máy đo ly tâm

máy đo ly tâm

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHẦN I.ĐẠI CƯƠNG VỀ LY TÂM………3

1 Giới thiệu chung……… ……3

2 Lực ly tâm và lực ly tâm tương đối………4

3 Hệ số lắng……… 8

PHẦN II.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY LY TÂM……….….10

1. Phân loại và tính năng tác dụng của máy li tâm……… 10

2. Yêu cầu chất lượng……….13

3. Lắp đặt bảo dưỡng máy li tâm………14

4. Cấu tạo máy li tâm……… 15

5. Lắp đặt bảo dưỡng máy li tâm……… ……… 21

6. Quy trình vận hành……… 23

Tài Liệu Tham Khảo……… …26

PHẦN I.ĐẠI CƯƠNG VỀ LY TÂM

1 Giới thiệu chung

Ly tâm là một quá trình được sử dụng để tách hoặc cô đặc các vật liệu lơ lửngtrong môi trường chất lỏng Cơ sở lý thuyết của công nghệ này là do ảnh hưởng củatrọng lực lên các phần tử (bao gồm các phân tử lớn) lơ lửng trong chất lỏng Haiphần tử có khối lượng khác nhau sẽ lắng trong một ống ở những tốc độ khác nhautương đương với trọng lượng Lực ly tâm được sử dụng để tăng tốc độ lắng nàytrong một thiết bị được gọi là một quá trình ly tâm Hay nó cách khác, ly tâm là mộtquá trình tách dựa trên kích thước các hạt và mật độ khác nhau giữa pha lỏng và pharắn

Máy ly tâm là thiết bị sử dụng trong các lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khácnhau, nó quay xung quanh một cái ống (ống ly tâm) ở tốc độ quay lớn và lực ly tâmcao Lực ly tâm tạo ra là tỷ lệ đối với tốc độ quay của roto (rpm) và khoảng cáchgiữa tâm của roto và ống ly tâm Bởi vậy, một quá trình ly tâm có thể sử dụng nhiềukích cỡ roto để tạo ra độ linh động trong việc lựa chọn các điều kiện của máy ly tâm.Mỗi máy ly tâm có một đồ thị đặc trưng hoặc một bảng thể hiện mỗi quan hệ giữatốc độ quay và lực ly tâm tương ứng với mỗi loại roto nó được chấp nhận

Đặc biệt, vật liệu ly tâm là được đặt vào một ống ly tâm sau đó được đặt vàoroto Roto được làm bằng kim loại và nó làm mất nhiệt nhanh Máy ly tâm làm việctrong môi trường chân không và được làm lạnh để giảm lượng nhiệt tạo ra bởi lực

ma sát như là quay roto Các roto luôn luôn được giữ trong môi trường lạnh để giữchúng bằng hoặc gần với nhiệt độ hoạt động

Do máy ly tâm thích hợp với tất cả hình dạng, kích thước và các loại rotokhác nhau, đơn vị thông dụng và có thể vận chuyển của máy ly tâm là lực ly tâm.Trong phòng thí nghiệm chúng ta nên thông báo lực ly tâm đã sử dụng do nó là đơn

vị có thể di chuyển giữa các loại ly tâm khác nhau

2 Lực ly tâm và lực ly tâm tương đối

o

Fht Flt

2.1 Lực ly tâm

tâm Fht= mω2r

cùng phương, cùng độ lớn, ngược chiều

r F

F ht = lt =ω2

2.1 Lực ly tâm tương đối

Ngoài lực hướng tâm, vật còn chịu tác dụng lực hút của trái đất P Tổng hợp

lực ta có lực hướng tâm thực tế Do vậy, trực đối có lực ly tâm thực tế, gọi là lực lytâm tương đối:

8,98

,9

m F

RCF = lt = ϖ ×

Hiệu ứng ly tâm được ứng dụng trong các máy ly tâm Hiệu ứng ly tâm xảy rakhi vật chuyển động tròn tới một vân tốc lớn mà lực liên kết không đủ giữ cho vậtchuyển động trên quĩ đạo tròn, nên vật bị văng ra xa tâm theo phương tiếp tuyến vớiquĩ đạo, với vân tốc có trước khi mất liên kết

Các thông số liên quan tới lực ly tâm tương đối (Relative Centrifugal Force RCF):

-2 ) ( ) / ( 2

2

) (

2 )

( ) / ( 2

1000 18

, 11 980 60

) 2 ( 980

8 , 9

cm p v cm

cm s rad

 Vận tốc góc ω (hoặc vận tốc dài n)

máy ly tâm

Giả sử máy ly tâm quay với tốc độ 12.000 rpm

(vòng/phút) ta có thể tính lực ly tâm tương đối

trong ống ly tâm:

RCF miệng ống=11,18 x

2 2

1000

) 000 12 (

x r min = 11,18 x 12 x 4,8 = 7.734

RCF ở đáy ống là =11,18 x

2 2

1000

) 000 12 (

x rmax

= 11,18 x 12 x 8

= 12.891 Qua tính toán ta thấy lực ly tâm tương

đối ở miệng và đáy ống ly tâm khác nhau gần

gấp đôi Để tiện tính toán, ta có thể tính giá trị trung bình của lực ly tâm tương đối ởống ly tâm là trị số trung bình của lực ly tâm tương đối ở miệng ống và đáy ống

Trên thực tế do các chất khác nhau nên lực ly tâm tác dụng vào một chất nhấtđịnh sẽ được tính theo công thức :

10002

g: là trọng lượng riêng của một chất nhất định

Như vậy là chất nào có trọng lượng riêng càng lớn sẽ chịu một lực lý tâm cànglớn và chất đó bị văng ra xa hơn các chất khác Chính điều này ta có khả năng táchđược các thành phần trong máu, cũng như lắng cặn trong nước tiểu

Hình 1.1: RCF tỷ lệ với r và v2

2.3 Phương pháp xác định nhanh RCF bằng thước đo

Bảng xác định RCF bằng thước đo

 Hướng dẫn Sử dụng thước đo bằng tay:

Để tìm quan hệ giữa lực ly tâm tại bán kính quay (cm) và tốc độ quay là(vòng/phút), đặt cạnh thước tại điểm A (10cm) của thang đo bán kính quay(Rotating Radius ScaIe) thẳng với điểm B (3000 v/ph) của thang đo tốc độ quay(Speed Scale) Đọc kết quả tại điểm Gắt C (1000 X g) của thang do lực ly tâmtương đối (Relative Centrifugal Force)

3 Hệ số lắng

Như chúng ta đã biết các phân tử (molecules) hoặc phân tử (particles) khiquay xung quanh một trục thì chịu một lực ly tâm F Dưới ảnh hưởng của lực nàychúng sẽ bị lắng về phía đáy của ống ly tâm với một tốc độ là v

v =

r f

P P

: Khối lượng phân tử M = mx

: Khối lượng cụ thể của từng phân tử

: Số Avogadro

S: Hệ số lắng 1S = 1e-13 sec

: Mật độ chất

Vì nhiều phân tử có ý nghĩa sinh học có các hệ số lắng hơn 10-13 nên con số 10-13được xác định như một đơn vị Svedberg (S)

Hệ số ma sát của một phân tử phụ thuộc vào kích thước, hình dáng của nó vàvào độ nhớt (Vscosily) của môi trường mà nó đang lắng

Từ những phát hiện này có thể thấy rằng tỷ lệ lắng được tăng lên bởi kíchthước, hình dáng và tỷ trọng của môi trường trong đó chúng đang chuyển động

Bảng cho dưới đây để làm ví dụ khi cần tách một số chất trong máu ở nhữngtốc độ và thời gian khác nhau

Chất cần tách Nhiệt độ

( 0 C)

Thời gian (Phút)

Tốc độ (rpm)

PHẦN II.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY LY TÂM

1 Phân loại và tính năng tác dụng của máy li tâm

1.1 Tính năng, tác dụng

Máy ly tâm được sử dụng trong các ngành KH, trong đời sống hàng ngày.Đặc biệt trong ngành y tế, được sử dụng trong các phòng xét nghiệm để tách, phântích các tế bào, bào quan, máu, nước tiểu, Protein, DNA,

Ví dụ: Dùng phương pháp ly tâm phân tích các thành phần của nước tiểu nhưhồng cầu, bạch cầu, trụ cầu để chẩn đoán bệnh nhân có bị viêm hay không viêmđường tiết niệu

1.2 Phân loại máy ly tâm

Có nhiều cách để phân loại các kiểu ly tâm khác nhau Trong thực tế máy ly tâmđược phân loại như sau:

 Theo yếu tố phân ly gồm:

huyền phù mịn)

 Theo công dụng của máy ly tâm

hoặc để tách nước của các vật liệu rắn ngậm nước

huyền phù có nồng độ thấp

huyền phù có nhiệt độ thấp

 Theo cấu tạo chỗ tựa của máy ly tâm gồm: kiểu đứng và kiểu treo.

 Theo vị trí của trục ly tâm có loại: Loại nằm ngang, loại nằm nghiêng và loại

thẳng đứng

 Theo phương pháp tháo bã gồm các loại: tháo bã bằng tay, bằng vít tải, bằng

dao cạo, bằng thanh gạt hoặc thủy lực

 Theo phương thức tổ chức quá trình gồm: Máy ly tâm làm việc gián đoạn

hoặc liên tục

Với mỗi máy ly tâm tùy theo ứng dụng và công nghệ để xếp các loại máy nàyvào các cách phân loại đã được liệt kê ở trên

 Phân loại theo tốc độ quay

Các máy này thường có tốc độ cỡ vài ngàn vòng/phút (n.1000rpm), được sửdụng trong lâm sàng để làm cô đọng hoặc tập trung một số nhỏ các chất, có thể lắngnhanh các hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu hoặc các tế bào nấm men (Yeast cells) Mặc

dù tốc độ quay không được điều chỉnh hoặc điều chỉnh trong phạm vi hẹp nhưngnhững máy này vẫn được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích khác nhau mà khôngcần sử dụng những máy lớn hơn, phức tạp hơn

Các máy li tâm tốc độ cao là các máy được sử dụng ở tốc độ tối đa từ 20.000đến 25.000rpm Các máy này chiếm một số lượng lớn, thường chúng được trang bịthêm thiết bị làm lạnh buồng Rotor

Máy chủ yếu dùng để thu gom các nấm men (yeast), hoặc vi khuẩn từ mộtmôi trường lớn (5-500lít) ở các máy có dung tích nhỏ hơn, nó được sử dụng để thulượm các vi khuẩn, các mảnh vỡ của tế bào, các tế bào, các bào quan lớn của tế bào,kết tủa Sulfate và các kết tủa miễn dịch và nhiệt độ buồng rotor được duy trì trong

để có thể làm kết lắng một cách có hiệu quả các vius, các bào quan nhỏ như cácRibosome hoặc các phân tử riêng biệt

Sự phát triển của các máy siêu li tâm với khả năng có thể đạt được lực li tâmvượt quá 500.000g (75.000rpm, r = 8cm) đã mở ra các lĩnh vực hoàn toàn mới trongnghiên cứu hoá sinh học

Nó cho phép tách riêng biệt các tế bào quan trong tế bào mà trước đó các bàoquan này chỉ được quan sát bằng kính hiển vi điện tử (elctrron micrographs) Điềunày cũng cho phép định hướng các cấu tử enzym của các bào quan, cung cấp nhữnghiểu biết sâu sắc về những liên quan về cấu trúc và chức năng của chúng Các viuscũng có thể được tách ở dạng tinh khiết, cho phép xác định một cách kĩ lưỡng bảnchất của chúng Các đại phân tử như DNA, RNA và Protein cũng có thể được phântích một cách chi tiết ngay cả ở mức độ khi hai kiểu phân tử DNA chỉ khác nhaunguyên tử Nitơ 15N và 14N.

Như vậy, phương pháp li tâm sử dụng rất rộng rãi trong hoá sinh Tài liệu nàygiúp ta nghiên cứu để sử dụng và bảo quản hai loại máy li tâm thông dụng đó là:máy li tâm tốc độ thấp hay còn được gọi là máy li tâm đặt bàn sử dụng trong lâmsàng (Desktop Clinical Centrifuge) và máy li tâm tốc độ cao

Việc sử dụng các li tâm loại này để tách các thành phần như huyết tương, tiểucầu, bạch cầu, hồng cầu trong máu hoặc là lắng cạn nước tiểu người ta có thể thựchiện được nhiều mục đích khác nhau, điều đó là rất có lợi

Ví dụ như trong lĩnh vực truyền máu, nếu chỉ cần truyển máu từng phần ta cóthể dùng máy li tâm để tách riêng thành phần cần truyền như hồng cầu hoặc hồngcầu rửa, tiểu cầu hoặc các thành phần khác

Trong xét nghiệm chẩn đoán bệnh lí nhờ li tâm khi xác định được thể tíchkhối hồng cầu ta có thể xác định được tình trạng bệnh nhân thiếu máu Nếu thể tíchkhói hồng cầu đạt 42 - 45% thì bệnh nhân ở tình trạng bình thường Nếu thể tíchkhối hồng cầu nhỏ hơn 40% là bệnh nhân ở trong tình trạng thiếu máu

Khi chẩn đoán bệnh xuất huyết phải xác định thành phần tiểu cầu

Khi chẩn đoán bệnh bị nhiễm khuẩn tiết niệu người ta cần lắng cặn nước tiểutheo cách để lắng tự nhiên hoặc li tâm nhẹ tốc độ dưới 3000rpm Khi đó ta xác định

có các thành phần hồng cầu, bạch cầu, tụ cầu hay không

Để xác định bệnh nhân bị sỏi thận, tổn thương chấn thương hoặc lao qua máy

li tâm để lắng cạn nước tiểu, người ta xác định các chất acid, kiềm trong nước tiểu

Tập trung các nhân tế bào

Tập trung các hạt hữu cơ

Tập trung các ribosome

Tập trung các phân tử lớn

Có

Có KhôngKhông Không

CóCóCóKhông Không

Có

Có CóCóCó

2 Yêu cầu chất lượng

Mỗi loại thiết bị có yêu cầu chất lượng riêng để đáp ứng đầy đủ những tínhnăng, tác dụng của nó Máy li tâm có những yêu cầu chất lượng như sau:

nghĩa là motor phải có tốc độ cao và điều chỉnh được tốc độ theo các yêu cầuxét nghiệm khác nhau

xét nghiệm

thái làm việc của máy

3 Lắp đặt bảo dưỡng máy li tâm

3.1 Lắp đặt máy

thuật

đường gas

với điện áp định mức của máy được ghi trên các máy

3.2 Bảo dưỡng máy

 Công việc hàng ngày:

nhẹ (không dùng xà phòng), không để ướt Sau đó dùng nước ấm để lau chùilại máy

vỡ không, nếu có thì lấy hết các miếng thuỷ tinh vỡ ra, nếu có thể dùng máyhút để hút sạch các miếng thuỷ tinh vỡ nhỏ Nếu có nước dịch chảy ra ngoàithì phải lau chùi sạch sẽ như đã hướng dẫn phần trên

không phải tra dầu

Chú ý: Trong quá trình kiểm tra bảo dưỡng máy phải rút phích điện để bảo đảm an

toàn trong khi bảo dưỡng máy

 Công việc định kì:

tra sự tiếp xúc giữa chổi than và cổ góp

Hình 2.1 Thay thế chổi than máy ly tâm

4 cấu tạo máy li tâm.

4.1 Cấu tạo cơ khí:

Hình 2.2: Giới thiệu cấu tạo cơ khí của môt máy li tâm

Giá đặt ống nghiệm lắp liền với trục động cơ được gọi chung là rotor ở máy

li tâm có hai loại rotor:

với trục như hình 2.3

 Loại giá treo ở rotor (Swinging bucket rotor): Loại này khi rotor quay,ống nghiệm sẽ nghiêng một góc với một bán kính quay R tuỳ theo tốc độquay của máy.

Hình 2.2 Giới thiệu cấu tạo phần cơ khí của một máy li tâm

Giá có thể đặt được một hoặc nhiều loại ống nghiệm khác nhau: 10cm, 12cm, 15cmv.v

Có phần ngăn cách giữa khoang đặt ống nghiệm và hộp mặt máy

Hình 2.3 Loại giá treo ở rotor

Động lực

và điều khiển

Đo lường

Hình2.4: Giới thiệu cách đặt ống nghiệm lên giá đặt ống nghiệm

4.2 Cấu tạo phần điện.

4.2.1 Sơ đồ khối:

Một máy li tâm hoàn chỉnh sẽ có đầy đủ các khối chức năng như hình 2.5

Hình 2.5 Sơ đồ khối một máy li tâm hoàn chỉnh

Với những máy li tâm đơn giản có thể chỉ gồm hai khối cơ bản là đủ như khốinguồn, khối động lực và điều khiển

Tuỳ theo yêu cầu chất lượng của máy mà người ta thiết kế thêm các khốikhác Với máy li tâm lạnh còn có thêm khối làm lạnh.

4.2.2 Chức năng, tác dụng của từng khối.

a) Khối nguồn:

Cung cấp nguồn điện cho các khối làm việc

Tuỳ theo tính chất hiện đại của từng máy mà khối nguồn có thể đơn giản hoặc phứctạp

Khối nguồn gồm có nguồn cung cấp cho mạch động lực và nguồn nuôi chomạch điều khiển và các mạch khác

Việc cung cấp nguồn cho động cơ có thể đấu trực tiếp hoặc qua các mạchtrung gian để điều chỉnh tốc độ

b) Khối động lực và điều khiển:

Tạo ra lực li tâm để thực hiện các yêu cầu xét nghiệm khác nhau

Nguồn lực này có thể điều khiển được theo yêu cầu xét nghiệm thông quaviệc điều chỉnh tốc độ động cơ

Động cơ để tạo ra nguồn lực trong máy li tâm thường được sử dụng loại động

cơ điện một chiều hoặc động cơ vạn năng

Cấu tạo của động cơ vạn năng giống như một động cơ điện một chiều kích từnối tiếp nhưng nó có đặc điểm là có thể sử dụng được ở nguồn điện một chiều vàxoay chiều

Các loại động cơ này có mô men mở máy lớn và khả năng quá tải về mô men

và có tốc độ cao từ 4000V/ phút đến 20.000V/ phút và cao hơn nữa

Điều khiển tốc độ động cơ: để thay đổi tốc độ động cơ ở máy li tâm thường

sử dụng các mạch thay đổi điện áp đặt vào động cơ hoặc thay đổi dòng điện quađộng cơ

c) Khối phanh:

: Ilv (làm việc) : Ih (hãm)

Nhóm 17-Máy Ly Tâm

Thực hiện dừng máy nhanh khi cần thiết

Việc hãm (phanh) động cơ có thể thực hiện theo hai phương pháp:

- Hãm động năng

- Hãm ngược

ly tâm:

Điều kiện hãm động năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp:

Rel1 2 5 10

R1

R2

+24VDC KT

Hình2.6: Mạch điện khối phanh

Nguyên lý hoạt động:

cơ Đồng thời nối nguồn +24 VDC với kích từ và đấu khép kín phần ứng động cơvới điện trở hãm R1

ban đầu (Ilàm việc)

³Tải là cảm nên lúc này xuất hiện một sức điện động có dòng (Ihãm) chảy trong phần

5 Lắp đặt bảo dưỡng máy li tâm.

Đấu dây đất cho máy theo đúng kĩ thuật

Trước khi đấu điện lưới vào máy phải kiểm tra chắc chắn điện lưới phù hợpvới điện áp định mức của máy được ghi trên các máy

Từng sự cố phải có cách kiểm tra để khẳng định chíng xác chỗ hỏng

 Một số Sự cố thường gặp và cách khắc phục

TT Hiện tượng Nguyên nhân Cách khắc phục

- Kiểm tra, thay thế

- Kiểm tra, thay thế-Kiểm tra, sửa chữa,thay thế

- Thay thế chổi thanmới

- Kiểm tra, cuốn lại,thay thế

- Kiểm tra, thay thế

- Kiểm tra, sửa chữa,thay thế

Kiểm tra, sửa chữa, thaythế

Khi máy chạy,

rung lắc, có

tiếng ồn

Dừng máy, sắp xếp lạimẫu xét nghiệm cho đốixứng

6 Quy trình vận hành

B1 Chuẩn bị

B 2 Cho máy chạy:

chắn

không định thời gian

 Quy trình vận hành máy:

TT Bước vận hành Biểu hiện – Tác dụng

đối xứng qua trục động cơ

Đảm bảo cân bằng tĩnh, cân bằngđộng