Как выбрать лабораторную центрифугу

Для разделения жидких неоднородных систем на компоненты под действием центробежных сил, а также отделения твердых взвешенных частиц в растворах, реактивах, суспензиях, эмульсиях предназначены лабораторные центрифуги.

Следует отметить, что в практике можно встретить специальные центрифуги, которые работают не с жидкими, а вязкими веществами. Хотя базовый принцип центрифугирования остается неизменным.

Такой вид оборудования (для отмывки сырой клейковины) мы тоже рассмотрим.

Как выбрать центрифугу лабораторную

Несмотря на многообразие брендов лабораторного оборудования, базовая конструкция как простейшей, так и многофункциональной настольной центрифуги и принцип работы остается неизменным.

1. Корпус. Основное требование – вес для стабилизации положения во время действия мощных центробежных сил. Центрифуга медицинская может весить от 1,5 до 35 кг.
   
   Этому способствует стальной каркас из листов, покрытых стойкой к коррозии порошковой краской.
2. Крышка, защищающая вращающийся с высокой скоростью роторный механизм и выполняющая 3 функции:
   • чтобы в случае аварийной ситуации химический (бактериологический, медицинский) раствор не попал за пределы на лабораторную мебель, одежду, руки и лицо персонала лаборатории;
   • “защита от дурака”, чтобы лаборант случайно не попал руками в опасную зону при работе скоростного лабораторного оборудования. Конечно, кроме крышки, необходимы механические и электронные средства защиты;
   • 
     
     
     визуальное наблюдение, если крышка прозрачная (к примеру лабораторная настольная центрифуга СМ-8 Micromed).
     
     
     
     
      
3. Электродвигатель со ступенчатым или плавным частотным регулятором числа оборотов, возможно схема разгона, торможения и тепловой защиты (от заклинивания и резкой остановки из-за попадания посторонних предметов).
4. Ротор с комплектом лабораторной посуды, размещенной на установочном диске.
5. Органы управления и индикации.

---

Главный критерий – отсутствие дисбаланса

---

Если вес пробирок равномерно распределен по диаметру ротору, даже при высокой скорости, динамические нагрузки остаются в пределах допустимых значений.

Дисбаланс может быть вызван 5-тью основными причинами:

1. Производственный брак или износ подшипников в процессе работы.
2. Недостаточно затянуто крепление ротора.
3. Когда пробирки и другая лабораторная тара располагаются только с одной стороны или не равномерно: с одной стороны ротора например 2 пробирки, а с другой – 3.
4. Когда количество тары одинаково, но разная степень заполнения химическими реактивами, суспензиями, растворами, эмульсиями.
5. Если стеклянная лабораторная посуда имеет скрытые дефекты – микротрещины и в процессе вращения тара разрушается, также возникнет аварийный дисбаланс.

Пример.

Для модели ЦЛУ-6000 при производстве используется лазер, для минимизации торцевого и радиального биения, а сами пробирки помещаются в специальные гильзы (адаптеры), для устойчивости и сохранности на высоких скоростях.

Последствия дисбаланса зависят от своевременности обнаружения и частоты возникновения.

Если сразу после включения, остановить вращение, для чего приборы оснащаются кнопкой “стоп”, которая выше по приоритету, чем команды таймера, устанавливающего временной интервал и устранить причину, это одно дело.

Соответственно, центрифуга лабораторная требует постоянного внимания, как минимум до выхода на максимальную частоту вращения ротора.


Равных по скорости пожалуй нет. Другие сместители, встряхиватели: верхнеприводные, магнитные мешалки, шейкеры лабораторные “остаются позади”.

В этой связи можно вспомнить наиболее скоростной электроинструмент – болгарку, которая также разгоняется до 10 и даже более об/мин.
И при включении мощный вращательный момент заставляет крепко удерживать угловую шлифовальную машину в руке.
Ударное включение и мгновенный разгон негативно влияют на электродвигатель и редуктор.

Та же ситуация и с лабораторными центрифугами, поэтому в электронную схему управления встраиваются системы плавного разгона и торможения, что позволяет:

1. Устранить стартовый “рывок”, чтобы центрифуга медицинская не сдвинулась с места на лабораторном столе.
2. Снизить вероятность удара стеклянной лабораторной посуды о посадочное гнездо.
3. Уменьшить динамические нагрузки на электродвигатель и приводные элементы, передающие мощность.

Интересно, что плавный разгон может сыграть злую шутку с не опытным персоналом лаборатории.

Пока угловая скорость небольшая, и сотрудник перестанет следить за оборудованием, по мере роста числа оборотов, центробежная сила будет стремится “увести” центрифугу от оси вращения и устройство будет “ползти” по лабораторному столу, вплоть до падения и выхода из строя от удара в худшем случае.

С точки зрения надежности /времени наработки на отказ/, каждое включение при дисбалансе ротора в десятки раз увеличивает нагрузки на ось вращения, что резко сокращает срок службы и ремонт лабораторного оборудования понадобится значительно быстрее.

Поэтому технически совершенные лабораторные центрифуги снабжаются датчиком дисбаланса и аварийным электромагнитным тормозом.

При соблюдении же правил эксплуатации, срок службы может достигнуть до 5-10 и более лет, неоднократно окупив себя.

Также следует все-таки упомянуть очевидную вещь при подготовке к работе настольной центрифуги: лабораторный стол должен быть установлен в строго горизонтальном положении, для чего необходимо подстроить высоту ножек.


Если же мебель лабораторная не позволяет этого сделать, в отдельных центрифугах эта опция предусмотрена конструктивно – “Комета” снабжена:

• юстировочными ножками;
• уровнем на верхней панели для окончательной установки “горизонтали”.

В заключение темы дисбаланса заметим, что иногда в характеристиках встречается такой показатель как неуравновешенность масс в противоположных посадочных местах для пробирок (для СМ-3.01 составляет 3 г). Чем меньше это значение тем, лучше.

 

 

Замечательно, что меняя роторы, даже при одной и той же угловой скорости (числа оборотов электромотора), возможно получить другое значение фактора разделения.

А если лабораторная центрифуга оснащена плавным или ступенчатым регулятором скоростей, то совместно с заменой ротора открываются широчайшие возможности создать множество факторов разделений в зависимости от специфики химического исследования.

Процедура замена ротора не сложна и чем-то напоминает смену комплекта измельчителей в лабораторной мельнице (например режущий нож меняется на молотковый).

Но замена на ротор с другим радиусом для увеличения/уменьшения фактора разделения это все-таки решение вспомогательной задачи.

---

Главное - выбор количества и объема лабораторной посуды

---

А значит мы получаем чрезвычайную гибкость при использовании центрифужного лабораторного оборудования.

1. Число посадочных мест. Можно купить лабораторную центрифугу с пробиркодержателями на 6, 10,12, 16 и 24 места.
2. Объем пробирок и бутирометров - 0.2, 0.5, 1.6, 1,7, 5, 10, 12, 15 мл, 20, 50 мл.
   
   Причем в зависимости от типа ротора, возможно помещать на один диск пробирки различного объема, включая конические пробирки эппендорфа (Eppendorf) из полипропилена.
   
   
   
   Пример – центрифуга лабораторная медицинская ОПН-3.04 допускает одновременное размещение на 24-местном роторе:
   • 12 пробирок объемом от 1,7 до мл;
   • 12 пробирок объемом от 7 до 10 мл.

   
   
   
   Для каждого ротора могут также задаваться и геометрические параметры лабораторной тары: диаметр, высота, а также в зависимости от методики: степень заполнения, соотношение по весу между разнородными жидкостями.

   Некоторые устройства комплектуются роторами для микропланшетов
   
   
   Отметим, что каждый ротор допускает использование при предельной частоте вращения.

    

3. Допустимый уровень плотности. Этот показатель указывается в техническом описании. Например жидкие неоднородные системы плотностью до 2 г/м^3.

 

 

В продаже представлены как настольные центрифуги со ступенчатым, так и плавным заданием числа оборотов и при выборе следует исходить из специфики работы лаборатории.

Если предстоят узкоспециализированные исследования, как например медицинские или микробиологические, то можно выбрать лабораторную центрифугу с двумя-тремя скоростями, например на 1000, 1500 и 3000 об/мин (ОПН-3.04).

Простейшие модели не содержат цифровых индикаторов, а выбор той или иной частоты вращения отображается светодиодным индикатором.


В других моделях (ОПН-3М) предусмотрено:

• ступенчатая регулировка частоты вращения с шагом в 100 об/мин.;
• индикация на электронном табло числа оборотов и времени;
• подстройка параметров прямо во время работы (также как и в разновидности СМ-3).

Следует отметить, что в некоторых центрифугах (СМ-6МТ) после окончания цикла центрифугирования, остановку обеспечивает электромагнитный тормоз, а пробирки устанавливаются в горизонтальное положение, что имеет практический смысл – четкое разделение жидкости на фракции по плотности для облегчения последующего отбора.






Ну и конечно, обратим внимание на “рекордсменов” среди высокоскоростного лабораторного оборудования – настольная медицинская центрифуга СМ-8.10 разгоняет пробирки на 6-ти или 16-ти местном роторе до 10000 об/мин, что позволяет достичь высочайшего фактора разделения – 5000 g.
 

Другими словами должен быть таймер для ручного задания длительности.

Наиболее распространенный диапазон от 0 до 16, 60 и 90 минут.

 

Хотя верхний предел может измеряться и несколькими часами (ЦЛУ Комета, Комета-2).


 

 

Кроме того, при необходимости или возникновении аварийной ситуации, возможна остановка вращения ротора с пробиркодержателем путем нажатия на кнопку СТОП.

В лабораторной практике представлены комбинированные виды оборудования, выполняющие помимо основной функции и еще и нагрев:

• магнитная мешалка с подогревом;
• прибор определения числа падения, в котором суспензия в вискозиметрических пробирках подогревается в водяной бане при одновременном интенсивном взбалтывании шток-мешалкой.

 

Если для сепарации, разделения по плотности неоднородных сред необходим подогрев, можно выбрать центрифугу ЦЛУ-1 Орбита (нагрев до 60 градусов).

 

 

 

 

Как и другие виды оборудования (например лабораторная мельница), центрифуги классифицируются как устройства постоянного или повторно-кратковременного действия.

В последнем случае необходимо учитывать 3 показателя:

• максимальное время работы в течение суток – например 2 часа;
• время постоянного вращения;
• перерыв между двумя запусками.

 

Можно выбрать центрифугу с практически непрерывным режимом работы – СМ-6М (ELMI).

 

 

 

 

Шумность определяется целых набором факторов:

• устойчивость размещения на лаборантом столе;
• износ подшипников;
• дребезжание элементов корпуса;
• частота вращения и др.

Повышенный шум может быть “первым звоночком”, что необходима диагностика и возможно ремонт лабораторного оборудования.

Для большинства аппаратов указывается максимальный уровень шума в Дб, обычно составляющий 40-65 Дб, что не критично для лабораторного персонала.

Справочно. Громкость разговора на расстоянии 1 метр равняется приблизительно тому же значению, что легко проверить специализированным измерительным прибором - шумомером


Как для снижения уровня шума, так и вибраций желательно выбрать центрифугу лабораторную с виброопорами (ЦЛУ Комета-2), которые в простейшем случае представляют собой резиновые присоски.

 

Похожее устройство имеет специальная разновидность мебели - антивибрационный лабораторный стол (для аналитических весов), где мраморная столешница покоится на резиновых демпферах.



 

Любое оборудование – промышленное или лабораторное с быстро вращающимися деталями это источник опасности, требующий многоуровневых систем защиты.

Даже самый опытный специалист может устать или “на автомате” совершит ошибочное действие.

Лабораторные медицинские центрифуги содержат ряд механических и электронных защитных систем.

1. Не допущение запуска электродвигателя при открытой крышке.
2. Остановка вращения ротора при дисбалансе.
3. Ручная принудительная остановка до истечения времени отсчета таймера.
4. Запрет доступа внутрь до полной остановки ротора (блокировка крышки).
5. Звуковая сигнализация режимов.

 

Лабораторные центрифуги относятся к оборудованию с достаточно “скромным” потреблением электричества.

Это не сушильный или сухожаровый шкаф - стерилизатор (> 1 КВт), лабораторный дистиллятор (2,3 и 5 КВт мощности), колбонагреватель, водяная баня, мешалка магнитная с подогревом или прибор пчп – везде где встроен ТЭН.

Понятно, что исключение – подогрев, требующий больших затрат энергии.

В целом же львиная доля электричества идет на питание электродвигателя.

Но поскольку вращать приходится, пусть и с высокой скоростью, но чрезвычайно малые массы, то и платежи за электроэнергию в лаборатории не будут заоблачными.

Назовем порядок цифр потребляемой мощности.

СМ-3.01	90 Вт
ЦЛУ-1 Орбита	180 Вт
СМ-8.10	25 Вт
ОПН-3.04	300 Вт

 

 

Для размещения и подвода электричества достаточно купить стол лабораторный - пристенный или островной, желательно с двойной розеткой (и как правило со светильником).

 

 

При работе с содержимым пробирок, особенно учитывая, что объемы измеряются миллиграммами, любые химические, бактериологические загрязнения могут исказить результаты лабораторных опытов, в которых согласно методики применяется центрифугирование.

Ухода требует прежде всего ротор, а также внутренние элементы корпуса.

1. Ротор и пробиркодержатель следует очищать ветошью и промывать в лабораторной мойке (возможно встроенной в стол), просушивать и дезинфицировать (в зависимости от специализации лаборатории).
2. Гильзы (адаптеры для пробирок) и отверстия ротора необходимо периодически осматривать на наличие трещин, сколов, износа.

 

 

Центрифуги входят в комплект устройств для выполнения особых лабораторных анализов, например качества зерна.

Многофакторый экспресс-анализ методом инфракрасной спектроскопии производит анализатор зерна, но для отдельных исследований применяется специальное лабораторное оборудование
Один из показателей – количество сырой и сухой клейковины.

После отмывки клейковины в промывочном растворе, два шарика помещаются с противоположных сторон ротора Gluten Index 2115.

Обратим внимание, что если буквально подходить в соответствии с ГОСТ 16887-71, то удаление остатков жидкости из сырой клейковины называется не центрифугированием, а центробежным отжимом.

Что-то похожее на барабан стиральной машины.

В этом случае никакие жидкости не разделяются, а из вязкой массы удаляются излишки влаги и клейковина готова к сушке и взвешиванию на лабораторных весах.