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 вид центрифуг, которые работают не с жидкими, а вязкими веществами. Хотя базовый принцип центрифугирования остается неизменным.
Такой вид оборудования (для отмывки сырой клейковины) мы тоже упомянем в нашем обзоре критериев.

Как выбрать центрифугу лабораторную

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 тара располагаются только с одной стороны или не равномерно: с одной стороны ротора например 2 пробирки, а с другой – 3.
4. Когда количество стеклянной тары одинаково, но разная степень заполнения химическими реактивами, суспензиями, растворами, эмульсиями.
5. Если имеются скрытые дефекты – микротрещины и в процессе вращения посуда разрушается, также возникнет аварийный дисбаланс.

Если убрать человеческий фактор и брак при изготовлении пробирок, то на первое место выходит качество изготовления и прежде всего балансировка ротора

Пример.

Для центрифуги 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.

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, при эксплуатации центрифуги, она требует постоянного внимания, как минимум до выхода на максимальную частоту вращения.

Равных по скорости пожалуй нет. 
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 центрифугами для лабораторий, поэтому в электронную схему управления встраиваются системы плавного разгона и торможения, что позволяет:

• устранить стартовый “рывок”, чтобы прибор не сдвинулся с места на  столе;
• снизить вероятность удара вставленных склянок о посадочное гнездо;
• 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 столешнице, 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 понадобится значительно быстрее.

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 медицинской центрифуги:  стол должен быть установлен в строго горизонтальном положении, для чего необходимо подстроить высоту ножек.


Кроме того, в отдельных моделях, напимер в "Комете", предусмотрены конструктивно:

• юстировочные ножки;
• уровень 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.

Сменный ротор и установочный диск

Замечательно, что меняя пробиркодержатели, даже при одной и той же угловой скорости (числа оборотов электромотора), возможно получить другое значение фактора разделения.
А если 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, но решает две важных задачи. Во-первых, другой радиус определяет увеличение/уменьшение фактора разделения. Но во-вторых, можно установить разное количество пробирок и другой формы.

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 тары: диаметр, высота, а также в зависимости от методики: степень заполнения, соотношение по весу между разнородными жидкостями.

   Некоторые центрифуги 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.

Регулировка частоты вращения

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 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 высокоскоростных  “рекордсменов” – настольная медицинская центрифуга СМ-8.10 разгоняет пробирки на 6-ти или 16-ти местном роторе до 10000 об/мин, что позволяет достичь высокого фактора разделения – 5000 g.
 

Задание времени

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  путем нажатия на кнопку СТОП.

Нагрев проб

 

Это дополнительная опция, требующая наличия нагревателя.

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

 

 

 

Непрерывная работа и периодичная

Центрифуги разделаются на 2 группы: 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).

 

 

 

 

Допустимый уровень шума

Шумность определяется целых набором факторов:

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

Повышенный шум может быть “первым звоночком”, что необходима диагностика.
Для большинства центрифуг указывается максимальный уровень шума в Дб, обычно составляющий 40-65 Дб, что не критично для сотрудников. И кстати косвенно говорит о качестве сборки и репутации бренда. Не ТОПовый показатель, но который следует принять во внимание.



Как для снижения уровня шума, так и вибраций желательно выбирать центрифугу лабораторную с виброопорами (ЦЛУ Комета-2), которые в простейшем случае представляют собой резиновые присоски, как у антивибрационных столов, где мраморная столешница покоится на резиновых демпферах.



 

Системы защиты и сигнализации

Любая техника – промышленная или лабораторная с быстро вращающимися деталями это источник опасности, требующий многоуровневых систем защиты.
Даже самый опытный специалист может устать или “на автомате” совершит ошибочное действие.
В биологических, клинических центрифугах 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.

Питание и подключение

Центрифуги относятся к оборудованию с достаточно “скромным” потреблением электричества, если конечно речь не идет о моделях с ТЭНом.
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	90Вт
ЦЛУ-1 Орбита	180 Вт
СМ-8.10	25 Вт
ОПН-3.04	300 Вт

Для подключения не нужен отдельный силовой кабель, а для подвода электричества достаточно обычной розетки 220 В.

Уход

При работе с содержимым пробирок, особенно учитывая, что объемы измеряются миллиграммами, любые химические, бактериологические загрязнения могут исказить результаты 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 мойке, просушивать и дезинфицировать (в зависимости от специализации лаборатории).
2. Гильзы (адаптеры для пробирок) и отверстия ротора необходимо периодически осматривать на наличие трещин, сколов, износа.

Специализированные разновидности

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