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离心机技术进展
发布时间:2012-01-10   点击次数:1250次

离心机是通过高速旋转产生的离心力场对不同沉淀系数物质进行分离、浓缩和提纯的医学仪器,广泛应用于生化分析实验室、血站、生化制药厂等。离心机按转速分为低速、高速、超速三种,型式有台式和立式两种。低速离心机的zui高转速一般不超过6000转/分,主要用于血液或细胞制备、蛋白质和酶沉

淀物的分离,由于不能产生足够大的离心力场,低速离心机不能分离超小粒子如病毒,DNA分子和大分子,或进行密度梯度离心;高速离心机的转速为1 2000-28000转/分,能分离病毒、细菌、细胞核、细胞膜、线粒体等,以及DNA 制备{超速离心机的转速在50000转/分以上,配合光学仪器,可作分子量测定、蛋白质结构及其聚集状态分析、化合物纯度检定等。

近年来,随着微电子技术和机械工业的迅速发展,离心机在性能、可靠性等方面有了很大的提高,本文介绍其中的一些近期进展。

1 微机控制和计算系统,操作极为方便

控制和计算普遍采用微机进行,用户视需要方便地选择操作参数,一般有九种以上的加速度曲线供选择。可储存s2种或更多的应用离心程序。CTRLED显示器将速度、加速度、离心力值、转子参数、离心室温度等数据的预选值和实际状况一目了然地显示出来,所有操作参数具有可重复性。一些离心机RS232标准接口供外接计算机,用以从外接计算机上记录、设置或修改操作参数。某些离心机能在转子运行中进行有关的计算和换算,如自动计算相关离心力场(RCF)和防止氯化铯(CsCI)沉淀的降速计算,自动优选及模拟*运转条件。美国BECKMAN公司oPtima系列分析超速离心机配备了光学检测系统,在样品分离时扫描样品的光密度,特别适用于:受体/自身受体研究、测定分子量、计算沉淀系数、生物制品质控

2 先近的传动技术减少噪音和振动

离心机过去通常靠t)C电机驱动,也有的以高压气流为动力。由于IX:电机的碳刷和换向器是产生火花干扰、噪声和影响电机寿命的重要因素,因此近年来越来越多地离心机采用变频电机或无刷DC电机。变频电机驱动方式不仅省掉了更换碳刷的工作,避免了碳尘的污染,而且变频调速骚动系统在微机控制下更易于实现转速的调控,使制动和加速度时间*化,即使当转速达到很高时,也可使噪音和振动降至zui低。此外,变频驱动方式还可节省电能。无剧DC电机用位置传感器或单片微处理器实现电机的启动和调控 普通IX:电机电刷的耐磨性也有了较大提高,有些电刷寿命可达到4000小时。

有些离心机在传动系统中设计有减消磨擦部件和稳定器套筒, 及电动快速刹车,使离心机在升降速时可太大提高加速度,并平稳地通过转子临界转速,将转子临界转速时引起的系统共振降至zui低采用电机缓冲底座或悬挂架、弹性联轴节、声浪压抑系统降低噪声,令工作环境更宁静舒适。

3 小型的制冷和真空系统

许多试样对温度较敏感 需要在室温或低于室温的环境下进行分离。无氟制冷系统,体积小、噪音低,不破坏大气臭氧层,可使离心室温度范围达到一2o℃ ~+40℃ ,土1℃为减小风阻以加快到达zui高工作转速和加快冷却转头,延长电机寿命及确保温度控制,超速离心机、某些高速离心机和低速大容量离心机设置有真空系统。BECKMANJ2系列离心机附有自动真空系统,真空度o5个大气压。台式离心机目前还出现了采用半导体器件制冷。

4 多种类转子系列,满足不同离心操作

随着离心机应用领域的不断扩大,转子种类目前已有十多类上百个品种。角转子、垂直转子、甩平转子和滚筒转子等,以及各种试管及托架系列,可满足几乎所有的离心操作。为方便用户,增加互换性,DHPONT公司、KNTRON公司等离心机制造厂家的超速离心机转子可与BECKMAN公司的转子通用。大容量离心机采用甩平转子风罩可使甩平转子在运行中大大减少风阻,在同等电机功耗下,使一次分离6升容量的转子转速由3200转/分提高到4200转/分。

除台式低速机有的采用塑料转子外,离心机均采用超硬铝合金或钛合金作为转子材料,新的成型工艺采取模锻超速成型,细化材质晶粒,增加转子强度,切削加工采用五面加工中心,提高加工精度和效率。

5 离心机的安全性和可靠性

离心机通常是在极高转速下工作的,当转子所承受的离心力超过转子材料的抗拉强度或转子材料有内部缺陷时,转子便有可能发生爆炸,毁坏设备,危及操作者的人身安全,因此,每个转子都有所允许的zui高工作转速。转子自动识别和过速保护功能通过扫描转子表面的条码来验明转子,排除了操作人员输入错误数据或离心机失控造成转子过速运转的可能性,并将转子的信息如转子总运行时间,总转数自动输入微机和储存,以监测转子的寿命。离心机的综合安全系统包括电子门锁、由钢结构组成的室门和三层安全保护机壳、转子自动识别和过速保护、转子动态不平衡检测器、离心室超温保护。某此离心机设有自诊断系统,始终监控离心机的各个功能,并直接显示故障部位,发出报警信号,使维修保养更为方便传动部分采用*润滑轴承和强制封闭式自身润滑,在意外断电时不致损坏主机,恢复供电后,自动启动。

为确保离心机工作时有一定的生物安全度,预防可能具有危险性的生化物质在离心时从样品容器里逃逸出来,造成污染,还设计出了密封转子。有的转子外表贴上一层透明的高分子树脂,操作者能检查转子在运转后是否有试样溢出或容器有否泄漏。一些离心机还增添了引流管,消除试样溢出和容器破损的影响,还有用于处理毒性或传染性试样的密封试杯。

因为采用微机控制和模块化的功率驱动部件,电子系统的故障率大大降低,加上材料工业、机械制造业技术水平的提高,使离心机的寿命普遍达到5000小时以上,超速离心机的运转次数不少于200亿转。

来源:离心机

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