ЛАБОРАТОРНЫЕ ЦЕНТРИФУГИ Классификация и рекомендации по использованию А.И.Самбурский

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЦЕНТРИФУГИ
Классификация и рекомендации по использованию
А.И.Самбурский
Часть 3.
В третьей части изложены основные рекомендации по выбору режимов разделения смеси
веществ на компоненты под действием центробежного поля в лабораторных центрифугах.
Относительное центробежное ускорение А (безразмерная величина) это величина, показывающая, во
сколько раз центробежное ускорение В в роторе центрифуги больше ускорения земного тяготения,
обычно обозначаемое «g».
А
=
В
g
… (1)
Величина А рассчитывается по формуле (2)
А = 11,18 · 10-7 · r · n2 … (2)
где:
r – расстояние в мм от оси вращения ротора центрифуги до точки, для которой рассчитывается
центробежное ускорение;
n – частота вращения ротора центрифуги в мин-1 (об/мин);
Пример 1
r = 150 мм, n = 5000 мин-1, требуется рассчитать А
А = 11,18 · 10-7 · 150 (5000)2 = 4192,5
Следует обратить внимание, что в проспектах на центрифуги часто указывают не величину А, а
величину RCF равную Axg.
Также необходимо обратить внимание на то, что при выборе центрифуги потребитель зачастую
указывает не требуемую величину А или RCF, а частоту вращения n, забывая о том, что при одном и
том же значении n величина А или RCF (а именно от этого зависит время разделения) может быть
существенно различной, что вытекает из (2).
Время разделения вещества t на фракции зависит от целого ряда параметров и определяется по
формуле:
t =
K
S
…. (3)
Где:
t – время разделения вещества на фракции в часах.
K – так называемый К-фактор, рассчитываемый по формуле (4) в часах х секунду.
величина К-фактора для каждого ротора приводится в каталогах и проспектах наиболее
«продвинутых» фирм-производителей лабораторных центрифуг. Чем меньше значение К-фактора, тем
меньше время разделения вещества на фракции.
S – коэффициент седиментации, рассчитываемый по формуле (5) в секундах.
1
rmax
rmin
n2
ln (
К =
)
… (4)
· 1011
· 2,54
где:
rmin – наименьшее расстояние от центра вращения до разделяемого вещества, в мм
rmax – расстояние от центра вращения до дна пробирки, в мм
S=
∆ρ · d2
ή
·5,55 · 1011 c …. (5)
где:
∆ρ – разность плотностей частицы и среды, в г · см3;
d – диаметр частицы, в см;
ή – динамическая вязкость, в мПа · с
Пример 2
Требуется определить время разделения крови на плазму и эритромассу при n=3000мин-1,
rmin=150 мм, rmax=280 мм, S для эритроцитов 100000 с.
ln (
К =
280
150
(3000)2
0,62 · 2,54
· 10 =
9
·105 = 17497 ч · с
)
11
· 2,54
17497
= 0,174 часа = 10,4 мин
100000
Требуется определить время разделения тромбоцитов и плазмы при n=3500мин-1, rmin=240 мм,
t=
rmax=280 мм, S для тромбоцитов S=5000 с.
ln (
К =
280
240
(3500)2
)
· 1011 =
· 2,54
0,148 · 2,54
12,25
· 105 = 3068
3068
= 0,61 час = 36 мин
5000
Ввиду того, что тромбоциты склонны к образованию агломератов, приводящему к увеличению S,
t=
на практике время осаждения может быть в 1,5-2 раза меньше, чем рассчитано по формуле (3).
Следует также иметь в виду, что, пользуясь формулами (3) и (4) можно по экспериментальным
данным уточнить S, частоту вращения или К-фактор.
Пример 3
Экспериментально установлено, что через 8 минут центрифугирования при 3500 мин -1 (время
разгона и торможения в 8 минут не включены) доза концентрированной крови полностью разделилась
на плазму и эритромассу.
При rmax=280 мм, rmin=150 мм, требуется уточнить S.
Из формулы (3) определяем, что
S =
K
t
…. (6)
2
По формуле (4) рассчитываем К-фактор равный 12855.
Из формулы (6) определяем уточненное значение S
12855
= 96654 с
0,133
Далее покажем, что при рациональном размещении разделяемого вещества в роторе центрифуги,
S =
можно существенно сократить время, затрачиваемое на разделение.
Пример 4
Требуется разделить за минимальное время 2 литра суспензии с S = 100000.
Вариант 1.
Разместим суспензию в 2 стакана центрифуги, имеющей ротор-крестовину с шестью литровыми
стаканами.
n=3500мин-1, rmax=280 мм, rmin=150 мм
Расчет по формулам (3) и (4) дает значение t = 7,8 минут.
Вариант 2.
Разместим суспензию в шесть стаканов того же ротора. В этом случае rmax=280 мм, а rmin=230 мм.
При этом t = 2,5 мин, т.е. получается значительный выигрыш по времени разделения.
В том случае, если проводится разделение одного и того же образца при одном и том же уровне
заполнения стаканов на одном и том же роторе, но при различных частотах вращения, можно
руководствоваться формулой (7).
n12
n22
=
t2
t1
……… (7)
Пример 5
Разделение крови на плазму и эритромассу осуществлялось при 2500 мин -1 и на это требовалось
16 минут.
Сколько потребуется времени на разделение при частоте вращения 3500 мин -1.
t2 =
t1 · n12
n22
=
16 · (2500)2
(3500)2
≈8 минут
Выше изложены основные рекомендации по работе на лабораторных центрифугах.
Успешное использование центрифуг в лабораторной практике зависит как от технического
состояния используемых центрифуг, так и от правильного выбора режимов разделения.
Следует иметь в виду, что, несмотря на кажущуюся простоту использования лабораторных
центрифуг, на практике встречается большое количество ошибок, приводящих как к выходу из строя
техники, так и получению ошибочных результатов анализа.
3