基本介紹
- 中文名：實驗室離心機
- 外文名：laboratory centrifuge
- 功能：物液分離
- 核心：電機
- 原理：離心力
- 套用場所：工業、醫療實驗室等
設備介紹,結構組成,驅動系統,離心轉頭,控溫系統,控制和顯示,安全保護,產品分類,工業用,醫用,技術參數,選用注意點,轉速,溫度,容量,轉子,控制系統,電機,故障及排除,電機不能啟動,電源問題,維護注意事項,
設備介紹
實驗室離心機，或實驗用離心機，是專業用於實驗分析的小型離心機。離心機是繞固定旋轉軸旋轉的物體受離心力產生模擬地球重力場的作用，使物體做沉降運動，從而對物質中的不同密度、不同分子t的級分進行分離的儀器設備。套用離心沉降進行物質的分析和分離的技術就稱為離心技術。目前各種離心機和離心技術已廣泛地套用到科學研究和生產部門，並已成為現代科學研究重要儀器設備之一。實驗室離心機是生物學、醫學、農學、生物工程、生物製藥等行業科研與生產的必備設備。
圖1.實驗室離心機結構組成
通用實驗室離心機在構造上與高速離心機基本相同，主要包括：驅動、各式轉頭、溫度控制（低溫機型）、整機控制4個主要部分。
驅動系統
採用無碳刷變頻電機取代了直流串激電機是離心技術史上的革命，隨之而來的優點體現在：
（1）在不同轉速都能輸出最大扭矩，為開發一機多功能型的通用離心機提供了重要前提；
（2）維護簡便，直流串激電機需定期更換碳刷（一般在100～1000h）給使用者帶來諸多不便，而使用變頻電機驅動部分維護主要是更換軸承，且周期延長；
（3）低噪聲，免除了碳刷摩擦產生的高頻噪聲，在15000r/min運轉時可控制在65dB以下，不需要安裝在專門房間；且因沒有了碳粉污染，還可在特定樣品分離要求的無菌、無塵實驗室內使用；
（4）起動速度快；
（5）電子不平衡檢測；
（6）減小了整機體積、重量和功耗，故大多製作成台式機型。
離心轉頭
不同形式、不同技術性能的轉頭（Rotors）代表著離心功能，主要可概括為：
（1）高速轉頭多用鋁合金製作，經計算機三維計算最佳化設計，具有體輕、轉速高等優點；
（2）用碳纖維製造高速轉頭，容量大、重量輕、耐腐蝕性能強；
（3）開發出大離心力轉頭，縮短了某些難以分離生物樣品的分離時間，減少了濃度擴散作用，提高了分離純度和解析度；
（4）角轉頭採取小傾角設計，兼有垂直轉頭沉降距離小、縱剖面面積大、分離時間短的優點，尤其適於質粒DNA、RNA分離。
控溫系統
通用實驗室離心機有低溫控制和常溫2種，但超過18000r/min的機型多為低溫控制。低溫控制多為一級壓縮機無氟製冷，控溫範圍一般在-9℃～-40℃或-20℃～40℃，精度≤1℃。具有預冷（Pre-cooling）程式、待機狀態可恆冷維持功能，以適應實驗室機動性、連續性工作需要。
控制和顯示
多採用微處理機控制，數字或LCD螢幕顯示的控制臺，鍵鈕人機智慧型化調設。使得此類離心機在控制上具有某些重要特性：
（1）自動轉頭識別；
（2）可設定rpm和rcf，並實時顯示實際值，減少了計算麻煩；
（3）多檔設定的升速/降速控制；
（4）瞬時離心（Shon—run）控制；
（5）程式記憶和儲存功能，可儲存實驗室（者）常規使用的多個離心程式（多達20個），便於再調出以前用過的某一最佳化程式進行離心操作；
（6）自檢和故障提示。
這些性能將有益於實驗室的儀器管理。
安全保護
具備自保護措施對離心機安全操作非常重要，如：自動鎖蓋、超溫、過速、失平衡保護等，一旦發生誤操作將發出提示聲音報警。
產品分類
實驗室離心機按結構形式可分為台式離心機、落地式離心機；按轉速分類可分為低速離心機、高速離心機、超速離心機、超高速離心機，廣泛套用於醫療、血站、高校、科研單位、生物製藥、精細化工、農牧業、新材料、石油、食品、環保、基因工程等許多領域上。
實驗室離心機按用途可分為工業用實驗室離心機和醫用實驗室離心機。
工業用
工業用實驗室離心機主要是用於各類研究機械，大學，企業實驗室，小試階段的數據採集和分析。通過對物料的適應性及分離各階段的數據的集中分析和對比，方便在中試和批量生產階段的生產和套用選型。
本機器外型美觀，小巧靈活，可以直接放置在工作檯上進行操作，與物料接觸部位可採用各種材料進行製作或進行噴塑處理，以滿足實驗的需要。
其工作原理為通過離心力的加速作用，使顆粒沉降速度明顯加快，並通過過濾介質，如濾布等進行分離工作。
目前有四種規格可供選擇，分別為200過濾型、315過濾型、315沉降型、315過濾沉降一體機。設計轉速：均為3000轉。
其為台式人工上部卸料間隙操作過濾式離心機，適用於化工、食品、製藥、環保、採礦、教學等實驗室使用，可用來確定物料分離工藝參數，也可作為產品工藝試生產用。該離心機具有轉速設定，分離時間設定等功能，可保證用戶在設定工藝參數下試驗自動完成，確保試驗重要性及工藝參數穩定性。符合GMP規範要求。
醫用
醫用實驗室離心機主要用於醫療實驗、醫院、製藥企業、生物研究所、精細化工等。
過濾型離心機的工作原理基本上是一致的，主要是通過離心力，將混合液甩向轉鼓壁，液體通過轉鼓壁上的小孔及內部的濾網流出，而固體由於顆粒較大，被濾網所截留，隨著離心時間增加，積聚到轉鼓內濾網的固體越來越多，達到要求後停機，取出固體進行觀察，需要液體的則回收液體再進行處理。
沉降型實驗離心機是通過固液體（或液液體）不同的比重差，比重較大的物料會先沉積在轉鼓壁內側，較輕的物料則在內側形成液環，達到分離要求後，用特有的撇液裝置將內層液體抽出或通過不斷加料，使其從上部檔液板出自行溢出，從而完成一個工作循環。
醫用實驗室離心機的特點是：具有直流無刷電機，免維護；微電腦控制，可預選轉速、時間、離心力，液晶顯示，操作簡便；10種升降速率供選擇，可快速啟動、快速停機；不鏽鋼容器室，預警報警功能，多種保護，安全可靠。是醫療衛生、食品、環保、科研、教學的優選離心設備。
圖2.實驗室離心機二者的技術參數如下所示：
技術參數
工業用實驗室離心機：
最高轉速Max Speed | 3000r/min |
分離因素Separation factor | 1007 |
定時範圍 Time Range | 1~999min |
電源 Power Supply | AC220V |
外形尺寸 Dimension | 335×335×460mm |
重量 Wight | 38kg |
容量 Capacity | 1.8L |
2.7Kg |
醫用實驗室離心機：
最高轉速Max Speed | 16000r/min |
最大相對離心力 Max RCF | 17930×g |
定時範圍 Time Range | 1~999min |
電源 Power Supply | AC220V 50Hz 8A |
外形尺寸 Dimension | 370×290×260 cm |
重量 Wight | 24kg |
容量 Capacity | 1.5ml×12角轉子 |
0.5ml×12角轉子（選配） | |
5 ml×12角轉子（選配） | |
7 ml×10角轉子（選配） | |
1.5ml×24角轉子（選配） | |
0.5ml×48角轉子（選配） |
選用注意點
轉速
國產台式離心機根據最大轉速的不同分為低速離心機（<10000rpm/min）高速離心機（>10000rpm/min一30000rpm/min），超高速離心機（>30000rpm/min），每個離心機都有額定的最大轉速。
最大轉速指的是在空載情況下的轉速，但最大轉速根據轉子種類的不同、樣品質量的大小而有差別。例如：一個離心機的額定轉速是16000rpm/min，說明在空載的時候轉子每分鐘旋轉16000次，加上樣品以後，轉速肯定會小於16000rpm/min。轉子的不同，最大轉速也不同，一台離心機可選配多個轉子，離心機分離效果主要取決的不是轉速，而是離心力，所以有時候轉速沒達到要求，只要離心力能達標也是一樣的，實驗時能達到所需要的效果。
溫度
有些樣品（如蛋白質，細胞等）在高溫環境下會破壞，這就要選擇冷凍離心機，冷凍離心機都有額定的溫度範圍。離心機在高速運轉的時候所產生熱量和離心機的製冷系統平衡在一定溫度（一般冷凍離心的樣品需要保持在3℃～8℃），具體能達到多少也和轉子有關，如一個離心機的額定溫度範圍為-20℃～40℃，裝上水平轉子在旋轉的時候可以達到3℃左右，如果是角轉子可能達到7℃左右，具體情況還是看設定的溫度與轉速以及轉子決定。
圖3.微型高速冷凍離心機容量
每次需要離心多少個樣品管，每個樣品管需要多少容量，這些因素決定一個離心機的總容量，簡單的來說離心機的總容量=每個離心管的容量×離心管個數，總容量和工作量的大小是相匹配的。
轉子
實驗室離心機的轉子主要分為兩種，水平轉子：運轉時吊藍及試管處於水平狀態，與轉軸成直角，樣品將沉澱集中於離心管的底部。角轉子：離心容器與轉軸成一固定角度，樣品將沉澱集中於離心管底部及靠近底部的側壁。如果希望分離的樣品集中於離心管的底部就選擇水平轉子，如果希望樣品集中於離心管的底部和靠近底部的側壁上就要選擇角轉子。還有一些特殊試驗或特殊樣本需要特殊的轉子如：大容量吊籃（多用於血站）、酶標板轉子、載玻片轉子、PCR轉子、試管架轉子和毛細管轉子等。轉子都有固定的規格，它是和離心機的容量結合起來的，如36×5ml的角轉子，既決定了轉子的類型也決定了離心機的容量，另外轉子材質還分為工程塑膠，不鏽鋼，鋁合金，鈦合金等材料，選材的不同直接決定了轉子的價格，轉速及使用壽命，所以轉子的選擇非常重要。
控制系統
台式實驗室離心機都採用了微電腦控制系統，這些控制系統不但能確保離心機安全的運行還能自動完成工作任務。現在很多離心機都有較好的人性化的控制系統。比如：轉子識別功能，安全鎖功能，自動平衡功能，故障提示功能，加速和減速曲線等等。除以上幾點之外還要注意一些細節和必要的配件。
電機
離心機的主要部件是電機，電機分為帶碳刷電機和無碳刷電機，前者因有碳粉污染、噪聲大、需要定期維護更換碳刷等缺點，已經淘汰，現在的離心機大多都是無碳刷電機，有的電機還帶有剎車功能。冷凍離心機在製冷方面也有區別，現在環保的技術當然是無氟製冷。
除此之外還要考慮噪音問題，儘量選擇噪音較小的離心機，這樣能保持舒適的實驗環境。在配件方面也要謹慎，有些實驗室用離心機要用特殊的離心管（離心有毒樣品或者需要超高速離心的樣品），這樣的離心管就必須配有相應的管套，才能更安全。還有一些特殊的樣品容器（不規則樣品瓶、血袋等），這些細節和配件都要在選擇離心機的時候考慮周詳，否則就不能進行正常的工作。
故障及排除
電機不能啟動
（1）主電源指示燈亮，這時應檢查炭刷磨損程度，如炭刷磨損超過總量的三分之一，應及時更換新的炭刷。
（2）主電源指示燈不亮時，檢查指示燈保險絲及室內配電板保險絲是否熔斷，同時檢查電源線是否接觸良好，如保險絲斷則應更換保險絲並保持電路暢通。
（3）還應檢查真空泵表及油壓指示值，如油壓過高而主機也不能啟動，必須檢查各油路是否堵塞，特別是節流小孔是否暢通，如不暢通應清洗使之暢通。
（4）軸承損壞或轉動受阻，軸承內缺油或軸承內有污垢較多而引起摩擦阻力增大，電機達不到額定轉速，應及時清洗或更換軸承。
（5）整流子表面有一層氧化物，甚至燒成凹凸不平或電刷與整流子外緣不吻合也可使轉速下降，應清理整流子及電刷，使其接觸良好。
對於以上情況主要要求操作者熟練掌握操作程式，正確選用合適的離心管和離心轉子，注意嚴格控制每一步操作操序，儘量減少人為的不必要的損傷，在轉子的安全係數及保證期內使用。
電源問題
（1）電源不通是導致冷凍機啟動及製冷效果差的原因之一，與電機不轉的故障相同，應分別檢查電源及保險絲。
（2）電壓過低，安全裝置故障也可使冷凍機不能啟動，電壓過低可能是電網電壓低；配電板配線過多；電源線過長（理想長度為3米）等。電源線容量不夠，不僅使電壓降低，還會造成意外事故。當電源電壓降到180~190VJ時，冷凍機不能啟動，影響製冷效果。
（3）通風性能不好，如儀器安裝在日光直射或通風不良處，散熱器效果差，或散熱器蓋滿灰塵，也中會影響製冷效果。
（4）離心管重量不平衡，放置不對稱；轉子孔內有異物，使負荷不平衡；轉軸上端固定螺帽鬆動，轉軸磨擦或彎曲；電機轉子不在磁場中心會產生噪音；轉子本身損傷等都可導致機體震動劇烈、響聲異常。
以上原因大部分均系不正確操作所致，在找出原因後，正確操作即可消除不正常現象。在工作過程中，如出現任何異常現象均應立即停機，不得強行運轉，以免產生不必要的損失。
維護注意事項
（1）離心機的安裝應根據離心機的性能選擇合作的地點放置，對一般低速離心機（台式）可放在平穩、堅固的檯面上（它的底座都裝有橡皮吸腳，藉助於大氣力壓力及儀器本身的重量，緊貼於台面）；
（2）大容量低速離心機和高速離心機和高速冷凍離心機要相應地安放在堅實的地面上，水平放置。選擇合適的轉頭離心機工作前，應將負荷平衡，重量誤差越小越好，否則會引起劇烈震動，損壞離心轉子及轉軸。
（3）離心器支架離心器分離支架必需安置離心管後運作，嚴禁空架運轉。
