Центрифугирование – операция, которая является важной частью многих рабочих процессов. Для него используют специализированное оборудование. В этой статье расскажем, какие бывают центрифуги, какими характеристиками они обладают, в каких областях используются.
Центрифуга лабораторная – что это?
Лабораторная центрифуга представляет собой устройство, которое осуществляет осаждение твёрдых частиц в жидких средах или разделение эмульсий, суспензий и прочих неоднородных смесей на отдельные фракции. В основе принципа работы – влияние центробежной силы, возникающей во время высокоскоростного вращения.
Пробирки с обрабатываемыми образцами помещаются в прибор и после запуска начинают со значительной скоростью вращаться вокруг центральной оси. При этом компоненты с более высокой плотностью и фракции, имеющие больший удельный вес, удаляются, перемещаясь к периферии – дну лабораторной посуды. А менее плотные составляющие смеси находятся ближе к центру.
Применение центрифуг
Эти приборы имеют многоцелевое назначение и способны решать различные задачи. Их используют в таких сферах:
- Научные исследования: выделение из проб РНК и ДНК, отделение конкретных клеток, получение чистых образцов биомолекул или других белков.
- Медицина, диагностика – отделение форменных клеток от плазмы для изучения состава крови (концентраций лейкоцитов, эритроцитов, тромбоцитов), изоляция микроорганизмов от биологических жидкостей человека, обработка образцов для подготовки к последующим анализам, например, выявлению уровня биомаркеров.
- Молекулярная биология, биохимия – фракционирование находящихся внутри клеток органелл с целью изучения их функционирования.
- Физика, химия – разделение составляющих смесей за счёт различающихся плотностей для определения содержания элементов.
- Фармацевтика – подготовка лекарственных препаратов, а именно удаление нежелательных примесей, побочных продуктов производства.
- Экология – изучение свойств почвы и воды, отделение загрязняющих веществ.
- Пищевые производства – очистка молочных жидких продуктов и напитков (например, соков), осветление алкогольной продукции посредством удаления твёрдых взвешенных примесей.
- Химическая переработка – изготовление полимеров, извлечение из реакционных составов катализаторов.
- Горнодобывающая промышленность: получение ценных чистых минералов без примесей, обогащение руд.
- Сельское, фермерское хозяйство – извлечение мёда из сот пчелиных ульев, очищение зерна, сепарация молока (получение жира).
- Жилищно-коммунальное хозяйство – водоочистка, очищение стоков.
Строение прибора
Конструкция центрифуги включает следующие части:
- Корпус. Он имеет обеспечивающую герметичность крышку, выполнен из материала, устойчивого к коррозии и деформациям, – нержавеющей стали, достаточно толстого алюминия.
- Ротор. В нём фиксируются ёмкости с центрифугируемыми образцами. Ротор может быть вертикальным (пробирки размещаются в нём вертикально), поворотным (лабораторная посуда с пробами откидывается и располагается горизонтально), а также имеющим фиксированный угол.
- Камера. Это кожух, в котором расположен ротор.
- Двигатель, приводящий устройство в действие и обеспечивающий вращение роторного механизма.
- Система управления, включающая регуляторы и переключатели (тумблеры, кнопки, рычаги), которые позволяют выключать и включать устройство, выбирать режимы его функционирования, активировать различные опции. В современных моделях модуль управления дополняется дисплеем для индикации основных рабочих параметров. Также есть центрифуги с пультами ДУ.
- Внутренний или внешний блок питания, обеспечивающий подачу электроэнергии для работы.
- Дополнительные элементы, например, детектор, датчики, механизм автоблокировки крышки, охлаждающее устройство.
Основные виды лабораторных центрифуг
Классификация центрифуг может основываться на разных критериях. Так, по назначению выделяют следующие виды приборов:
- Общелабораторные. Это универсальные модели, подходящие для научной, медицинской, промышленной, исследовательской и другой деятельности.
- Учебные. Они рассчитаны на применение в образовательных учреждениях для демонстраций, проведения опытов, обучения студентов обращению с оборудованием.
- Специализированные. В эту группу входят клинические, промышленные и прочие специфические устройства, которые используют в узкопрофильных отраслях – фармацевтике, ветеринарии, медицине, диагностике, экологической безопасности, промышленности.
По скорости вращения ротора бывают такие типы центрифуг:
- Низкоскоростные. Они способны развивать скорость не выше 25 000 оборотов в минуту, что актуально при разделении крупных частиц размером больше 100 нм, при биохимических анализах крови.
- Среднескоростные. Диапазон их скоростных режимов – от 25 тыс. об/мин до 40 тыс. Такие модели подходят для высокоточных, сложных исследований.
- Высокоскоростные, они же ультрацентрифуги. Это профессиональные мощные установки, демонстрирующие скорости до 100 000 оборотов. Их задействуют в разделении мельчайших частиц типа РНК и ДНК, органелл, вирусов.
По вместимости выделяют две группы центрифуг:
- Стандартные. Они рассчитаны на объёмы от 5 миллилитров до 50.
- Микроцентрифуги. Это устройства для работ с малыми объёмами проб, не превышающими 2 мл.
По способу установки приборы классифицируют на:
- Настольные. Они компактные, по весу обычно не превышают 100 кг, размещаются на ровных горизонтальных поверхностях – рабочих столах или иной прочной мебели. У таких моделей часто предусматриваются прорезиненные противоскользящие ножки.
- Напольные. Это стационарные, крупногабаритные приборы, устанавливаемые в крупных лабораториях, на больших промышленных или других объектах.
- Подстольные. Они имеют колёсики для мобильности и удобных перемещений, оснащаются тормозами, отличаются малой высотой до 70 см, используются в госпиталях, передвижных лабораториях.
По конструкции устройства можно разделить на:
- Барабанные. В них пробирки подвешиваются в специальных ёмкостях (барабанах) и, когда ротор вращается, занимают горизонтальную позицию. Донные осадки получаются равномерными, плотными.
- Вертикальные. Лабораторная посуда устанавливается вертикально, что актуально в ультрацентрифугах, выполняющих обработку с градиентами плотности.
- Угловые. В них ёмкости с образцами размещаются с фиксируемым наклоном относительно оси вращения, что ускоряет осаждение частиц.
- Приборы с ротором для планшетов. Они рассчитаны на использование микропланшетов с разными количествами лунок – от 24 до 96. Такие модели востребованы в исследованиях методами ПЦР, ИФА и другими.
По системе охлаждения центрифуги делятся на:
- Охлаждаемые, или рефрижераторные. У них есть функция охлаждения или контроля температур, что позволяет не повреждать структуры проб, чувствительных к нагреву. Это белки, некоторые клеточные культуры, ферменты. Система охлаждения может быть жидкостной компрессорной с фреоном или воздушной, предполагающей принудительную вентиляцию.
- Неохлаждаемые. У них нет опции температурного контроля.
Как выбрать подходящее устройство?
При выборе учитывайте несколько особенностей центрифуги:
- Тип устройства, например, настольное для небольшого кабинета или напольное для крупного объекта.
- Вместительность. Она должна соответствовать количествам и объёмам центрифугируемых образцов.
- Скорость вращения ротора. Так, ультрацентрифуга подойдёт для фракционирования проб с минимальными размерами частиц менее 100 нанометров. А низкоскоростные модели рассчитаны на отделение крупных фракций.
- Функционал: охлаждение для термочувствительных проб, автоматическое блокирование крышки для исключения случайных открываний, датчик дисбаланса для остановки прибора при некорректной балансировке ротора, таймер для установки точного времени, опции разгона (быстрого старта) и торможения, экстренное отключение при непредвиденных ситуациях, интеллектуальное управление.
- Уровень издаваемого шума.
- Энергопотребление. Чем энергоэффективность выше, тем лучше.
Где применяют?
Применение центрифуг охватывает такие области:
- лаборатории (микробиологические, медицинские и другие);
- банки крови;
- частные и государственные клиники;
- диагностические центры;
- НИИ;
- колледжи, ВУЗы;
- водоочистные сооружения;
- сельскохозяйственные предприятия;
- фермерские хозяйства;
- предприятия пищевой, химической, перерабатывающей, горнодобывающей промышленности.
Полезные советы
Рекомендации по выбору и эксплуатации:
- Подбирайте центрифугу в зависимости от решаемых задач, их специфики.
- Учитывайте совместимость с планшетами, пробирками.
- Выбирайте приборы с гарантией производителя и возможностью сервисного обслуживания.
Заключение
Центрифуга является довольно распространённым прибором, позволяющим обрабатывать путём центрифугирования различные образцы. Чтобы устройство работало правильно и эффективно, нужно выбирать качественную, надёжную, функциональную модель. Приобрести её можно в компании «Пять Капель», известной на рынке лабораторного оборудования.
