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离心机分类及技术原理和转子介绍

类别:行业动态 文章出处:赫西仪器发布时间:2019/3/22浏览人次:71

一、离心机原理和功能简介

离心机是一种高速旋转机械,它是利用离心力,不同物质在离心场中沉淀速度的差异,分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。对混合溶液进行快速分离的专门设备,是一种将装有样品溶液的离心管、瓶或袋韵转头置于离心轴上,利用转头绕轴高速旋转所产生的强大离心力,使样品中不同性质颗粒相互分离的特殊装置,可以实现样品的分析、分离。它也可用于排除湿固体中的液体,例如用洗衣机甩干湿衣服;特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物;利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点,有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。


以下是离心机的技术、分类和原理性能综述。

离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开,或将乳浊液中两种密度不同,又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油);结构主要由电机驱动系统、制冷系统、机械系统、转头和系统控制等几部分组成。

低速离心机


TDZ5-WS台式低速离心机


  二、离心机的分类

离心机的式样和型号很多,有国产的和进口的,按用途可分为分析式离心机和制备式离心机;

按转速可划分为:

低速离心机:<10000r/min;

高速离心机:10000 ~30000r/min;

超速离心机:30000 ~80000r/min;

超高速离心机:>80000r/min;

离心机按结构分类:

一般高速和低速离心机根据结构和功能进行分类,品种繁多,各厂家命名也无统一标准。可分为台式离心机、多管微量台式离心机、细胞涂片离心机、台式血液洗涤离心机、高速冷冻离心机、大容量低速冷冻离心机、低速冷冻离心机、落地式高速冷冻离心机、台式低速自动平衡离心机等。另外国外还有三联式(五联式)高速冷冻离心机,专作连续离心用。


按体积一般可分为:落地式离心机(也叫立式离心机),台式离心机(也叫桌面式离心机)和迷你(掌上)离心机。

按容量有分为:大容量离心机、超大容量离心机、小容量离心机、微量离心机。落地式的处理容量大体积大,迷你离心机处理容量小体积小。

可以根据实验目的和实验需要,选择不同容量、不同转速、不同温度控制的离心机。

  三、离心机转头

转子是离心机的主要配件。简单的说,可以将离心机分为主机和可拆卸的转子(转头)两部分,一个多功能主机通常可以配多个转子,靠不同型号的转子来满足不同的需要来实现其“多功能”的,这样可以有效的降低采购成本,但是选购的时候需要注意选择转子拆装方便的离心机,一般的离心机转子与主轴直接配合,厂家为了降低噪音往往把主机和转子的配合度做得相当高,但这样最大的弊端就是转子容易与主轴咬死造成拆卸不方便,另外,这种转子与电机的配合方式还存在很强的方向性,当转子方向与电机主轴配合发生偏移时会造成较大的噪音影响整机的使用寿命,严重的话将会造成主轴断裂,转子爆炸。最常用的转子包括固定角转子和水平转子。转子选配越齐当然功能越全,所以选择转子通常根据常用样品的容量及离心的条件选择,通常水平转头和角转头各一个,大容量(相对较低速)的转子和小容量高转速的转子各一个,再根据工作中的不同需要选择其他转子。


⑴ 角式转头:角式转头是指离心管腔与转轴成一定倾角的转头。它是由一块完整的金属制成的,其上有4~12个装离心管用的机制孔穴,即离心管腔,孔穴的中心轴与旋转轴之间的角度在20~40度之间,角度越大沉降越结实,分离效果越好。这种转头的优点是具有较大的容量,且重心低,运转平衡,寿命较长,颗粒在沉降时先沿离心力方向撞向离心管,然后再沿管壁滑向管底,因此管的一侧就会出现颗粒沉积,此现象称为“壁效应”,壁效应容易使沉降颗粒受突然变速所产生的对流扰乱,影响分离效果。

角转子中的离心管能够保持固定的角度离心,可以使用较高的转速,离心后沉淀位于管底的斜面。较大容量的转子通常可以配不同的“适配器”来“固定”小容量的样品管,例如6 x 85ml的转子每孔可以放置85ml的离心管,也可以放50ml或者15—20ml的离心管,实现一物多用;但是由于重量的负担,大容量转子的最高转速相对小的要低一些,因而还要考虑最高离心力是否能满足实验要求。最高转速的转头通常是适配2ml离心管的转子,有时一个转子的价格就几乎可以买多一个小离心机,可以另外购置小型台式高速离心机,这样还可以减少昂贵设备的损耗。有的小型台式的高速离心机也提供大小不同的固定角转子(分别配合0.5ml和2ml/1.5ml离心指管,其实,除非是经常固定使用0.5ml离心管且每次离心的样品量比较大,一般选择一个2ml/1.5ml转子,配合适配器(有适合0.2ml、0.4ml、0.5ml管的适配器)就可以满足需要。

角转子配的盖子有助于减少摩擦、降低噪音和防止意外,使用角转子一定要盖盖,如未盖离心腔内会产生很大的涡流阻力和摩擦升温,这等于给离心机的电机和制冷机增加了额外负担,影响离心机的使用寿命。另外有一种气密性转子可以进行气密性离心,防止意外泄漏,对于改善实验环境很重要。


⑵ 水平式转头:这种转头是由吊着的4或6个自由活动的吊篮(离心套管)构成。当转头静止时,吊桶垂直悬挂,当转头转速达到每分钟200到800转时,吊桶荡至水平位置,这种转头最适合做密度梯度区带离心,其优点是梯度物质可放在保持垂直的离心管中,离心时被分离的样品带垂直于离心管纵轴,而不像角式转头中样品沉淀物的界面与离心管成一定角度,因而有利于离心结束后由管内分层取出已分离的各样品带。其缺点是颗粒沉降距离长,离心所需时间也长。

水平转子配有4或6个吊篮,静止时垂直挂在转子上,吊篮有不同的适配器以满足不同容量的离心管的需要。当转子转速超过600rpm后离心管达到水平位置,样品沉降方向是沿离心管轴向移动,最后沉降在管底,便于收集。因为不如固定角转子稳固,水平吊篮最高转速相比固定角转子要低很多,限于低速离心的范围。吊篮有不同的适配器,可以放置各种类型的离心管,甚至满足平板离心的需要——例如一些品牌的大容量离心机可配多用途适配器,使得多个微孔板或者培养板、深孔板、PCR板、玻片盒、大规模核酸纯化试剂盒的纯化板、甚至细胞培养瓶的离心可以和大容量的离心瓶公用同一个水平转子,有助于节约经费同时满足多样化的需求。所以说选择适配范围越宽的转子越好。

水平转子可以使离心沉淀在管底而非管壁的斜面上,但是水平转子的转速往往较同型号的固定转子慢很多.

台式低速离心机


DD5台式低速大容量离心机


⑶ 区带转头:区带转头无离心管,主要由一个转子桶和可旋开的顶盖组成,转子桶中装有十字型隔板装置,把桶内分隔成四个或多个扇形小室,隔板内有导管,梯度液或样品液从转头中央的进液管泵入,通过这些导管分布到转子四周,转头内的隔板可保持样品带和梯度介质的稳定。沉降的样品颗粒在区带转头中的沉降情况不同于角式和外摆式转头,在径向的散射离心力作用下,颗粒的沉降距离不变,因此区带转头的“壁效应”极小,可以避免区带和沉降颗粒的紊乱,分离效果好,而且还有转速高,容量大,回收梯度容易和不影响分辨率的优点,使超离心用于制备和工业生产成为可能。区带转头的缺点是样品和介质直接接触转头,耐腐蚀要求高,操作复杂。


⑷ 垂直转头:其离心管是垂直放置,样品颗粒的沉降距离最短,离心所需时间也短,适合用于密度梯度区带离心,离心结束后液面和样品区带要作九十度转向,因而降速要慢。


⑸ 连续流动转头:可用于大量培养液或提取液的浓缩与分离,转头与区带转头类似,由转子桶和有入口和出口的转头盖及附属装置组成,离心时样品液由入口连续流入转头,在离心力作用下,悬浮颗粒沉降于转子桶壁,上清液由出口流出。

越来越多新型转子应新的需要而诞生。转子的材质也从重量轻、强度高、造价低的铝合金不断创新,出现了碳纤维转子、塑料转子等等超轻转子,还有采用铝合金模具压成空心角转从而有效减轻重量,从而减轻电机的负荷及增加样品的容量。现在的转子和适配器、盖子多数都可以直接高温消毒,抗腐耐温性也大大提高,可以满足特殊的需要。不过转子在高速运转时,内部会产生离心应力,因而都有一定的使用极限,需要参照说明书正确保管和使用。当离心应力超过一定的限度后,将引起转头过早损坏,甚至发生意外,应严格遵循厂家的说明。

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