4.1.4. Аппаратура для центрифугирования

Центрифуга - аппарат для создания центробежной силы, ис­пользуемой с целью разделения неоднородной смеси на составные части различной плотности.

Первая центрифуга, предназначенная для отделения сливок от молока, была сконструирована 1887г. в Германии Лефельдом. Вско­ре центрифуга стала неотъемлемой частью оборудования научных лабораторий. В 1922г. шведским физиохимиком Т.Сведвергом был сконструирован принципиально новый тип центрифуги - аналитиче­ская центрифуга с оптической системой.

Центрифуги широко применяются в лабораторной практике, в авиационной и космической медицине и ветеринарии, как иссле­довательский и испытательный стенды для тренировки летчиков и космонавтов, а также лабораторных животных.

Лаборатор}1ые центрифуги предназначены для разделения био­логических жидкостей на фракции с диагностической целью. На­пример, для определения объемного соотношения компонентов кро­ви, либо для дальнейшего анализа выделенной фракции, с целью оп­ределения химического состава, структуры, молекулярной массы и т.д. (рис.57).

47

I 2

>ис. 56, позиции 1,2- Весы: 1- ВР-500; 2- электронные.

Рис.57. Центрифуга настольная.

Центрифуга состоит из ротора, привода, корпуса, рабочей (ро­торной) камеры и системы управления. Привод может быть ручным и ли электрическим. Назначение привода - сообщить ротору враща­тельное движение. Ротор представляет собой устройство для разме­щения сосудов с центрифугируемым веществом. Принцип работы нешрифуг заключается в том, что центробежная сила, возникающая при вращении ротора, смещает находящиеся в растворе частицы в направлении от оси вращения при условии, если плотность частиц превышает плотность раствора.

В лабораторной практике применяют центрифуги общего назна­чения (частота вращения ротора до 6000-8000об/мин.), скоростные рефрижераторные центрифуги (частота вращения ротора до 18000-25000об/мин) и ультрацентрифуги (частота вращения ротора до 75000-80000об/мин). Ассортимент центрифуг общего назначения весьма широк - от ручных центрифуг массой менее 1кг до тяжелых напольных аппаратов со встроенным холодильником и несколькими сменными роторами. Некоторые центрифуги снабжены скоростной приставкой, позволяющей проводить разделение при частоте враще­ния от 20000об/мин (рис.58, позиции 1,2).

Скоростные рефрижераторные центрифуги сложные на-польиые аппараты с мощным электродвигателем, холодильным аг-регатом и вакуумной установкой. Их применяют для препаративных

103

работ: разделения мелких частиц липопротеидов, вирусов, бактерии, клеточных органоидов (ядер, митохондрий, рибосом), а также высо комолекулярных органических и неорганических полимеров при з| данной температуре.

Ультрацентрифуги делят на аналитические и препаративные С помощью ультрацентрифут исследуют седиментационные свойст­ва макромолекул для определения чистоты их молекулярной массы и структуры. Препаративные центрифуги применяют для разделе­ния белков, нуклеиновых кислот, олиго- и полисахаридов, взятых в больших объемах.

В комплект препаративных ультрацентрифуг входят до 40 смен­ных роторов. Ультрацентрифуга состоит из следующих систем: при­вода, охлаждения двигателя, масляной, вакуумной, термо-статирования и ротора. Их нормальную работу обеспечивают сис­темы контроля и регулирования, функции которых в ряде центрифуг выполняют микропроцессоры или ЭВМ.

Роторы, применяемые в центрифугах, изготавливаются из вы­сокопрочных и коррозионно-устойчивых сплавов титана или алюми­ния. Центрифугирование исследуемого вещества проводится в спе­циальных пробирках или сосудах, входящих в комплект роторов. Материалом для них служат определенные сорта высокопрочного стекла и нержавеющей стали, а также некоторые виды полимеров (полиэтилен, нитрат целлюлозы, поликарбонат и др.).

Для удобства пользования большинство центрифуг снабжено включающим реостатом, позволяющим осуществлять плавный пуск и регулирование скорости вращения. Как правило, увеличение или уменьшение оборотов производят постепенно, со скоростью указан­ной в инструкции по эксплуатации данной центрифуги. Резкое изме­нение скорости вращения центрифуги может привести к таким не­желательным явлениям, как выливание содержимого пробирок или к выходу из строя центрифуги. Многие современные центрифуги снабжены часами с устройством для автоматического выключения ее по истечению заданного времени работы. Следует тщательно со­блюдать порядок включения часов и самой центрифуги. Центрифуги с большой массой ротора требуют много времени для остановки. Многие центрифуги снабжены автоматическим тормозом, сокра-

104

ЩИ! 1ЦИМ время остановки центрифуги после выключения. Если ос-I in i I i ротора без торможения может затянуться на 15-30 минут, то III |0|цыо тормоза плавная остановка происходит в несколько раз ipi Гормоз обычно включается автоматически по истечении

.......сю времени работы.

( иолюдение следующих указаний увеличивает срок службы in нтрифуги и обеспечивает безопасность работы: I I'.кточение центрифуги производится плавно, без превышения (ОПустимой скорости вращения;

' 11рс,юхранительная крышка должна быть закрыта как во время ||, i а и остановки, так и во время работы центрифуги, что необхо-П1МО из соображений безопасности;

I, Пробирки с жидкостью должны быть попарно уравновешены. Уравновешенные пробирки устанавливаются в диаметрально про-i пкоиоложные гнезда;

I. При появлении значительной вибрации центрифугу нужно вык-ночитъ и устранить причину. Чаще всего причиной вибрации явля­емся неравенство веса парных пробирок или поломка одной из них;

5. Необходимо следить затем, чтобы под всеми стеклянными про-бирками имелись амортизирующие прокладки, а также, чтобы в гильзах или стаканах не оставались осколки стекла и пробирок или другие твердые частицы;

6. Необходимо следить за всеми трущимися частями. Гильзы должны легко и свободно проворачиваться в цапфах. Периодически, согласно указаниям инструкции по эксплуатации, необходимо про­изводить смазку подшипников. Тип масла обычно указывается в ин­струкции.

В практических лабораториях чаще всего используются стек­лянные центрифужные пробирки (рис.58, позиции 3,4). В связи с этим необходимо учитывать, что при центрифугировании наи­большее усилие испытывает дно пробирки, на которое направлена центробежная сила. Естественно, что сферическое дно стеклянной пробирки должно быть достаточно прочным, а для снижения мест­ных перегрузок площадь опоры как можно больше (при опоре на твердую поверхность давление прилагается к точке сферического дна пробирки, что может служить причиной разрушения стекла из-за

105 большой перегрузки в данной точке). Поэтому под дно пробирок подкладывают уравновешивающие прокладки из резины или дру­гого мягкого материала, что увеличивает площадь опоры и снижает удельную нагрузку (нагрузку на единицу площади).

Рис.58, позиции 1,2,3,4 - Закрытые центрифуги: 1-е ручным приводом; 2- с электромотором; 3, 4 -пробирки для центрифуг.

Эксплуатация лабораторных центрифуг не требует, как правило, специальной подготовки обслуживающего персонала. С точки зре­ния техники безопасности нежелательным является вибрация ротора вследствие неравномерной его загрузки. Во избежание этого перед центрифугированием пробирки с аппаратом необходимо взвешивать на центрифужных весах. При работе со сменными роторами в целях продления срока их службы следует соблюдать осторожность при насаживании и снятии ротора с вала привода, а также предохранять их от ударов, воздействия кислот, щелочей и т.п. Несоблюдение этих правил может привести к аварии.

В конструкции скоростных рефрижераторных центрифуг и ультрацентрифуг предусмотрены средства защиты, предупреждаю­щие возможность выхода аппарата из строя. На случай разрушения ротора во время центрифугирования рабочая (роторная) камера име­ет броневую защиту.

Профилактический уход за лабораторными центрифугами осу­ществляют специалисты инженерно-технической службы в со­ответствии со специальными инструкциями, разработанными для каждого типа центрифуг. При длительном хранении центрифуги подвергают консервации, как и все аналогичные электромеханиче­ские аппараты.

106

Таблица 5

Типы центрифуг и их характеристика

11.шменованис и обозна­чение	Число оборотов, об/мин	Масса, кг	Конструктивные особенно­сти
1 (ентрифуга лаборатор­ная настольная-ЦЛН-2	от 3000 до 6000	8	Ротор углового типа.
1 [ентрифуга угловая ма­логабаритная 1 [УМ- 1	2000-8000	16	Два угловых ротора, элек­трочасы, автоматический тормоз.
1 [ентрифуга лаборатор­ная клиническая-ЦЛК-1	1000,1500 3000	14	Ротор крестовидный.
1 [ентрифуга лаборатор­ная стационарная - I [лс-з	от 3000-до 6000	90	Ротор угловой, ротор кре­стовидный, электрочасы,ав­томатический тормоз.
1 [ентрифуга лаборатор­ная стационарная цдс-зш	от 3 000-до 18000	120	Электротахометр, электро­часы, автоматический тор­моз.
1 [ентрифуга лаборато­рная рефрижераторная-I [ЛР- 1	от 1000-до 6000 от 3000-до 18000	350	Ротор крестовидный, два уг­ловых ротора, электрочасы, ГХ автоматический тормоз, фресковый охладитель с диапазоном от 0 до+4°С (±1)
Цетрифуга вакуу­мная рефрижераторная-ЦВР- 1	до 20000	375	Ротор угловой, электрочасы, автоматич .тормоз, фреоно­вый охладитель от-10 до+10°С, вакуумный насос.
Ультрацентрифуга пре­паративная УЦП-1М	35000-50000	500	Два ротора. Температура ре­гулируется от -4 до +20°С.
Ультрацентрифута-УЦА-1	45000-65000	1700	Температура регулируется от-25 до+25°С.

Промышленные центрифуги отличаются от лабораторных большими размерами и более сложными устройствами роторов. Они применяются в химико-фармацевтической, микробиологической, химической, пищевой, горнорудной и других отраслях про­мышленности.

Некоторые характеристики наиболее часто применяемых ла­бораторных центрифуг приведены в таблице 5.

50