管帽內橡膠密封環(huán)和轉子蓋橡膠密封環(huán)使用不當和消毒不當,如長期使用內部斷裂和固高溫消毒(使用干燥箱烘烤)等處理而老化龜裂、失去密封作用等,使樣品在高速運轉時外溢,從而使轉子在不平衡狀態(tài)下運行。
離心管在裝樣時,樣品液束裝滿或離心管。
使用水平轉子時,不細心將吊桶的序號與水平轉子主體的序號裝錯,影響轉子的動平衡。
由于原樣品的比重不等于配平液的比重,轉子動平衡失調而發(fā)生事故。
由予工作中粗心大意,轉子蓋沒有擰緊或是將轉子蓋和轉子柄互換,造成螺扣不吻合,當開機運行時,轉子蓋拋出而發(fā)生嚴重的斷軸事故。
鋁合金離心管帽與不銹鋼離心管帽混用(兩者比重不同)而發(fā)生事故。
離心管老化或將高速離心機離心管用在超速離心機上,使離心管在運行時破裂,樣品液外溢造成失衡,使軸彎曲。
驅動軸和轉子等材料有內傷或制造中的檢驗和質量問題,也是儀器發(fā)生事故的主要原因之一。
由于使用壽命管理不當和各種腐蝕等,轉子在運行中發(fā)生爆炸。
由于各種原因,安裝時未將驅動系統(tǒng)或其它系統(tǒng)的固定件去掉,并強行使儀器試運轉而發(fā)生斷軸和轉子爆炸事故。
第一、選對材質的離心機很重要因為不同的物料及分離要求,需要選用不同的機型。機型及主參數(shù)確定后,根據(jù)不同材料在不同環(huán)境中的耐腐蝕性能,綜合其理化特J生,性價比等諸多因素,從基本面上確定強度零件材料。從材料本身來看,它針對的目標物料是安全的?! 〉诙㈦x心機的機構設計,一個優(yōu)秀的設計能延長設備使用壽命,確保設備的安全性,對于結構設計,最容易加速腐蝕的設計缺陷是應力集中傾向和縫隙環(huán)境,有時盡管金屬浸泡溶液中,腐蝕率較??;但形成縫隙,由于內部溶液的化學和電化學狀態(tài)發(fā)生了變化,將引起嚴重的縫隙腐蝕?! 〉谌㈦x心機的表面防護措施 控制腐蝕的一個基本思路就是隔絕腐蝕環(huán)境。在離心機設計中,經常采用表面處理的辦法,如法蘭、鍍鋅、鍍鉻、化學鍍層等辦法,這些方法在許多環(huán)境中是有效的,但對于旋轉零件,必須注意一個重要的現(xiàn)象:基體材料與鍍層是兩種材料,其線膨脹系數(shù)是不同的,將在旋轉件彈性變形時產生不一樣的變形量,從而造成大量的微裂紋的產生;若前述現(xiàn)象的存在,將加速腐蝕形成。因此,對于旋轉零件的表面防護方法,應謹慎采用。 第四、使用緩蝕劑離心機本身涉及多學科,要使用好離心機,除上述一些措施外,還應該注意研究其應用環(huán)境。緩蝕劑的應用,在實際應用中,也大量采用。對某些惡劣環(huán)境,采用適當?shù)木徫g劑就能使零件達到適用的程度,只要工藝許可,緩蝕劑的采用,應該是離心機應用的一條有效之路。通過以上4點可以給離心機一個很好的保護,更加耐腐蝕,使離心機使用的更加長久,更加安全。