Cơ sở lý thuyết chung về máy ly tâm.DOC

Phần 1 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 lửng trong môi trường chất lỏng. Cơ sở lý thuyết của công nghệ này là do ảnh hưởng của trọng lực lên các phần tử (bao gồm các phân tử lớn) lơ lửng trong chất lỏng. Hai phần tử có khối lượng khác nhau sẽ lắng trong một ống ở những tốc độ khác nhau tương đương với trọng lượng. Lực ly tâm được sử dụng để tăng tốc độ lắng này trong một thiết bị được gọi là một quá trình ly tâm. Hay nó cách khác, ly tâm là một quá trình tách dựa trên kích thước các hạt và mật độ khác nhau giữa pha lỏng và pha rắn. Máy ly tâm là thiết bị sử dụng trong các lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau, nó quay xung quanh một cái ống (ống ly tâm) ở tốc độ quay lớn và lực ly tâm cao. Lực ly tâm tạo ra là tỷ lệ đối với tốc độ quay của roto (rpm) và khoảng cách giữa tâm của roto và ống ly tâm. Bởi vậy, một quá trình ly tâm có thể sử dụng nhiều kích 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 giữa tốc 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 vào roto. Roto được làm bằng kim loại và nó làm mất nhiệt nhanh. Máy ly tâm làm việc trong môi trường chân không và được làm lạnh để giảm lượng nhiệt tạo 1 ra bởi lực ma sát như là quay roto. Các roto luôn luôn được giữ trong môi trường lạnh để giữ chúng bằng hoặc gần với nhiệt độ hoạt động. Do máy ly tâm thích hợp với tất cả hình dạng, kích thước và các loại roto khác 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 2.1. Lực ly tâm Một vật chuyển động tròn với vận tốc góc ω chịu tác dụng của: 1 lực hướng tâm F ht = mω 2 r và 1 lực trực đối gọi là lực ly tâm (F lt ) có cùng điểm đặt, cùng phương, cùng độ lớn, ngược chiều. rFF ltht 2 ω == (F: cường độ lực ly tâm; r: bán kính quay; m: khối lượng của vật; ω: vận tốc góc) 2.1. Lực ly tâm tương đối Ngoài lực hướng tâm, vật còn chịu tác dụng lực hút của trái đất P (1Kg ≅ 9,8 N). Tổng hợp lực ta có lực hướng tâm thực tế. Do vậy, trực đối có lực ly tâm thực tế, gọi là lực ly tâm tương đối: 8,98,9 2 rm F RCF lt × == ϖ Hiệu ứng ly tâm được ứng dụng trong các máy ly tâm. Hiệu ứng ly tâm xảy ra khi vật chuyển động tròn tới một vân tốc lớn mà lực liên kết không đủ giữ 2 o ω F ht F lt cho vật chuyển động trên quĩ đạo tròn, nên vật bị văng ra xa tâm theo phương tiếp tuyến với quĩ 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 98060 )2( 9808,9 cm pv cmcm srad lt rnrnr F RCF × ×= × × = × == πω Xét công thức tính RCF ta thấy có 2 thông số liên quan: + Vận tốc góc ω (hoặc vận tốc dài n). + Bán kính quĩ đạo quay r. Thông số ω hay n biểu diễn tốc độ của động cơ, r biểu diễn bán kính của rotor trong 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 r max = 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 3 gần gấp đôi. Để tiện tính toán, ta có thể tính giá trị trung bình của lực ly tâm t- ương đối ở ống 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 nhất định sẽ được tính theo công thức : RCF (xg) = 11,18 x Tốc độ N/rpm) 2 x r x g 1000 2 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 càng lớn và chất đó bị văng ra xa hơn các chất khác. Chính điều này ta có khả năng tách được các thành phần trong máu, cũng như lắng cặn trong nước tiểu. 2.3. Phương pháp xác định nhanh RCF bằng thước đo 4 5 3. Hệ số lắng Như chúng ta đã biết các phân tử (molecules) hoặc phân tử (particles) khi quay xung quanh một trục thì chịu một lực ly tâm F. Dưới ảnh hưởng của lực này chúng sẽ bị lắng về phía đáy của ống ly tâm với một tốc độ là v. v = r f PP dt dr mp 2 )( ω φ − = . v: vận tốc lắng (cm/sec) r: Khoảng cách từ trục đến phần tử hoặc phần tử lắng (cm). φ: Thể tích của phân tử (cm 3 ) Pp: Tỷ trọng của phân tử (g/cm 3 ) Pm: Tỷ trọng của môi trường (g/m 3 ) f: Hệ số ma sát Phổ biến hiện nay người ta sử dụng hệ số lắng do ông Svedberg đưa ra S = r x dt dr 2 1 ω Hoặc : S = φ f Pm)(Pr− Hệ số lắng S là tốc độ lắng của nó trong một đơn vị của trường lực F Đơn vị của S là giây (sec) Vì nhiều phân tử có ý nghĩa sinh học có các hệ số lắng hơn 10 -13 nên con số 10 -13 được 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 và vào 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 kích thước, hình dáng và tỷ trọng của môi trường trong đó chúng đang chuyển động. 6 Bảng cho dưới đây để làm ví dụ khi cần tách một số chất trong máu ở những tốc độ và thời gian khác nhau. Chất cần tách Nhiệt độ ( 0 C) Thời gian (Phút) Tốc độ (rpm) Hồng cầu 20 0 C 20’ 2.000 - 15’ 2.500 Hồng cầu rữa 4 0 20’ 2.000 - 15’ 2.500 Huyết tương giàu tiểu cầu 20 0 10’ 2.000 - 6’ 2.500 - 4’ 3.000 Túi huyết tương đã tan chống hoàn toàn 2 0 20’ 2.000 - 15’ 2.500 - 10’ 3.000 Phần 2 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, phân tích 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 như hồng cầu, bạch cầu, trụ cầu để chẩn đoán bệnh nhân có bị viêm hay không viêm đường tiết niệu. 7 1.2. Phân loại máy ly tâm Có nhiều cách để phân loại các kiểu ly tâm khác nhau. Trong thực tế máy ly tâm được phân loại như sau: * Theo yếu tố phân ly gồm: - Máy ly tâm thường dùng để phân ly huyền phù có nồng độ khác nhau (trừ huyền phù mịn). - Máy ly tâm tốc độ cao dùng để phân ly huyền phù mịn và dung dịch keo. * Theo công dụng của máy ly tâm - Máy ly tâm dùng để lọc các huyền phù mà pha phân tán gồm các hạt tinh thể hoặc để tách nước của các vật liệu rắn ngậm nước. - Máy lắng ly tâm dùng để phân riêng huyền phù khó lọc hoặc để lắng trong huyền phù có nồng độ thấp. - Máy lắng ly tâm dùng để phân riêng huyền phù khó lọc hoặc để lắng trong huyền phù có nhiệt độ thấp. - Máy phân ly dùng để phân riêng nhũ tương. * 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. 8 * 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 này vào các cách phân loại đã được liệt kê ở trên. * Phân loại theo tốc độ quay - Máy li tâm tốc độ thấp Các máy này thường có tốc độ cỡ vài ngàn vòng/phút (n.1000rpm), được sử dụng trong lâm sàng để làm cô đọng hoặc tập trung một số nhỏ các chất, có thể lắng nhanh 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 nhưng những máy này vẫn được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích khác nhau mà không cần sử dụng những máy lớn hơn, phức tạp hơn. - Máy li tâm tốc độ cao (Highspeed centrifuges) Các máy li tâm tốc độ cao là các máy được sử dụng ở tốc độ tối đa từ 20.000 đến 25.000rpm. Các máy này chiếm một số lượng lớn, thường chúng được trang bị thêm thiết bị làm lạnh buồng Rotor. Máy chủ yếu dùng để thu gom các nấm men (yeast), hoặc vi khuẩn từ một môi trường lớn (5-500lít). ở các máy có dung tích nhỏ hơn, nó được sử dụng để thu lượm 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 khoảng từ 0 đến 4 0 C. Tuy nhiên các máy này không thể tạo nên các lực li tâm đủ lớn để có thể làm kết lắng một cách có hiệu quả các vius, các bào quan nhỏ như các Ribosome hoặc các phân tử riêng biệt. 9 - Siêu li tâm (Ultra centrifuge) Sự phát triển của các máy siêu li tâm với khả năng có thể đạt được lực li tâm vượt quá 500.000g (75.000rpm, r = 8cm) đã mở ra các lĩnh vực hoàn toàn mới trong nghiên cứu hoá sinh học. Nó cho phép tách riêng biệt các tế bào quan trong tế bào mà trước đó các bào quan này chỉ được quan sát bằng kính hiển vi điện tử (elctrron micrographs). Điều này cũng cho phép định hướng các cấu tử enzym của các bào quan, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về những liên quan về cấu trúc và chức năng của chúng. Các vius cũng có thể được tách ở dạng tinh khiết, cho phép xác định một cách kĩ lưỡng bản chất của chúng. Các đại phân tử như DNA, RNA và Protein cũng có thể được phân tích một cách chi tiết ngay cả ở mức độ khi hai kiểu phân tử DNA chỉ khác nhau nguyên tử Nitơ 15N và 14N. Như vậy, phương pháp li tâm sử dụng rất rộng rãi trong hoá sinh. Tài liệu này giúp 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 lâm sàng (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, tiểu cầu, bạch cầu, hồng cầu trong máu hoặc là lắng cạn nước tiểu người ta có thể thực hiện 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 có thể dùng máy li tâm để tách riêng thành phần cần truyền như hồng cầu hoặc hồng cầu rửa, tiểu cầu hoặc các thành phần khác Trong xét nghiệm chẩn đoán bệnh lí nhờ li tâm khi xác định được thể tích khối hồng cầu ta có thể xác định được tình trạng bệnh nhân thiếu máu. Nếu thể 10 [...]... của máy 29 6 Làm vệ sinh máy, kiểm tra tắt máy, đậy nắp tránh bụi bẩn Kết thúc 2.1.2 Một số điều cần chú ý trớc khi sử dụng máy: - Cân bằng tải trọng ( mẫu thử, giá đỡ ống ) trớc khi cho máy vận hành Nếu máy ly tâm đợc vận hành với tải trọng không cân bằng máy sẽ dừng hoạt động Cần cân bằng lại tải trọng - Cần chú ý đến vật liệu có nguy cơ sinh học Máy ly tâm không đợc thiết kế cho vật liệu có nguy cơ. .. loi mỏy ly tõm lnh Cú 3 loi ph bin sau: i Mỏy ly tõm tc thp ii Mỏy ly tõm tc cao iii Mỏy siờu ly tõm 32 S khỏc nhau ca mỏy ly tõm tc cao v mỏy ly tõm tc thp cú th thy c trong cỏc phũng xột nghim, bao gm cỏc mỏy nh bn, cỏc mỏy ln hn trờn sn nh v cỏc thit b s dng vi mc ớch c bit nh cỏc mỏy ly tõm ngõn hng mỏu ca bnh vin, cỏc mỏy ly tõm vi th tớch, cỏc mỏy ly tõm t bo mỏu vi th tớch, cỏc mỏy ly tõm... cho động cơ - Động cơ dừng nhờ cơ cấu hãm 26 5 6 Khi hết thời gian vận hành ấn mềm công tắc phanh - Không gây rung lắc - Thời gian động cơ dừng nhanh Mở nắp máy, lấy mẫu xét nghiệm - Đèn báo nguồn tắt - Đảm bảo an toàn khi vận hành Tăng tuổi thọ của máy 7 Làm vệ sinh máy, kiểm tra tắt máy, đậy nắp tránh bụi bẩn 27 4 Một số Sự cố thờng gặp và cách khắc phục TT Hiện tợng Nguyên nhân 1 Động cơ không -... thấy sự cố bất thờng xảy ra trong quá trình kiểm tracần cho máy ly tâm ngừng hoạt động, tắt nguồn điện, dán biển Cấm sử dụng trên roto và máy ly tâm để đợi sự kiểm tra của nhân viên kỹ thuật Nếu bạn vẫn cố tình tiếp tục sử dụng trong quá trình máy xáy ra sự cố tai nạn có thể xảy ra những h hỏng nghiêm trọng Gii thiu Mỏy ly tõm s dng lc quay ly tõm phõn tỏch cỏc phõn t l lng t cht lng hoc phõn tỏch... làm việc cho máy 4 5 - Đèn Power sáng báo nguồn đợc cấp - Điều chỉnh thời gian ly tâm thay đổi trong phạm vi 0-30 phút, phù hợp yêu cầu xét nghiệm - Động cơ bắt đầu khởi động - Tốc kế chỉ 11 500-12000 v/p - Động cơ dừng nhờ cơ cấu hãm Khi hết thời gian vận hành ấn mềm công tắc phanh - Không gây rung lắc - Thời gian động cơ dừng nhanh - Đèn báo nguồn tắt - Đảm bảo an toàn khi vận hành Mở nắp máy, lấy mẫu... mỏy ly tõm t ng ra t bo, v cỏc h thng dũng liờn tc Mỏy ly tõm tc thp Cỏc mỏy ly tõm tc thp thụng thng hot ng vi tc rotor trong phm vi ti 10,000 vũng/phỳt Cú loi ly tõm lnh v khụng lm lnh, cỏc mỏy ly tõm tc thp ch yu dựng quay ly tõm hng cu hoc nhng cht kt ta ln; chỳng khụng th t c mt tc phõn tỏch mt cỏch hon ton cỏc phn t quỏ nh (nh l cỏc viruts, DNA) hoc cỏc phõn t ln hoc thc hin vic quay ly. .. graiờn mt di mc t bo Mỏy ly tõm tc cao Cỏc mỏy ly tõm bn tc cao hot ng vi tc rotor trong khong t 12,000 n 25,000 vũng/phỳt, chỳng c dựng hu ht trong cụng tỏc chun b v mt s cú lm lnh lm mỏt bung cha rotor Cú hai loi mỏy ly 33 tõm tc cao: mt loi ly tõm bnh phm ri rc, cú dung tớch nh; mt loi ly tõm bnh phm liờn tc, cú dung tớch ln Loi ly tõm bnh phm ri rc, cú dung tớch nh Loi ly tõm bnh phm ri rc,... việc máy ly bằng không làm việc cân bằng dừng nhả công tắc cân bằng kiểm tra điểm 2 và 3 của J6 Nếu hở mạch tháo ra - Cảm thấy bị rò điện khi - H hỏng ổ cắm điện - Kiểm tra ổ cắm (3 25 tâm mất hai dây sờ vào máy ly tâm lúc đang chạy - Đứt dây đất với khung đấu đất) - Kiểm tra dây đấy từ phích cắm tới khung máy, đo không thể lớn hơn 0,1 ôm - Kiểm tra dây - Tuột đầu nối đất 2.2 Quy trình vận hành máy: ... Khi tiến hành một vật có khả năng gây nguy cơ sinh học, cần có cán bộ thích ứng với nguy cơ sinh học - Không bôi trơn môtơ Môtơ sử dụng các khớp nối kiểu không bôi trơn Việc bôi trơn không đúng có thể gây ra hỏng hóc Không sử dụng bất kỳ bôi trơn nào - Nếu máy ly tâm đợc chuyển đến vị trí khác phải tháo roto khỏi trục môtơ trớc khi vận chuyển Không sửa đổi máy ly tâm hay roto cũng nh không sử dụng các... Đảm bảo cân bằng tĩnh, cân bằng đối xứng qua trục động cơ động ỳng Sai 2 Đóng nắp máy, cài lẫy chắc chắn Công tắc nắp máy đóng, sẵn sàng cấp nguồn cho mạch điều khiển 3 Đặt thời gian làm việc cho máy - Đèn Power sáng báo nguồn đợc cấp - Điều chỉnh thời gian ly tâm thay đổi trong phạm vi 0-99 phút, phù hợp với từng loại mẫu xét nghiệm 4 - Động cơ bắt đầu khởi động - Tốc kế chỉ 0-5000 v/p, tơng ứng với . ly tâm khác nhau. Trong thực tế máy ly tâm được phân loại như sau: * Theo yếu tố phân ly gồm: - Máy ly tâm thường dùng để phân ly huyền phù có nồng độ khác nhau (trừ huyền phù mịn). - Máy ly. tốc độ của động cơ, r biểu diễn bán kính của rotor trong 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. cách giữa tâm của roto và ống ly tâm. Bởi vậy, một quá trình ly tâm có thể sử dụng nhiều kích 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