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