Центрифугирование — это разделение механических смесей на составные части действием центробежной силы. Приборы, применяемые для этой цели, называют центрифугами. Основной частью центрифуги является ротор с монтированными в нем гнездами для центрифужных пробирок. Ротор вращается с большой скоростью, вследствие чего создаются значительные по величине центробежные силы, под действием которых происходит разделение механических смесей, например осаждение взвешенных в жидкости частиц.
Центрифуги: 1 — ручная: 2 — с электроприводом.
В клинических и санитарно-гигиенических лабораториях центрифугирование используют для отделения эритроцитов от плазмы крови, сгустков крови от сыворотки, плотных частиц от жидкой части мочи и т. д. Для этой цели применяют или ручные центрифуги (рис., 1), или центрифуги с электроприводом, скорость вращения которых можно регулировать (рис., 2).
Ультрацентрифуги, скорость вращения роторов которых превышает 40 000 об/мин, применяют обычно в экспериментальной практике для разделения органелл клеток, отделения коллоидных частиц, макромолекул полимеров и т. д.
Центрифугирование — это разделение грубодисперсных систем, состоящих из жидких и твердых компонентов с разными плотностями, при помощи специальных аппаратов, называемых центрифугами. Принцип действия центрифуги основан на создании большой центробежной силы, под влиянием которой скорость разделения компонентов смеси, помещенной в центрифугу, увеличивается во много раз по сравнению со скоростью разделения их под действием силы тяжести.
Метод центрифугирования широко применяется в биологии, медицине и технике, нередко заменяя процессы фильтрования, отстаивания и отжимания.
Центрифуга имеет корпус, механизм привода, ротор, рабочую (ограждающую) камеру и панель управления. Некоторые центрифуги снабжены электрочасами, обеспечивающими автоматическое выключение и торможение в диапазоне от 5 до 60 мин. Специальные центрифуги имеют холодильные и вакуумные установки с приборами слежения и автоматического управления. Основная часть любой центрифуги — ротор (в лабораторных центрифугах он обычно располагается на вертикально установленном валу электродвигателя или вращается посредством различных передач от вала двигателя, иногда даже вручную). Ротор центрифуги представляет собой диск (крестовину) с шарнирно закрепленными гнездами для металлических гильз, в которых помещаются пробирки, принимающие при вращении горизонтальное положение.
Иногда ротор делают в виде сплошного металлического усеченного конуса с ячейками для пробирок (угловой ротор); пробирки в нем располагаются под постоянным углом к оси вращения (обычно в 40°). При наклонном положении пробирок происходит расслоение компонентов смеси более быстро. Разделение смеси ведется в пробирках самой разнообразной формы и объема (рис. 1). При работе на больших скоростях используют пробирки из полиэтилена, так как стеклянные лопаются. Расположенные в роторе одна против другой пробирки с обрабатываемым материалом должны быть уравновешены. Этим осуществляется равномерная нагрузка на вал ротора и обеспечивается равномерное вращение вала центрифуги. Для уравновешивания пробирок применяют особые весы (рис. 2).
Рис. 1. Пробирки для центрифугирования.
Рис. 2. Центрифужные весы.
Центрифуги, применяемые в промышленности, отличаются от лабораторных более сложным устройством ротора, позволяющим центрифугировать большое количество материала одновременно или же вести процессы разделения непрерывно.
Центрифуги с небольшой скоростью вращения ротора употребляются в медицине для отделения осадков мочи, сыворотки крови от сгустков, осаждения эритроцитов, при серологических исследованиях и т. д.
Микроцентрифуга (рис. 4) приводится в действие вручную; оборудована двумя сменными насадками, одна из которых имеет гнезда для микропробирок и применяется при определении совместимости крови; другая — с гнездом для вкладывания градуированной микропипетки (гематокрит) — предназначается для определения процентного содержания форменных элементов крови.
Рис. 3. Ручная центрифуга.
Рис. 4. Микроцентрифуга.
Ручная центрифуга (рис. 3) имеет четыре металлические или пластмассовые гильзы для пробирок по 15 мл.
Лабораторная клиническая центрифуга ЦЛК-1 (рис. 5, 7)имеет три скорости вращения (1000, 1500, 3000 об/мин). Ротор-крестовина приспособлен для 12 обычных центрифужных пробирок. Наибольший объем центрифугируемой жидкости — 150 мл.
Центрифуги с большой скоростью вращения ротора в большинстве случаев снабжены сменными роторами, рассчитанными на различные объемы жидкости, и применяются для разделения тонкодисперсных взвесей.
Лабораторная настольная центрифуга ЦЛН-2 (рис. 5, 2) имеет угловой ротор на шесть коротких пробирок общей емкостью 72 мл. Максимальная скорость вращения —9000 об/мин.
Рис. 5. Различные лабораторные центрифуги: 1 — клиническая; 2 — настольная; 3 — угловая малогабаритная; 4 — стационарная; 5 — рефрижераторная.
Угловая малогабаритная центрифуга ЦУМ-1 (рис. 5, 3) имеет три сменных угловых ротора с различным количеством пробирок и гематокрит: ротор для 6 пробирок общей емкостью 150 мл, ротор для 10 пробирок общей емкостью 120 мл, ротор для 24 пробирок общей емкостью 120 мл, гематокрит для двух капилляров. Максимальная скорость вращения— 10 000 об/мин.
Центрифуга снабжена электрочасовым механизмом.
Лабораторная стационарная центрифуга ЦЛС-2 (рис. 5, 4) имеет два сменных ротора. Ротор-крестовина снабжен четырьмя стальными гильзами емкостью по 500 мл и четырьмя стеклянными пробирками к ним емкостью по 250 мл. Угловой ротор снабжен 8 полиэтиленовыми и стальными пробирками емкостью 50—75 мл. Максимальное вращение роторов до 6000 об/мин. Центрифуга снабжена электрочасовым механизмом.
К числу специальных центрифуг относится лабораторная рефрижераторная центрифуга ЦЛР-1 (рис. 5,5), предназначаемая для центрифугирования при пониженных температурах (—5° и выше) различных изменяющихся даже при комнатной температуре веществ — большей частью белковых суспензий. Центрифуга имеет три сменных ротора, обеспечивающих различные режимы центрифугирования. Два ротора идентичны но техническим характеристикам роторам центрифуги типа ЦЛС-2, третий ротор, надевающийся на добавочную ось, развивает 18 000—18 500 об/мин. Максимальный объем исследуемого препарата —48 мл. Центрифуга снабжена электрочасовым механизмом. Охлаждение рабочей камеры осуществляется при помощи холодильной машины.
См. также Ультрацентрифугирование.