Om centrifugering

Beskrivning

Om centrifugering

Centrifugering är en teknik som använder g-kraften för att separera olika typer av blandningar. Centrifugen är en apparat som oftast har en rotor som roterar runt en fast axel.

Centrifugen arbetar enligt sedimenteringsprincipen. Under påverkan av g-kraften separeras provet, beroende på beståndsdelarnas densitet. Det finns flera olika typer av kända separationsprocesser. För att nämna några finns det ultrafiltrering, fasseparation och pelletering (se bild 1)

Figur 1 Bildning av pellets efter centrifugering

Pelletering är den vanligaste tillämpningen. Vid denna form av centrifugering bildar partiklarna en pellet i botten av centrifugröret och den vätska som blir kvar kallas supernatant. Under separationsfasen omvandlas kemikalierna från en matris/vattenhaltigt medium till en lösning. Under ultrafiltrering renas och separeras makromolekyler med hjälp av ett filter. separeras. Isopykisk centrifugering fungerar genom att bilda en gradering av densitet genom jämviktssedimentering. Centrifugeringsprotokoll tar vanligtvis hänsyn till rcf (relativ centrifugalkraft) och graden av acceleration i multiplar av g (g-kraft). Att använda rpm (varv per minut) är mycket oprecist.

Viktiga definitioner

2). Skillnaden mellan varvtal och rcf är betydande, eftersom två rotorer med olika diameter, men med samma varvtal, ger upphov till två olika rcf.

Figur 2 Beräkning av rcf

Vad är skälet till detta?

Eftersom rotorns rörelse är cirkulär beräknas accelerationskraften (× g) som en produkt av radien och kvadraten på hastighetsvinkeln. Resultatet av denna ekvation är vad som historiskt har kallats rcf “relativ centrifugalkraft”.

Exempel (beräkning enligt figur 2)

Båda centrifugerna kan centrifugera med en rotor, med rör som innehåller 1,5/ 2 mL, med samma hastighet (14.000 rpm), men accelerationen är olika 13.100 × g jämfört med 20.817 × g. Detta ger upphov till olika resultat. För att göra det enklare har många centrifuger en knapp som direkt kan omvandla rpm till rcf och vice versa. Om din centrifug inte har denna automatiska knapp, kan den beräknas med hjälp av formeln ovan. K-faktorn är en parameter för sedimenteringsavståndet i ett rör. Denna faktor kallas också för upprensningsfaktorn och representerar den relativa effektiviteten för pelletbildning vid maximal rotationshastighet för ett centrifugsystem. Vanligtvis används k-faktorn som ett värde för att uppskatta den tid (i timmar) som ett visst prov, med en viss sedimentationskoefficient, behöver för att sedimentera. Sedimentationskoefficienten mäts i S (Svedberg).

En liten k-faktor innebär en snabbare separation. Värdet på k-faktorn definieras främst av rotordiametern. Jämfört med rpm/rcf har k-faktorn blivit mindre viktig i dagens centrifugeringsprocesser. För ultracentrifugering är k-faktorn dock fortfarande av mycket högt värde.

Olika typer av centrifugmodeller

Det finns två typer av centrifuger, golvmodeller eller bänkmodeller.

Golvmodeller kan vanligtvis centrifugera vid mycket höga g-tal och har stor kapacitet. Dessa centrifuger tar dock upp en ganska stor golvyta. Dessa centrifuger används t.ex. vid ultracentrifugering.

När det gäller centrifuger för bänkskivor finns dessa i två varianter, mikrocentrifuger eller multifunktionscentrifuger. Mikrocentrifuger används mest för rör med liten volym (mikrotiterrör). Dessa centrifuger är små och smidiga, men har begränsad kapacitet och möjlig g-kraft. Multifunktionscentrifugerna har ett bredare användningsområde och beroende på vilken rotor och vilka adaptrar du använder kan du centrifugera allt från rör till plattor.

Att välja rätt centrifug för uppgiften

Om du följer ett visst protokoll, se till att du använder samma rotor, samma hastighet, samma temperatur och samma centrifugeringstid. Om du vill ha en så optimal centrifugering som möjligt ska du hålla dessa parametrar i åtanke:

• Typ av urval
• I vilken form är provet (rör, platta etc.)
• Typ av centrifug (vanlig, kyl- eller värmecentrifug)
• Typ av rotor (svängbar skopa eller fast vinkel)
• Önskat g-tal (RCF), RPM = varvtalet beräknas utifrån önskad RCF (g-tal) och radien till rätt punkt i provet på den rotor du använder, vilket görs automatiskt på många centrifuger. Om du är osäker, fråga oss så hjälper vi dig.
• Hur många minuter provet ska centrifugeras
• Vilken temperatur är önskvärd under centrifugeringen (behövs kyla eller värme)

Vilken typ av rotor ska jag välja?

De två vanligaste rotorerna är rotorer med fast vinkel eller svängskopa. Det finns dock andra varianter av rotorer, t.ex. trumrotorer och rotorer med konstant flöde.

Rotor med fast vinkel

Den uppenbara fördelen är att rotorn inte har några rörliga delar. Det innebär att metallen i rotorn inte utsätts för lika mycket slitage, att högre g-krafter kan uppnås och att den nödvändiga centrifugeringstiden därmed minskar. Den enda nackdelen är att denna rotor har begränsad kapacitet. Placeringen av de pellets som bildas beror i hög grad på rörets lutning. Oftast är lutningen 45°. Ju större rörets lutning är, desto tätare blir pelletsen. Små rotorer ger upphov till pellets, som då har en större spridningsyta.

Svängande skoprotorer

Dessa rotorer är mer flexibla och beroende på vilka insatser du använder kan du snurra allt från rör till plattor. De rörliga delarna i denna rotor innebär att slitaget blir större jämfört med en rotor med fast vinkel. På grund av det högre slitaget kan du inte använda lika höga g-krafter och snurrningen tar längre tid. Baserat på swing-bucket-principen hamnar pelletsen i botten av röret.

Saker att tänka på när du använder din centrifug

Vad orsakar obalanser?

Rotorerna snurrar med en enorm hastighet och orsakar extrema krafter. Med detta i åtanke är det mycket viktigt att balansera proverna under körning. Detta är särskilt viktigt när centrifugen inte är helt full av prover, då måste man verkligen tänka på hur proverna placeras för att uppnå balans.

Vilka är riskerna när en obalans uppstår?

Om du placerar dina prover fel och orsakar obalans kan det leda till skador på rotorn. Obalansen kan också orsaka kraftiga vibrationer, som kan skada hela centrifugen. I värsta fall kan mycket stora obalanser leda till att hela rotorn och centrifugen förstörs. De flesta av våra centrifuger har en obalansbrytare som bryter så snart den upptäcker för stor obalans, men det är fortfarande mycket viktigt att alltid balansera dina prover korrekt när du kör en centrifug, detta ökar också centrifugens livslängd.

Hur undviker man obalanser?

• Se till att centrifugens arbetsyta är plan
• Vid höga hastigheter kan det lätt uppstå obalanser om volymerna på proverna inte stämmer överens:
  • För rotorer med fast vinkel är det viktigt att balansera proverna när det gäller vikt. Se till att det är samma rör och samma vikt på de motsatta proverna
  • För utsvängbara rotorer är det viktigt att ha behållare i alla positioner. Varje behållare har en maxvikt som inte får överskridas. Se till att balansera dina prover väl med liknande volymer.

• Om du använder din swing-out-rotor och den inte är full, se till att balansera den enligt bilden ovan
• Se till att alla prover är korrekt märkta, så att du kan hålla reda på dem även efter centrifugeringen
• Du kan torka av utsidan av proverna med desinfektionsmedel för att undvika spridning av aerosoler (bildas vid höga hastigheter)
• Kontrollera att du inte har fyllt på för mycket i behållaren för ditt prov
• Ladda aldrig prover när de befinner sig i centrifugen. Ladda alltid proverna i förväg.

Laddning av en rotor med fast vinkel

• Om du använder din rotor med fast vinkel och den inte är full, se till att balansera enligt bilden ovan
• Se till att alla prover är korrekt märkta, så att du kan hålla reda på dem även efter centrifugeringen
• Torka av provernas utsida med desinfektionsmedel för att undvika spridning av aerosoler (bildas vid höga hastigheter)
• Kontrollera att du inte har fyllt på för mycket i behållaren för ditt prov
• Ladda aldrig prover när de befinner sig i centrifugen. Ladda alltid proverna i förväg.

 

Automatisk identifiering av rotorn