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在離心實驗中，“樣品平衡”是保證設(shè)備安全、結(jié)果準(zhǔn)確和轉(zhuǎn)子壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
對于賽默飛高速冷凍離心機(jī) Legend Micro 17R，由于其轉(zhuǎn)速最高可達(dá) 17,000 rpm，任何微小的不平衡都可能放大為巨大的離心力，導(dǎo)致設(shè)備震動、噪音增加、甚至機(jī)械損壞。
樣品平衡不僅關(guān)乎操作安全，還直接影響樣品分離效果和溫度控制精度。
本章節(jié)將從平衡原理、分類方法、操作步驟、注意事項、常見錯誤及故障防范等方面，系統(tǒng)講解 Legend Micro 17R 的樣品平衡操作要求和科學(xué)方法，幫助實驗人員建立標(biāo)準(zhǔn)化的實驗習(xí)慣。
離心過程中，樣品管隨轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。當(dāng)所有孔位質(zhì)量相等且對稱時，離心力在中心軸處相互抵消，系統(tǒng)保持平衡。若某個孔位的質(zhì)量稍有差異，就會產(chǎn)生偏心力，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不均，引發(fā)震動。
這種偏心振動不僅影響離心效率，還會對以下部分造成損害：
轉(zhuǎn)子與軸承：產(chǎn)生異常磨損，縮短使用壽命。
電機(jī)系統(tǒng)：負(fù)載不均導(dǎo)致電流波動和電機(jī)過熱。
腔體結(jié)構(gòu)：長期振動可能導(dǎo)致金屬疲勞。
樣品安全：高速振動易使離心管破裂或泄漏。
因此，在高速離心設(shè)備如 Legend Micro 17R 中，樣品平衡精度要求極高。
根據(jù)實驗?zāi)康呐c樣品類型，平衡可分為以下幾類：
最基本的平衡形式。
所有離心管及其中的液體必須重量相同，誤差不得超過 0.01 g。
樣品管必須在轉(zhuǎn)子孔內(nèi)對稱放置。
若使用兩個孔位，必須相對放置；若使用四個孔位，則需呈十字分布。
液體體積相等時才能保證質(zhì)量平衡。密度不同的溶液需以重量校準(zhǔn)而非體積。
在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的整體平衡。
Legend Micro 17R 內(nèi)置不平衡檢測系統(tǒng)，會實時監(jiān)測離心時的振動幅度，一旦超限立即停機(jī)。
檢查所有離心管是否相同型號、相同容量。
確認(rèn)管蓋完整、無裂紋。
若管體質(zhì)量存在差異，優(yōu)先配對重量接近的管具。
使用分析天平（精度 0.001 g）測量每支離心管總質(zhì)量。
以最重的一支為基準(zhǔn)，通過加入緩沖液、蒸餾水或稀釋液調(diào)整其他樣品。
每次添加液體后重新稱量，直至平衡誤差小于 0.01 g。
將平衡好的離心管插入轉(zhuǎn)子孔內(nèi)，位置嚴(yán)格對稱。
若使用奇數(shù)管數(shù)，可添加“平衡管”填補(bǔ)空位。
平衡管應(yīng)使用與樣品相同類型、相同體積的溶液，以保證密度一致。
用手輕輕旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子一圈，感受是否運(yùn)轉(zhuǎn)順滑。
若出現(xiàn)晃動或卡頓，應(yīng)重新調(diào)整樣品位置。
合上腔蓋前，再次確認(rèn)所有孔位已填充或?qū)ΨQ。
當(dāng)只離心兩支管時，應(yīng)將其放置在轉(zhuǎn)子的相對孔位。
樣品應(yīng)分布于轉(zhuǎn)子四個等角位置（每隔 90°）。
若離心 6 管，可將其按六角星形對稱分布。
若離心 3 管，則在相對三角分布點上插入三支樣品，確保質(zhì)心對稱。
若樣品密度差異較大（如含細(xì)胞沉淀與上清液），應(yīng)在分裝前充分混勻后稱量。
在高速離心機(jī)中，即使微小的質(zhì)量差異也會放大成巨大的離心不平衡力。
假設(shè)轉(zhuǎn)子半徑為 7 cm，轉(zhuǎn)速 15,000 rpm，若樣品質(zhì)量差 0.1 g，則偏心力計算如下：
F = m × ω2 × r
ω = 2π × (rpm / 60)
當(dāng) rpm = 15,000 時，ω ≈ 1570 rad/s
F ≈ 0.0001 × (1570)2 × 0.07 ≈ 172 N
即相當(dāng)于 17 公斤的瞬時拉力作用于軸承。由此可見平衡的重要性。
設(shè)備震動：明顯的噪音或機(jī)身抖動。
自動停機(jī)報警：系統(tǒng)檢測到不平衡后觸發(fā)安全停機(jī)。
樣品破裂或泄漏：離心管受到偏向沖擊力。
轉(zhuǎn)軸磨損：長期輕微不平衡導(dǎo)致軸承偏磨。
溫度波動：制冷系統(tǒng)受振動干擾，溫度控制精度下降。
實驗誤差：沉淀不完全、分層不均勻，影響實驗重復(fù)性。
直接使用蒸餾水作為平衡液，方便安全。
應(yīng)用相同溶劑或密度相近液體進(jìn)行平衡。禁止用水替代乙醇、氯仿等溶液。
離心前充分混勻，避免沉淀導(dǎo)致質(zhì)量變化。
在預(yù)冷后平衡稱量，因為溫度變化可能導(dǎo)致密度不同步。
用于提前在實驗臺上確認(rèn)樣品位置的對稱分布。
測量微量管重量的必備儀器，精度越高，平衡越精確。
專門用于填充空位的匹配離心管，可重復(fù)使用，內(nèi)部裝液體與樣品管一致。
實驗室應(yīng)建立平衡登記制度，記錄樣品編號、質(zhì)量、操作人。
Legend Micro 17R 配備自動不平衡檢測裝置：
傳感器結(jié)構(gòu)：安裝在轉(zhuǎn)軸底部的振動傳感器。
工作原理：當(dāng)振動幅度超過設(shè)定閾值時，系統(tǒng)會發(fā)出警報并自動停機(jī)。
保護(hù)機(jī)制：防止電機(jī)過載與轉(zhuǎn)軸損壞。
盡管系統(tǒng)具有自動保護(hù)功能，但它僅用于應(yīng)急，而非替代人工平衡。
在高速離心前，仍需手動精確校正樣品重量。
增加一支平衡管填補(bǔ)空位。
若孔數(shù)為 24 個，樣品為 5 個，則應(yīng)在對角線孔位補(bǔ)齊平衡管。
運(yùn)行中若發(fā)現(xiàn)腔體內(nèi)液體溢出，說明樣品密封或平衡錯誤。立即停機(jī)清理，重新稱量。
低速離心時可容忍輕微誤差；高速運(yùn)行（>10,000 rpm）則必須精準(zhǔn)平衡。
對于存在兩層或多層液體的樣品（如血液分層），稱量前應(yīng)輕輕搖勻。
| 錯誤操作 | 可能后果 | 正確做法 |
|---|---|---|
| 僅憑肉眼估計體積平衡 | 出現(xiàn)震動、停機(jī)報警 | 必須使用天平稱量 |
| 平衡管使用不同液體 | 密度差異導(dǎo)致偏心 | 使用相同溶液平衡 |
| 管蓋未擰緊 | 液體溢出污染腔體 | 檢查密封性后再運(yùn)行 |
| 轉(zhuǎn)子放置不對稱 | 轉(zhuǎn)軸偏載 | 按對稱位置分布樣品 |
| 樣品溫度差異大 | 運(yùn)行中密度改變 | 平衡前預(yù)冷至相同溫度 |
每次離心前：
?執(zhí)行樣品稱量與對稱檢查。
每周：
?檢查轉(zhuǎn)子孔內(nèi)是否有磨損或液體殘留。
每月：
?用標(biāo)準(zhǔn)砝碼測試稱量誤差，校正天平精度。
每半年：
?檢測離心機(jī)不平衡傳感器靈敏度，確保報警系統(tǒng)有效。
離心前禁止使用不同批次、不同材料的離心管混用。
樣品未平衡時，絕對不得嘗試低速“試運(yùn)行”來補(bǔ)償。
若設(shè)備連續(xù)報警兩次，應(yīng)全面復(fù)查樣品裝載與轉(zhuǎn)子固定情況。
對含危險物質(zhì)的樣品，應(yīng)使用密封轉(zhuǎn)子并雙層防護(hù)。
檢查轉(zhuǎn)子及腔體。
準(zhǔn)備并稱量樣品管。
對稱放置樣品和平衡管。
手動輕轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子確認(rèn)無偏心。
啟動前檢查蓋鎖與報警系統(tǒng)。
運(yùn)行過程中監(jiān)控振動和聲音。
完成后記錄樣品平衡數(shù)據(jù)。
實驗結(jié)果的重復(fù)性在很大程度上取決于離心平衡質(zhì)量。
當(dāng)轉(zhuǎn)子微振動時，會導(dǎo)致離心力分布不均，使沉淀顆粒沿不同方向集中，造成層界模糊。尤其在核酸提取、蛋白沉淀等高精度實驗中，不平衡可能直接影響產(chǎn)物純度。
此外，不平衡還會造成熱量積聚，影響制冷系統(tǒng)的溫控響應(yīng)，從而導(dǎo)致不同批次實驗間的溫度偏差。
每位實驗人員必須掌握平衡操作流程并通過考核。
管理人員需定期檢查實驗記錄表，確認(rèn)操作合規(guī)。
對新入職人員，應(yīng)進(jìn)行樣品平衡專項培訓(xùn)。
發(fā)生不平衡停機(jī)事故后，應(yīng)立即填寫設(shè)備異常報告并復(fù)盤原因。
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