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冷冻高速离心机的详细解析

发布时间:2019-07-06 阅读109

  冷冻高速离心机是指转速在3500~50000r/min,同时具有冷冻功能的高速离心机。它利用高速旋转转头产生的强大离心力,使离心管内的悬浮液或乳浊液中沉降系数不同的物质发生沉降,从而使之分离、浓缩和提纯。由于它具有冷冻系统,因此可以精确地控制离心室的温度,不但可以满足对低温控制要求严格的生物试剂的提取,而且还可以提高离心效率。被广泛应用于生命科学的研究领域,是分子生物学、分子化学、临床医学、微生物、病毒等实验和科学研究中不可缺少的重要工具。

高速离心机的详细解析

  发展历史

  1872年,Misher最早使用离心机分离蜂蜜和奶油。

  早期的离心机为手摇离心沉淀器,之后随着生产和科学实验的发展需要,发明了水流驱动离心机和蒸汽驱动离心机。

  1910年出现了小型电动离心机。

  1924年瑞典化学家Svedberg和Rinde制造了世界上第一台具有光学系统转速达到45000rpm的油涡轮驱动分析型超高速离心机

  1927年发明了压缩空气驱动离心机。

  20世纪40年代后,美国开始正式出售各种型号离心机。从此,离心机的制造和应用越来越普及。

  工作原理

  在重力场作用下,静置悬浮液中的细小颗粒会逐渐下沉,粒子越重下沉越快,反之小于液体密度的粒子会上浮。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态和密度、液体的粘度有关。微粒在沉降过程中还伴随有扩散现象。沉降是相对的、有条件的,只有受到外力才能运动,且沉降速度与物体的质量成正比,颗粒越大沉降越快。扩散是无条件的、绝对的,扩散与物质的质量成反比,颗粒越小扩散越严重。对于小于几微米的微粒(如病毒或蛋白质等),它们在溶液中呈胶体或半胶体状态,仅利用重力是不能观察到沉降过程的。因此需要借助离心机的离心力才能迫使这些微粒克服扩散产生和加速沉降运动。

  由于离心机工作时,内部转头高速旋转与空气摩擦生热,同时电子器件也会产生热量,会导致机身温度升高,因此诞生了冷冻离心机。冷冻高速离心机的冷冻系统可以使离心机内部保持指定的恒温,不但可以延长离心机内部元件的使用寿命、加快离心效率,而且还能满足特殊生物实验(例如DNA提取要求在4℃下进行)的要求。

  离心力和转速间的换算

  离心力G和转速rpm(转/分钟)间的换算公式为:

  G=1.11×10-5×R×rpm2

  其中:

  G为离心力,单位为g(重力加速度)。

  R为半径,单位为厘米。

  rpm为转速,单位为转每分钟。

  例如,离心半径为10厘米,转速为8000rpm,其离心力为:

  G=1.11*10-5*10*80002=7104

  即离心力为7104g,通常写为7104xg。

  而当离心力为70000xg 时,其转速应为:25113(约为25000rpm)。

  分类

  根据转速不同可以分为:常速冷冻离心机(3500r/min以下)、冷冻高速离心机(3500~50000r/min)和超速冷冻离心机(50000r/min以上)。

  根据结构形式不同可以分为:台式离心机、落地式离心机。通常落地式离心机的技术指标高于台式离心机。

  冷冻高速离心机分类

  基本结构

  离心机由外壳、离心室、转头、冷冻装置和控制电路等部分组成 [1]  。

  1. 外壳

  外壳部分有前后面板、左右面板及上面板、底板及脚轮等零部件组成。通常上面板表面为离心室盖板,在盖板的后部设有控制箱和显示面板。显示面板上装有各种控制开关、按钮以及转速、温度调节等指示表。

  2. 离心室

  离心室(转头室)为一圆柱形空腔,里面是可以安放多个试管的转头。离心室内壁用不锈钢板制成。紧贴内壁装有冷盘管,用以控制离心室温度。在离心室内壁和外壁之间设有绝热材料的保温层。

  3. 转头

  通常每台冷冻高速离心机都配有多种转头,包括定角转头和水平转头,不同转头的转速和配套使用的离心管容量也不相同。具体请查看相应设备的说明书。

  4. 冷冻装置

  冷冻高速离心机的冷冻装置由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等零部件组成,作用是控制离心室温度。

  5. 控制电路

  控制电路是冷冻高速离心机的重要组成部分,用以控制离心机的温度、启动、加减速、定时、停止等操作。

  操作方法

  1. 检查仪器。

  2. 选择合适的转头。

  3. 接通电源,打开电源开关。

  4. 设置温度。

  5. 将待离心的液体装入合适的离心管中,并对称地放入转头中。

  6. 调节速度和时间。

  7. 打开开关。

  8. 离心结束后自动关机、关闭冷冻开关、电源开关、切断电源。

  9. 将转头取出,将离心机的盖子敞开放置。

  10. 收集离心物,洗净离心管。

  注意事项

  1. 离心机在使用前必须将其放置在平稳、坚固的台面或地面,机壳要接地线 [2]  。

  2. 若要在低于室温的温度下离心,转头在使用前应放置于离心机的转头室内,设置好温度进行预冷,预冷时离心机盖必须关闭。

  3. 不得使用劣质离心管,不得用老化、变形、有裂纹的离心管。

  4. 使用时负载必须平衡,放置离心管的时候一定要对称放置。若只有一支样品管另外一支要用等质量的水代替。这样才能保证转起来平稳,不产生偏心震动。

  5. 开启离心机时一定要先将离心机的盖子盖好,才能慢慢启动。

  6. 开启和关闭离心机时一定是速度缓慢增加或者缓慢减小,不能迅速改变速度。

  7. 使用完毕,应将调速旋钮逐档旋回至“0”,然后让其自行停转,严禁在未停转的状态下和开机运转的状态下打开机盖。

  8. 使用中如发现声音不正常,应立即关机,并进行检查维修。

  9. 离心期间,实验者不得离开。

  10. 定期(半年左右)检查整流子和电刷的磨损情况,有磨损过度的应立即更换。

  11. 电动机的轴承应定期加注润滑脂。

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