Лабораторная медицинская центрифуга: особенности, описание

Центрифуги: основные типы

Центрифуги бывают закрытыми и открытыми, с механическим или ручным приводом. Основной рабочей частью ручных открытых приборов выступает вращающаяся ось, расположенная вертикально. В ее верхней части перпендикулярно закреплена планка, где располагаются подвижные металлические гильзы.

В них помещаются специальные пробирки, зауженные в нижней части. На дно гильз укладывают вату, что позволяет избежать повреждения стеклянной пробирки при соприкосновении с металлом. Далее аппарат приводят в движение. По истечении некоторого времени происходит отделение жидкости от твердых взвешенных частиц.

Механические центрифуги закрытого типа обладают большим количеством гильз для размещения пробирок. Такие приборы более удобны по сравнению с ручными. Их роторы приводятся в движение мощными электромоторами и способны разгоняться до 3000 оборотов в минуту. Это дает возможность осуществлять более качественную сепарацию жидких субстанций от твердых.

Основные технические особенности, на которые стоит обратить внимание при подборе прибора этого класса — какие они?

Если вы решили приобрести центрифугу для проведения качественных лабораторных и научных исследований, то в первую очередь обращайте внимание не скорость вращения ротора. Обычно скорость вращения ротора в большинстве устройств лабораторного типа, например в лабораторной центрифуге ЦЛМН Р-10-02 и других, не превышает значения 3000 оборотов в минуту (если речь идет о настольных моделях).

Далее обратите внимание на дискретность – шаг, при помощи которого меняется частота вращения устройства. Чем он меньше, тем функциональнее центрифуга.

Тип ротора может быть горизонтальным или угловым.

Узнайте, сколько пробирок помещается за одну закладку в агрегат. Уточните допустимый объем пробирок.

Обратив внимание на вышеперечисленные технические характеристики, вы сможете выбрать оптимальное устройство по хорошей цене. Цена агрегатов обычно варьируется от 18 до 270 тысяч рублей.

Основные элементы оборудования

Современные центрифуги, применяемые в лабораторной и медицинской практике, оснащены многими полезными функциями, например, такими как таймер, сменные насадки, регулятор скорости вращения устройства и другие. Но основные элементы неизменны, и это:

• Корпус устройства и герметичная крышка.
• Специальная рабочая камера, в которую помещаются пробирки.
• Ротор.
• Двигатель.
• Пульт управления.
• Блок питания.

Более дорогие модели могут быть оснащены дисплеем, датчиками, детекторным устройством, системой охлаждения, автоматической блокировкой крышки и т. д.

Традиционно при изготовлении корпуса и герметичной крышки производители используют нержавеющую сталь, полипропилен, алюминий, различные металлические сплавы. Это обеспечивает долговечность оборудования. Многие материалы, используемые при производстве данного оборудования, не поддаются воздействию агрессивной среды.

Что такое лабораторная медицинская центрифуга?

Любая лаборатория может работать полноценно только тогда, когда в ней есть оптимальный набор инструментов и приборов, которые готовы к регулярному использованию. Лабораторная центрифуга – это устройство, которое эксплуатируется в медицинской и научной практике ежедневно.

Главная задача данного прибора заключается в разделении веществ по плотности и консистенции при помощи центробежной силы. Так, вещества, обладающие максимальным удельным весом, помещаются в периферию, а фракции, обладающие минимальным удельным весом, становятся ближе к оси вращения.

В научной и медицинской практике разделять разнообразные жидкости на фракции при помощи лабораторных медицинских центрифуг приходится довольно часто. Жидкость помещают в специальный контейнер, и после включения устройства центрифуга начинает вращаться вокруг своей оси очень быстро. В итоге образуются однородные элементы – составляющие исходной жидкости.

Центрифуга. история центрифуги. физические основы центрифугирования. виды центрифуг.

Базовая конструкция осадительных центрифуг

Машина со шнековым способом выгрузки состоит из следующих деталей:

1. Шнек.
2. Редуктор.
3. Роторный барабан.
4. Электродвигатель с приводом.
5. Загрузочные и сливные каналы.
6. Бункер для слива фугата.
7. Приёмник для осадка.

По мере износа или в случае поломки, детали без труда можно заменить новыми. Поставщики обеспечивают клиентам надёжную техническую поддержку.

Виды осадительных центрифуг

Промышленные центрифуги отстойного типа делятся на 2 вида по расположению вала: горизонтальное и вертикальное. Вдобавок к этому установки классифицируются по способу разгрузки:

1. ручные;
2. шнековые;
3. скребковые;
4. гравитационные;
5. пульсирующим поршнем.

В зависимости от эксплуатационного назначения, модель осадительной машины оборудуется барабаном цилиндрической, конической или тарельчатой формы.

В подавляющем большинстве, производители выпускают шнековые центрифуги непрерывного действия с горизонтальным расположением ротора.

Виды центрифугирующих установок

Промышленные центрифуги классифицируются по типу технологического назначения, в том числе по принципу деления систем. 

Таким образом станкостроители предлагают промышленникам центрифуги следующих видов:

1. Разделяющие.
2. Фильтрующие.
3. Осветляющие.
4. Осадительные.
5. Комбинированные.

Из них самыми востребованным в промышленности считается осадительный (отстойный) вид машин. Установки этого класса эффективно сепарируют тяжело-фильтрующиеся вещества и продуктивно выделяют твёрдые частицы, содержащиеся в суспензиях различного рода. Вместе с этим осадительные центрифуги вобрали в себя оптимальные эксплуатационные характеристики: они высокопроизводительные; обеспечивают непрерывность процесса; не требовательны к высокому качеству обслуживания по причине простой конструкции.

Выбираем центрифугу?

Выбирая центрифугу для лабораторных и медицинских исследований, следует учитывать несколько факторов.

В первую очередь необходимо определиться, какие типы анализов будут проводиться при помощи данного оборудования. В области биохимии, гематологии, иммунохимии, цитологии применяются разные устройства с разными техническими характеристиками и рабочими режимами.

Далее нужно определить объемы будущих исследований и то, какие виды исходных материалов планируется использовать. Нелишним будет учесть и требования безопасности. Если планируется исследовать небольшие объемы веществ, то микроцентрифуги для этих целей будет достаточно.

Для небольшой или передвижной лаборатории нет необходимости приобретать громоздкое оборудование, ведь в таком случае объем исследований будет маленьким. Как правило, большие центрифуги оснащены массой дополнительных функций, которые, скорее всего, не будут задействованы. Незачем переплачивать лишнее. Компактная настольная лабораторная центрифуга будет идеальным решением в данной ситуации.

Так как ее размеры небольшие, она не будет мешать при проведении других исследовательских мероприятий. Для нее очень просто и легко обеспечить питание (подключается к обычной розетке).

Где еще используют подобные агрегаты?

Производители лабораторных центрифуг постарались сделать их многофункциональными и с каждым годом выпускают все более усовершенствованные модели. Данный агрегат является незаменимым помощником в медицинской, химической, экспериментальной и даже промышленной лаборатории. Он позволяет максимально точно исследовать разнообразные составы веществ.

В нефтяной промышленности подобные аппараты используют при изучении углеводорода, а также при контроле качества дорожного покрытия. Также центрифуги применяются для обогащения руды и при производстве стиральных машин. В сельскохозяйственной сфере центрифуги применяются для эффективной очистки зерна, выделения меда из пчелиных сот, отделения жира от молока.

Без центрифуги просто невозможно обойтись при делении изотопов в физике. Кто нибудь покупал оборудование, в т.ч. центрифуги, в пущинских лабораториях? Сейчас много мошенников, которые берут предоплату и не поставляют товар, поэтому хочется подстраховаться…

Где используются центрифуги

Само словосочетание «промышленная центрифуга» означает, что машина предназначена для эксплуатации на промышленных объектах. Такие предприятия обработки сырья могут быть малыми, средними и крупными. Поэтому области применения сепаратного оборудования формируют длинный список.

Среди его номенклатуры можно выделить наиболее распространённые отрасли:

1. Пищевая промышленность.
2. Нефтепереработка.
3. Ядерная физика.
4. Фармацевтика.
5. Металлургия.

С помощью центрифужной технологии: пищевики сепарируют сахар от мелассы (патоки); нефтепереработчики очищают нефть от воды и парафинов; физики-ядерщики разделяют изотопы на «богатую» и «бедную» смеси; металлурги отделяют расплавленные цветные металлы от отходов электроники и так далее.

Какие вещества можно разделить на частицы при помощи центрифуги?

Данное устройство предназначено для разделения таких биологических жидкостей, как кровь, моча, лимфа, материнское молоко. Эти вещества неоднородны, и при изучении анализов больного человека не избежать их легкого разделения при помощи лабораторной центрифуги.

Кроме того, данный агрегат предназначен не только для разделения жидких веществ на составляющие, а и для отделения твердых фракций от жидкостей. Жидкости, в состав которых входят частицы разной степени тяжести, легко распределяются на составляющие при помощи центрифуги лабораторной. Это могут быть не только кровь или лимфа, но и различные суспензии.

Классификация устройств

Центрифуги лабораторные и медицинские имеют свою классификацию. Поэтому необходимо с ней ознакомиться перед тем, как покупать данное устройство.

По типу агрегата их делят на общелабораторные, гематокридные и устройства, оснащенные системой охлаждения. Первый тип центрифуги является наиболее востребованным и распространенным. Второй предназначен для того, чтобы проводить исследования крови. Третьи позволяют охлаждать исследуемое вещество в процессе анализа.

Также устройства классифицируются по типу и объему рабочей посуды. Это могут быть: микроцентрифуги (настольные), агрегаты малого объема, центрифуги большого объема, напольные варианты, универсальные центрифуги.

Не стоит забывать и о функциях лабораторной центрифуги. Существуют аппараты, обладающие малой скоростью вращения, высокоскоростные агрегаты, центрифуги, в которых предусмотрено несколько функций, а также ультрацентрифуги.

Конструктивные особенности приборов

Вышеописанное оборудование представляет собой барабан, оснащенный отверстиями разного диаметра. Именно в них под различным углом устанавливаются пробирки с исследуемыми материалами. Довольно мощный мотор центрифуги и герметичная крышка позволяют обеспечить качественную и полноценную работу устройства.

Основное отличие центрифуг заключается в конструктивном исполнении. Оно может быть разным и зависит от того, в каких целях будет использовано данное оборудование в дальнейшем.

Назначение лабораторной медицинской центрифуги

Главная задача прибора – разделение веществ по плотности и консистенции посредством центробежной силы. Вещества с максимальным удельным весом помещаются в периферию, а фракции с минимальным удельным весом, приближаются к оси вращения. В сфере науки и медицины сотрудники сталкиваются с разделением жидкостей на фракции ежедневно.

Жидкость помещается в специальный контейнер и после включения прибор начинает вращаться вокруг своей оси с высокой скоростью. В результате образуются однородные составляющие исходной жидкости. Работа центрифуги называется центрифугированием. Эффективность устройства зависит от скорости вращения ротора и интенсивности его оборотов.

В основном лабораторные медицинские центрифуги российского производства используют для разделения биологических жидкостей: мочи, крови, лимфы, материнского молока. Эти вещества имеют неоднородную структуру и при изучении анализов пациента требуется легко разделить их на составляющие с помощью агрегата.

Агрегат также подходит для отделения твердых фракций от жидкостей. Жидкости, состоящие из частиц разной степени тяжести, легко разложить на составляющие. К жидкостям такого типа относятся кровь или лимфа, а также суспензии.

Область применения

Комплектация и функционал целиком зависят от области, в которой оборудование будет использоваться. Так, одним из ключевых параметров считается частота вращения барабана и его размещение в корпусе: он может размещаться горизонтально, а может под определённым углом.

Лабораторная центрифуга используется в исследовательских, учебных или научных лабораториях: для этих целей лучше купить напольную или настольную модель. Они же с успехом используются в пищевой промышленности, в частности, для определения свойств молока и их исследования.

Особенно важны точность и возможность создавать необходимые для разделения биологических фракций условия. Современное устройство нередко обладает микропроцессором, который программируется на совершение и вывод на экран некоторых условий работы, а также охлаждающими рефрижераторными модулями.

Особенности подготовки пробирок при центрифугировании

Пробирки, что применяются для центрифугирования, должны быть наполнены исследуемым материалом идентичной массы. Поэтому для измерений здесь применяются специальные высокоточные весы. Когда требуется уравновешивание многочисленных пробирок в центрифуге, прибегают к следующему приему.

Взвесив пару стеклянных емкостей и добившись одинаковой массы, одну из них оставляют в качестве эталона. Последующие пробирки уравновешивают с этим образцом, прежде чем поместить в аппарат. Такой прием существенно ускоряет работу при необходимости подготовки к центрифугированию целой серии пробирок.

Стоит заметить, что в пробирки никогда не помещают слишком много исследуемой субстанции. Стеклянные емкости наполняют таким образом, чтобы расстояние до края составляло не менее 10 мм. Иначе вещество будет выливаться из пробирки под воздействием центробежной силы.

По месту установки

В зависимости от требований по месту расположения в пространстве, Вы можете купить один из трёх лабораторных типов:

• подстольные;
• настольные;
• стационарные или напольные.

Настольными считаются модели, вес которых колеблется в пределах 100 кг. Они устанавливаются на горизонтальные поверхности и применяются, как правило, в лабораториях: для подобных учреждений купить качественную центрифугу — вопрос репутации и надёжности оказываемых услуг. Ножки настольного оборудования снабжаются специальными резиновыми колпачками или присосками, снижающими скользящий момент.

Каждый настольный механизм требует для себя отдельной рабочей площади и достаточного пространства. Две центрифуги нельзя ставить рядом, поскольку разная амплитуда может привести к диссонансу и излишним вибрациям.

Напольные разновидности — это крупные стационарные устройства, пользующиеся спросом на больших промышленных объектах. Их цена обычно превышает цену менее габаритных установок.

И наконец, наименее популярны подстольные модели, снабжённые колёсиками для простоты транспортировки и специальными фиксирующими тормозами. Они актуальны для передвижных госпиталей и лабораторий: невысокий «рост», транспортабельность и небольшие габариты делают их удобным и выгодным решением.

По типу применения

По области применения это оборудование делится на:

• общелабораторные;
• специализированные;
• учебные.

Общелабораторные считаются наиболее универсальными — обычно купить их входит в план любого научного учреждения. Внутри такой механизм имеет ротор-вентилятор, который «затягивает» воздух внутрь и выталкивает его через отверстия. Специализированные разрабатываются для отдельных областей с учётом специфики, цена на них также варьируется. Распространены разновидности фармацевтические, пищевые, ветеринарные и другие.

Учебные используются в школьном и университетском быту для проведения различных химических и биологических опытов. Они достаточно маломощны, а также совершенно безопасны в эксплуатации.

По функциональности

Функциональность центрифуги — это, в первую очередь, скорость вращения ротора:

Делится это оборудование также по наличию или отсутствию модуля охлаждения, который может быть крайне актуален при необходимости проведения исследований в условиях достаточно низкой температуры — около -20°C. Они маркируются буквой «R», которая подразумевает наличие компрессионного рефрижератора.

Все перечисленные виды также могут быть препараторными и аналитическими, в зависимости от сферы применения, цены и требований специалиста, который будет с ними работать.

Преимущества метода

По сравнению с прочими методами, направленными на разделение отдельных субстанций, такими как фильтрование или отстаивание, центрифугирование дает возможность получать осадок с минимальным показателем влажности. Применение такого способа сепарации позволяет разделять тонкодисперсные суспензии.

Результатом становится получение частиц размером в 5-10 мкм. Еще одним важным преимуществом центрифугирования выступает возможность его выполнения при помощи аппаратуры малых объемов и габаритов. Единственным недостатком метода выступает высокая энергоемкость приборов.

Преимущества промышленных центрифуг

Промышленные центрифуги характеризуются рядом преимуществ. К плюсам таких установок можно отнести:

• возможность корректировки дифференциальной скорости;
• замкнутый цикл разделения и обезвоживания, за счет чего допускается переработка опасных и агрессивных веществ;
• высокую производительность;
• простоту конструкции и ремонтопригодность;
• осуществление подстройки в соответствии с выполнением различных технологических задач.

Немаловажным считается и то, что возможна замена всех изношенных и вышедших узлов и деталей установки в самые короткие сроки, ведь надежные производители предусматривают их наличие у себя на складах.

Принцип работы

Для подачи исходного продукта в промышленную центрифугу предусмотрен специальный патрубок. Продукт впрыскивается соосно барабану и распределяется в емкости. Ротор выполнен из двух частей: конической и цилиндрической, что предусмотрено для осуществления более качественного центрифугирования.

Разделение подаваемого сырья осуществляется под воздействием центростремительной силы, создающейся при вращении барабана установки. Механические примеси оседают на стенках ротора. Шнек, установленный соосно барабану, но вращающийся с отличающейся скоростью (с дифференциальным отклонением), непрерывно выгружает осадок из установки со стороны конической части через специальные технологические отверстия. Жидкость, отделенная в промышленной центрифуге, стекает в сливы, расположенные в противоположной стороне ротора.

Сверхцентрифуги

Для разделения составляющих чрезвычайно тонких суспензий недостаточно применения обычных ручных либо механических центрифуг. В данном случае требуется более внушительное воздействие на вещества со стороны центробежных сил. При реализации таких процессов применяются сверхцентрифуги.

Аппараты представленного плана оснащаются глухим барабаном в виде трубки незначительного диаметра – не более 240 мм. Длина такого барабана значительно превышает его сечение, что дает возможность в значительной степени повысить количество оборотов и создать мощнейшую центробежную силу.

В сверхцентрифуге исследуемое вещество поступает внутрь барабана, движется по трубке и ударяется о специальные отражатели, что отбрасывают материал на стенки прибора. Здесь же имеются камеры, предназначенные для раздельного вывода легких и тяжелых жидкостей.

К достоинствам сверхцентрифуг относятся:

• абсолютная герметичность;
• высочайшая интенсивность сепарации веществ;
• компактные размеры;
• возможность разделения субстанций на молекулярном уровне.

Существующие промышленные центрифуги

С учетом особенностей конструктивного исполнения промышленных центрифуг, их принято разделять на два типа. Итак, они бывают:

Исходя из того, на сколько фракций установка разделяет исходное вещество, различают:

• декантеры (жидкость и механические примеси);
• трикантеры (жидкости разной плотности (их две) и механические примеси).

Продолжительность цикла работы также определяет тип установки. В зависимости от этого параметра различают промышленные центрифуги:

• периодического включения;
• рассчитанные на непрерывную эксплуатацию.

Центрифуги от eurasia group

Европейский Союз ввёл в начале апреля 2022 г пятый пакет санкций, в котором есть запрет на поставку оборудования в Россию. В результате, приобретение европейских станков от именитых брендов, таких как: Alfa Laval Group (Швеция) и Flottweg (Германия) стало почти невозможным.

В свою очередь компания Eurasia Group продолжает снабжать промышленные предприятия центрифугами, благодаря партнёрским контрактам с китайскими производителями, такими как:

1. Zhangjiagang City Hengrui Pharmaceutical Machinery Co., Ltd;
2. Jiangsu Peony Centrifuge Manufacturing Co., Ltd;
3. Wuhan HDC Technology Co., Ltd;
4. Huada и другими.

Новаторские машины из КНР уже доказали свою надёжность, безупречность, эффективность, функциональность, безопасность и окупаемость в короткие сроки. Они действительно куда лучше, чем кажутся. В сравнении с европейскими центрифугами китайские аналоги стоят заметно меньше.

Например, большие промышленные декантерные или трикантерные центрифуги из Поднебесной не уступают по качеству и производительности упомянутым выше Alfa Laval и Flottweg. Секрет в том, что машины из КНР являются репликой европейских аналогов. Оба вида относятся к шнековым центрифугам и рассчитаны для эксплуатации на крупных комбинатах и заводах.

Ещё пример. Небольшим масложировым комбинатам пришлась по вкусу модель фильтрующей центрифуги для растительного масла SC-50от компании Wuhan HDC Technology.

Машина непрерывного действия рассчитана для удаления лишних примесей из свежевыжатого масла. Это осадительный вид центрифуги. Лишние частицы остаются на стенах барабана, а фугат стекает через нижний выходной канал в накопительный бак (контейнер). Основание установки выполнено из прочного чёрного металла и окрашено антикоррозийной порошковой эмалью, а бак изготовлен из нержавеющей стали.

Центробежный масляный аппарат SC-50 управляется программируемым логическим контроллером. Его интерфейс довольно прост и позволит оператору быстро привыкнуть к программированию производственных задач. Электронное оснащение и таймеры от компании Allen Bradley (США). Язык управления английский.

Центрифугирование в биологии

В биологии к сепарации веществ на отдельные субстанции прибегают при необходимости подготовки препаратов для исследования под микроскопом. Центрифугирование здесь производится на сложных устройствах – цитороторах. Такие аппараты помимо слотов для пробирок комплектуются держателями образцов, всевозможными предметными стеклами непростой конструкции.

Центрифугирование в нефтеперерабатывающей промышленности

Метод центрифугирования незаменим при добыче нефти. Существуют углеводородные ископаемые, из которых не полностью выделяется вода при дистилляции. Центрифугирование дает возможность убрать лишнюю жидкость из состава нефти, повысив ее качество. В данном случае нефть растворяют в бензоле, затем нагревают до 60°С, а затем подвергают воздействию центробежной силы. В завершение замеряют количество оставшейся воды в веществе и при необходимости повторяют процедуру.

Центрифугирование крови

Этот метод широко применяется для лечебных целей. В медицине он позволяет решать следующий ряд задач:

1. Получение очищенных образцов крови для проведения плазмафереза. В данных целях в центрифуге отделяют форменные элементы крови от ее плазмы. Операция дает возможность избавить кровь от вирусов, избыточных антител, болезнетворных бактерий, токсинов.
2. Подготовка крови для донорского переливания. После разделения телесной жидкости на отдельные фракции при помощи центрифугирования донору возвращают клетки крови, а плазма применяется для переливания либо замораживается в целях последующего использования.
3. Выделение тромбоцитарной массы. Субстанцию получают из плазмы крови, обогащенной тромбоцитами. Полученную массу используют в хирургических и гематологических отделениях медицинских учреждений, в неотложной терапии, операционных. Применение тромбоцитарной массы в медицине дает возможность улучшить свертываемость крови у пострадавших.
4. Синтез эритроцитарной массы. Центрифугирование клеток крови происходит путем деликатной сепарации ее фракций согласно специальной методике. Готовую массу, богатую эритроцитами, используют для переливания при кровопотерях, операциях. Эритроцитарная масса нередко применяется в целях лечения анемии, прочих заболеваний крови системного характера.

В современной медицинской практике применяется немало приборов нового поколения, которые дают возможность разгонять вращающийся барабан до определенной скорости и останавливать его в определенный момент. Это позволяет более точно разделять кровь на эритроциты, тромбоциты, плазму, сыворотку и сгустки. Аналогичным способом исследуются прочие телесные жидкости, в частности сепарируются вещества в составе мочи.

Этапы центрифугирования

Дифференциальное центрифугирование начинается с отстаивания веществ, что подлежат исследованию. Такая обработка материала происходит в аппаратах-отстойниках. В ходе отстаивания частицы вещества разделяются под воздействием гравитации. Это позволяет подготовить субстанции к более качественной сепарации с помощью центробежных сил.

Далее вещества в пробирках подвергаются фильтрации. На этом этапе применяются так называемые перфорированные барабаны, что предназначаются для отделения жидких частиц от твердых. В ходе представленных мероприятий весь осадок остается на стенках центрифуги.

В заключение

В настоящее время метод находит свое применение при необходимости выделения осадков растворов, очищения жидкостей, разделения компонентов биологически активных и химических веществ. Для сепарации субстанций на молекулярном уровне применяются ультрацентрифуги. Метод центрифугирования активно используется в химической, нефтяной, атомной, пищевой промышленности, а также в медицине.

Заключение

Центрифужные установки востребованы в различных отраслях промышленности, от нефтепереработки и металлургии, до фармацевтики и производства продуктов. Поэтому на рынке оборудования можно гарантировано найти машину для малого, среднего и крупного предприятия.