เครองมอวทยาศาสตร

109

บทท 5 : เครองหมนเหวยง (CENTRIFUGE)

เครองหมนเหวยง เปนเครองมอพนฐานทจาเปนสาหรบเรงอตราการตกตะกอนของอนภาค

(particle)ทไมละลายออกจากของเหลว หรอใชแยกของเหลวหลาย ๆ ชนดทมความถวงจาเพาะ (specific gravity) ตางกนออกจากกน ใชทาสารละลายใหเขมขนขน ฯลฯ. ปจจบนเครองหมนเหวยงไดมการพฒนาไปจนสามารถทจะใชวคราะหชนดของสาร หานาหนกโมเลกลของสารไดโดยอาศยคณสมบตของตวกลาง คณสมบตของอนภาคทแตกตางกน และการสรางแรงหนศนยกลางทเกดจากการหมนรอบจดหมน(center of rotation) ในความเรวรอบทสงมาก

ในดานรปแบบพบวามการพฒนาใหมขนาดเลกลงแตมประสทธภาพสงขน เนองจากอาศยระบบคอมพวเตอรเขามาชวยควบคมและตรวจสอบการทางานมากขน เนอหาในบทนจะครอบคลมหลกการทางานของเครองหมนเหวยงอยางงายไปจนถงเครองหมนเหวยงความเรวสงมาก เพราะมลกษณะการทางานคลายกน เพอกอใหเกดแนวคดในการนาเครองหมนเหวยงไปประยกตใชในงานทางหองปฏบตการวทยาศาสตรมากขน

ธรรมชาตของการนอนกนของอนภาค โดยธรรมชาตอนภาคชนดตาง ๆ ทแขวนลอยอยในสารละลายจะตกตะกอนดวยแรงนอนกน

(sedimentation force, SF) ในอตราเรวทแตกตางกนขนอยกบขนาดของอนภาค นาหนกโมเลกล ความหนาแนน ความหนดของสารละลาย และแรงโนมถวงของโลกททาตออนภาค ในขณะทอนภาคพยายามนอนกน ของเหลวพยายามตอตานการตกนอนกนดวยแรงลอยตว(buoyancy force, BF) และแรงเสยดทาน(frictional resistance force, FRF) ถาแรงนอนกนมากกวาแรงตอตานการจมอนภาคจะจม โดยมอตราเรวในการนอนกน (sedimentation rate) ในหนวย Svedbergs(S) ซง 1S หมายถงอนภาคนอนกนดวยอตราเรว 1 x 10-3 ซม./ไดน/วนาท/กรม

ในทางตรงกนขามถาแรงนอนกนนอยกวาแรงตอตานการจมอนภาคจะลอยโดยมสมประสทธของการกระจายตวของอนภาคแบบบราวเนยน(bownian) ในหนวย Fricks (10-7 ซม./วนาท/d20

0W) (รปท 5.1)

การนอนกนของอนภาคขนาดเลกจะเกดขนไดชาเพราะมแรงดงดดของโลกกระทาตออนภาคนอย และของเหลวมการไหลวนอยตลอดเวลาทาใหอนภาคฟงกระจายอยเสมอ ดงนนในธรรมชาตจงพบวาแหลงนาบางแหงจะขนอยตลอดเวลา เพราะนามการกระเพอมตลอดเวลาและมอนภาคขนาดเลกปนอยเปนจานวนมาก

เครองหมนเหวยง

110

รปท 5.1 แรงทกระทาตออนภาคทอยในของเหลว

หลกการทางานของการหมนเหวยงแบบดฟเฟอเรนเทยลเกรเดยนต (Differential gradient centrifugation)

เครองหมนเหวยงสรางแรงหนศนยกลางหรอแรงหมนเหวยง(centrifugal force,CF) ขน เพอเรงใหอนภาคตกตะกอนเรวขน ดงนนภายใตสนามของแรงเหวยงหนศนยกลาง แรงนอนกนของอนภาคจะเปนสดสวนโดยตรงกบแรงหนศนยกลาง ทาใหอนภาคนอนกนดวยอตราเรวทแตกตางกน ซงสามารถคานวณหาอตราเรวในการนอนกนไดดงน

แรงหนศนยกลาง(CF) = mω2 r

แรงลอยตว(BF) = mω2 rVρ แรงเสยดทาน(FRF) = fv

เมอความเรวของอนภาคคงท CF = BF + FRF

mω2 r = mω2 rVρ + fv

ดงนน อตราเรวในการนอนกน(v) = mω2 r(1-Vρ)/f

Sedimentation force

Frictional resistance force Buoyancy force

อนภาค

เครองมอวทยาศาสตร

111

โดย CF = แรงหนศนยกลาง

f = สมประสทธของความเสยดทาน v = ความเรวในการนอนกนของอนภาค V = ปรมาตรของอนภาค

ρ = ความหนาแนนของสารละลาย

Vρ = มวลทแทนทสารละลาย m = มวล (mass) r = ระยะหางของอนภาคถงจดศนยกลางของการหมน

ω = ความเรวเชงมม (angular velocity)

ω2r = ความเรงหนศนยกลาง (centrifugal acceleration) ของหวหมน (rotor)

แรงหนศนยกลางนยมวดเปรยบเทยบกบแรงโนมถวงของโลก(earth's gravitational force, g)

โดยคานวณจากจานวนรอบการหมนทสมบรณของหวหมนตอนาท(revolution per minute, rpm)

RCF (g) = (rpm)2 x r (ซม.) 89,500 = 0.00001117 x r x (rpm)2 = 28.38 x (rpm/1000)2 x r (นว) = 1.12 x (rpm/1000)2 x r (มม.)

โดย RCF = แรงหนศนยกลางสมพทธ (Relative centrifugal force) r = รศมสงสดของของเหลวทนามาหมนเหวยง rpm = Revolution per minute

จากสมการความสมพนธดงกลาวขางตน สามารถคานวณหาแรงเหวยงหนศนยกลางไดจากโนโมแกรม(รปท 5.1) เมอทราบความเรวรอบและรศมของหวหมน

เครองหมนเหวยง

112

รปท 5.1 โนโมแกรมสาหรบหาคาแรงหนศนยกลาง ภายใตสนามแรงหนศนยกลางอนภาคจะตกตะกอนดวยอตราเรวทไมเทากน การปนแยกตะกอน จงตองใชเวลาใหนานพอเพยงทอนภาคขนาดเลกจะนอนกนหมด จนกลายเปนกอนตะกอน (pellet) และของเหลวเหนอตะกอน(supernatant)(รปท 5.2) จงนยมใชวธนสาหรบการปนแยกตะกอนทงหมดออกจากของเหลว แตสามารถประยกตไปใชสาหรบแยกสารแตละชนดออกจากกน

เครองมอวทยาศาสตร

113

รปท 5.2 การปนแยกแบบดฟเฟอเรเทยลเกรเดยนต(ก) และแบบเดนซตเกรเดยนต(ข,ค) โดยการกาหนดความแรงในการปนแยก และระยะเวลาในการปนแยกทเหมาะสม เพอแยกตะกอนขนาดใหญออกกอน แลวจงนาของเหลวเหนอตะกอนไปปนแยกอกโดยอาจเพมเวลาหรอความแรงในการปนแยก

หลกการทางานของการหมนเหวยงแบบเดนซตเกรเดยนต (Density gradient centrifugation) เปนการแยกอนภาคของสารออกจากกน โดยอาศยความแตกตางของอตราเรวในการนอนกน หรอแยกออกจากกนโดยอาศยความแตกตางของความหนาแนน โดยใชตวกลางทเหมาะสมและม

เครองหมนเหวยง

114

ความหนาแนน ตาง ๆ กน จงนยมใชสาหรบการแยกสารหลายชนดออกจากกนโดยมความบรสทธสง สามารถแบงยอยออกไดเปน 2 วธตามหลกการแยกคอ 1. การแยกโดยอาศยความแตกตางของอตราเรวในการนอนกน ในกรณทอนภาคหรอสารประกอบทตองการแยกมอตราเรวในการนอนกนแตกตางกนมาก ตวอยางเชน endoplasmic reticulum, mtochondria, nuclei, lysosome, เมดเลอดแดง ฯลฯ. สามารถแยกออกจากกนโดยใชตวกลางชนดเดยวกนแตมความหนาแนนตางกนใสลงในหลอดปน โดยใหตวกลางทมความหนาแนนมากกวาอยในชนลางกวา แลวจงใสสารละลายซงประกอบไปดวยอนภาคทมอตรานอนกนตางกน ลงทดานบนของหลอดหมนเหวยง หลงจากนาไปหมนเหวยง อนภาคทมอตราเรวในการนอนกนเทากนจะเคลอนทลงไปในหลอดหมนเหวยงเรอย ๆ เปนแถบของอนภาค สวนอนภาคทมอตรานอนกนชากวาจะอยดานหลง ถาปลอยใหหมนเหวยงเปนเวลานานแถบอนภาคทกแถบจะเคลอนทถงกนหลอดปนทงหมด แตการปนแยกวธนจะตองใชเวลาปนแยกทเหมาะสมจงจะสามารถทาใหอนภาคชนดตาง ๆ แยกเปนชนโดยทยงไมมอนภาคเคลอนทถงกนหลอดปน หลงจากหยดหมนจะไดชนของอนภาคตาง ๆ แยกกนอยางชดเจน(รปท 5.2ข) ซงสามารถแยกอนภาคทบรสทธแตละชนไดโดยการดดออกจากดานบน หรอเจาะออกทางกนหลอดปน เรยกการหมนเหวยงชนดนวา rate zonal centrifugation สาหรบตวกลางทนยมใชไดแกสารละลายซโครสความเขมขน 5-20 % ตวกลางทเขมขนนจะทาใหสารละลายทมอนภาคอยไมไหลผสมกบชนของตวกลางมากเกนไป ซงทาใหสามารถแยกชนอนภาคไดชดเจนมากยง สวนความแตกตางของความเขมขนของสารละลายซโครสในแตละชน จะทาใหการเคลอนทของอนภาคในแตละชนความเขมขนชาลง โดยการเคลอนทของอนภาคยงชาลงในสารละลายซโครสทมความเขมขนมากขน ซงเปนผลใหมเวลานานขนในการแยกอนภาคขนาดใหญและขนาดเลกออกจากกนไดมากกวาการใชตวกลางทมความเขมขนเดยว

2. การแยกโดยอาศยความแตกตางของความหนาแนนของอนภาค ในกรณทอนภาคหรอสารประกอบทตองการแยกมอตราเรวในการนอนกนใกลเคยงกนมาก ตวอยางเชน glycogen, microsomes, ribosomes ฯลฯ. การแยกสารเหลานออกจากกนตองอาศยความแตกตางของความหนาแนนลอยตว(buoyant density) โดยใชตวกลางทมชวงความหนาแนนครอบคลมสารทตองการแยก หลงจากทใสสารทตองการปนแยกลงในหลอดปนโดยอาจใสเปนชนอยดานบน หรอผสมลงในตวกลางใหเปนเนอเดยวกน ในขณะทหลอดปนหมนอนภาคตาง ๆ จะมการเคลอนทหรอลอยตวไปหยดอยในชนของตวกลางทมความหนาแนนเทากบความหนาแนนของอนภาคนน ๆ ทาใหสามารถแยกสารตาง ๆ ออกจากกนไดด(รปท 5.2ค) จงเรยกวธการแยกแบบนวา isopycnic centrifugation สาหรบตวกลางทนยมใชไดแก CsCl ความหนาแนนตาง ๆ ซงอาจเตรยมกอนใสสารตวอยางไดเชนเดยวกบการเตรยมสารละลายซโครส หรอปลอยใหสารละลาย CsCl แยกเปนชนความหนาแนนตาง ๆ เองในขณะปนแยก(self generating gradient) ตวอยางเชน สารละลาย CsCl ทมความหนาแนน 1.60 ก./มล. เมอนาไปหมนเหวยงทความเรว 30,000 รอบตอนาท สารละลายจะแยก

เครองมอวทยาศาสตร

115

ออกเปนชนทมความหนาแนนตงแต 1.40-1.85 ก./มล. การปลอยให CsCl สรางชนความแตกตางของความหนาแนนเองตองใชเวลาในการหมนเหวยงนานตงแต 4-48 ชวโมง เพราะ CsCl มนาหนกโมเลกลเพยง 168.4

ชนดของเครองหมนเหวยง เครองหมนเหวยงมรปแบบแตกตางกนมทงขนาดเลก ขนาดปานกลางทสามารถตงบนโตะได (bench model) ตลอดจนขนาดใหญทสามารถหมนเหวยงสารละลายไดครงละมาก ๆ ซงตองตงบนพนในขณะใชงาน(floor model)(รปท 5.3) แตดวยเทคโนโลยการผลตทาใหขดความสามารถไมไดเพมมากขนตามขนาดของเครองหมนเหวยง ดงนนการแบงชนดทคอนขางชดเจนจงแบงตามแรงหนศนยกลางออกไดเปน 3 ชนด ดงน

1. เครองหมนเหวยงความเรวรอบตา(low speed centrifuge) เปนเครองหมนเหวยงขนาด เลกเปนสวนใหญ นยมใชในงานทว ๆ ไปในหองปฏบตการมความเรวรอบไมเกน 6,000 รอบตอนาท มแรงหนศนยกลางสงสดในชวง 1,800-7,000 g 2. เครองหมนเหวยงความเรวรอบสง(high speed centrifuge) มความเรวรอบไมเกน 28,000 รอบตอนาท มแรงเหวยงหนศนยกลางสงสดถง 80,000 g จงนยมใชเฉพาะงานทตองการความแรงในการปนแยกปานกลาง ตวอยางเชน การแยกอนภาคขนาดเลก ๆ หรอมนาหนกเบาออกจากของเหลว ฯลฯ. 3. เครองหมนเหวยงความเรวรอบสงมาก(ultra speed centrifuge) เปนเครองหมนเหวยงทมกมขนาดใหญทมความเรวรอบของการหมนสงถง 150,000 รอบตอนาท สามารถสรางแรงหนศนยกลางไดสงถง 800,000 g บรษท Spinco ผลตเครองหมนเหวยงชนดนออกมาจาหนายตงแตป ค.ศ. 1950 เครองหมนเหวยงชนดนสามารถแบงยอยออกไดเปน 2 ชนดคอ 3.1 แบบวเคราะห(analytical type) สรางขนเพอศกษาองคประกอบของสารตาง ๆ ในขณะทหมนเหวยง โดยใชตวตรวจหา (detector) ทหวหมน ซงจะปลอยลาแสงในชวงความยาวคลน 190-800 นาโนเมตร ไปยงหลอดปน แลวจงสงสญญาณใหระบบคอมพวเตอรทาการวเคราะหหาการเคลอนทของชนอนภาค หาอตราเรวในการนอนกน หรอหานาหนกโมเลกล ตวอยางของเครองหมนเหวยงชนดนคอเครองยหอ Beckman รน XL-1 หรอรน XL-A 3.2 แบบเตรยมสาร(preparative type) สรางขนเพอใชแยกองคประกอบของสาร โดยใชของเหลวชนดเดยวกนแตมความหนาแนนตางกนใสลงในหลอดปน ตวอยางเชน albumin, CsCl, Ficol, NaI, sucrose, metrizamide, colloidal silica เปนตน

เมอหมนเหวยงถงจดสมดลในเวลาทเหมาะสม อนภาคเหลานนจะแยกออกเปนชนทชดเจน หรอกระจายตวอยในสารละลายทมความหนาแนนเทา ๆ กบอนภาคนน จงทาใหสามารถแยกองคประกอบไดจากชนตาง ๆ ทเกดขน ตวอยางของเครองหมนเหวยงชนดนคอ เครองยหอ Sorvall รน M150, รน Discovery 100, Discovery M และเครองยหอ Beckman รน Optima L90K

เครองหมนเหวยง

116

องคประกอบและคณสมบต ในทนจะเนนเฉพาะองคประกอบพนฐานทสาคญของเครองหมนเหวยงความเรวตา ซงพบได ในหองปฏบตการวทยาศาสตรทว ๆ ไป สวนองคประกอบของเครองหมนเหวยงความเรวสงและความเรวสงมากจะมองคประกอบอน ๆ อก ซงผใชควรศกษารายละเอยดเพมเตมจากคมอการใชงาน (รปท 5.3, 5.4)

รปท 5.3 รปรางของเครองหมนเหวยงขนาดเลก และขนาดกลาง

เครองมอวทยาศาสตร

117

1. ตวถง(body) สรางขนเพอปองกนอนตรายแกผใช และปองกนอปกรณภายในตวถง ตวถงมกทาดวยเหลกพนสอนาเมล ซงปองกนสนมและตอสารเคมไดด มองคประกอบยอยอกคอ

(ก) (ข)

รปท 5.4 เครองหมนเหวยงความเรวสงชนดทมเครองทาความเยน(ก) และเครองหมนเหวยงความเรวสงมากแบบเตรยมสาร(ข)

1.1 ชองใสหวหมน(chamber) มกทาดวยโลหะททนตอการกดกรอน และทาความสะอาดงาย ไดแก เหลกกลาไรสนม หรออะลมเนยม บางชนดเปนพลาสตกผวเรยบ ชองใสหวหมนบางแบบสามารถถอดออกมาทาความสะอาดได บางแบบถอดไมได โดยทวไปดานลางมกจะปดสนท แตในบางแบบมชองระบายอากาศ หรอชองสาหรบใหเศษสงสกปรกไหลออกทางดานลาง ทาใหสะดวกตอการทาความสะอาดภายใน และลดความเสยหายทอาจจะเกดจากเศษสกปรกเหลานน 1.2 ฝาปดชองใสหวหมน การผลตในระยะแรกมกทาดวยโลหะทบแสง แตในระยะหลง ๆ นยมใชพลาสตกบางชนด ตวอยางเชน อะครลกเรซน(acrylic resin) ซงมคณสมบตแขง ใส ทนความรอนไดดมาทาเปนฝาปดทาใหมองเหนสภาพภายในชองใสหวหมนไดตลอดเวลา ฝาปดอาจประกอบดวย 1.2.1 รระบายอากาศ รระบายอากาศพบไดในเครองหมนเหวยงความเรวตา นยมเจาะไวตรงกลางดานบนของฝาปด เพอใหอากาศภายนอกถกดดเขาไปถายเทความรอนภายในชองใสหวหมน เครองหมนเหวยงบางแบบไมนยมเจาะรระบายอากาศ เพราะมความรอนทเกดจากการหมนของหวหมนนอยและไมตองการใหมการแพรกระจายเชอโรค หรอสารพษออกมาจากเครอง

เครองหมนเหวยง

118

หมนเหวยง สวนเครองหมนเหวยงความเรวสงและความเรวสงมากจะมระบบทาความเยนในตวเอง จงไมมรระบายอากาศทฝาปด 1.2.2 ยางกนเสยง อยใตฝาปดทาหนาทปดชองใสหวหมนใหสนท ทาใหลดเสยงท เกดจากหวหมนเสยดสกบอากาศ และลดการสนสะเทอนทอาจเกดจากความไมสมดลของนาหนก และยงทาทาหนาทปดชองใสหวหมนใหสนทดวย 1.2.3 ตะขอยด เปนอปกรณทมไวเพอความปลอดภยในการใชงาน จงทาใหเปดฝาปดไมไดจนกวาหวหมนจะหยดหมน ในทางตรงกนขามจะตดการทางานของมอเตอรในขณะทเปดฝาปดถงแมวาจะหมนปมควบคมความเรวใหมอเตอรหมนแลวกตาม 2. หวหมน(rotor หรอ head) เปนสวนททาหนาทยด หรอใสกระบอกใสหลอดปน(bucket, shield, carrier) นยมทาดวยโลหะทแขงแตมนาหนกเบา ตวอยางเชน อะลมเนยม เหลกกลาไรสนม ไททาเนยม โลหะผสม ฯลฯ. บางชนดเปนพลาสตกแขง แบงออกไดเปน 4 ชนดตามองศาในการจบยดกระบอกใสหลอดปนดงน 2.1 หวหมนแบบมมแกวง(swinging out rotor) หวหมนชนดนจบยดกระบอกใสหลอดปนแบบอสระ ทาใหกระบอกใสหลอดปนสามารถทามมตาง ๆ กบพนโลกไดในขณะหมนจนกระทงเปนแนวขนานกบพนโลกเมอหมนเหวยงดวยความเรวสง แตในขณะทอยนงกระบอกใสหลอดปนจะตงฉากกบพนโลก หวหมนชนดนมความเสยดทานกบอากาศมาก จงไมสามารถหมนดวยความเรวสงมากได แตมขอดทตะกอนตกเปนแนวขนานกบกนหลอดปน ทาใหสามารถแยกของเหลวออกจากตะกอนไดด นอกจากนยงเหมาะสาหรบการปนแยกชนอนภาคชนดตาง ๆ ในเครองหมนเหวยงความเรวสงมากแบบวเคราะห เนองจากมระยะตกตะกอนยาวทาใหมกาลงแยก(resolution power) ด และมกระแสหมนวนของของเหลวนอยกวาทพบในหวหมนแบบมมคงท 2.2 หวหมนแบบมมคงท(fixed angle rotor) สรางขนมาเพอลดขอเสยบางประการของหวหมนแบบมมแกวง โดยออกแบบใหหวหมนจบยดกระบอกใสหลอดปนใหทามมกบพนโลกในองศาทคงทในชวง 10-60 องศา(นยมใช 45 องศา) มมดงกลาวจะเรงใหมการตกตะกอนเรวกวาการตกตะกอนในหวหมนแบบมมแกวง จากรปท 5.5 แสดงใหเหนวากลมอนภาคจะวงชนผนงกอน แลวรวมกนเปนกลมตะกอนขนาดใหญ ซงจะเรงการตกตะกอนใหเรวขนดวยมวลของกลมตะกอน ในขณะเดยวกนของเหลวจะเกดกระแสพาลง (descending convection current) ไลทอนภาคขนาดเลกทยงไมตกตะกอนใหลอยขนมาดานบนโดยกระแสพาขน(ascending convection current) เพอหมนวนเขาสกระแสพาลงตอไป หวหมนแบบนมขอดทมผวเรยบ มสวนทตานทานกบอากาศในขณะหมนนอยกวา เกดความรอนนอยกวา จงสามารถใชงานทความเรวรอบสงกวาได นอกจากนยงชวยลดการสญเสยพลงงานของมอเตอรอนเนองมาจากความเสยดทานกบอากาศไดอกดวย แตตะกอนทไดจากการหมนเหวยงจะทามมเฉยงกบกนหลอดปน ซงตะกอนอาจพงหรอฟงกระจายไดงาย ถาดดแยกของเหลวสวนทอยตากวาตะกอนออกโดยไมระมดระวง

เครองมอวทยาศาสตร

119

2.3 หวหมนแบบแนวดง(vertical rotor) จบยดกระบอกใสหลอดปนใหตงฉากกบพนโลกตลอดเวลาในขณะหมนเหวยง อนภาคจะตกตะกอนทผนงดานนอกของหลอกปนอยางรวดเรวเพราะ ระยะตกตะกอนสน แตตะกอนอาจฟงกระจายไดงายถาตะกอนเกาะกบผนงหลอดปนไมแนน นอก จากนความโคงของผนงหลอดปนยงกอใหเกดกระแสพา จงไมนยมใชปนแยกตะกอนทว ๆ ไป

รปท 5.5 การตกตะกอนในหวหมนแบบมมแกวง(ก) และแบบมมคงท(ข) 2.4 หวหมนแบบแนวราบ(horizontal rotor) ออกแบบใหจบยดกระบอกใสหลอดปนใหขนานกบพนโลกตลอดเวลาในขณะหมนเหวยงทาใหของเหลวมการไหลวนนอย ประกอบกบระยะตกตะกอนยาว จงเหมาะกบการปนแยกอนภาคออกเปนชน ๆ ( rate zonal centrifugation) หวหมนของเครองปนเฮมาโตครท(hematocrit rotor) มหลกการปนแยกแบบเดยวกบหวหมนแบบแนวราบจงสามารถแยกเลอดรวม(whole blood)ออกเปน ชนเกรดเลอด ชนเมดเลอดขาว และชนเมดเลอดแดง ไดดในระยะเวลาสน ๆ หวหมนทกแบบถกออกแบบใหสามารถทนแรงเหวยงไดสงสด ตามนาหนกทผผลตกาหนด ถานาไปใสของเหลวทมความหนาแนนมาก เมอใสของเหลวเตมทนาหนกอาจเกนนาหนกสงสดท

เครองหมนเหวยง

120

กาหนดไว ถายงคงใชความเรวรอบสงสดเทาเดม อาจทาใหหวหมนเกดความเสยหาย หรอแตกกระจาย(explode) ดงนนจงตองลดความเรวสงสดในการหมนเหวยงลง โดยคานวณจากสตร

rpm1 = rpm2 √M2/M1 โดย M2 = มวลรวมสงสดของหลอดปนและของเหลวทม

ความหนาแนนตาทใชกาหนด rpm2 rpm2 = ความเรวรอบสงสดทคานวณจากมวลสงสด M1 = มวลรวมของหลอดปนและของเหลวทม

ความหนาแนนมากทตองการปนแยกจรง rpm1 = ความเรวทสามารถใชไดเมอใชมวล M1

เพอความปลอดภยในทางปฏบต จงกาหนดใหใชความเรวรอบสงสดทใชงานตากวาความเรวรอบสงสดททาใหหวหมนแตก(fracture speed) อยางนอย 1 เทา เสมอ โดยกาหนดใหมแฟคเตอรปลอดภย(safety factor, S) อยระหวาง 2-2.5 สาหรบหวหมนของเครองเหวยงความเรวรอบสงมาก และมคาอยระหวาง 8-12 สาหรบเครองหมนเหวยงความเรวรอบตาและความเรวรอบสงปานกลาง ซงคา S คานวณไดจากสตร S = (fracture speed)2

ความเรวรอบสงสดทสามารถใชไดอยางปลอดภย

3. กระบอกใสหลอดปน ทาดวยเหลกกลาไรสนม หรอพลาสตกแขง กระบอก 1 อนอาจใส หลอดปนไดมากกกวา 1 อนขนอยกบจานวนรทเจาะ ทกนกระบอกใสหลอดปนมยางกนแตก (cushion) ซงมรปราง 3 แบบตามชนดของกนหลอดปน คอ แบบกรวย แบบกลม และแบบแบน (รปท 5.6) มอปกรณบางอยางทอาจตองใชรวมกบกระบอกใสหลอดปนคอยางปรบขนาด ซงจะใชเมอหลอดปนมขนาดเลกกวากระบอกใสหลอดปนมาก และแหวนทรนเนยน(trunnion ring) ซงใชสวมกระบอกใสหลอดปนกอนนาไปคลองแขนของหวหมนแบบมมแกวง

4. มอเตอร(motor) เปนอปกรณสวนทอยถดจากหวหมนลงมา แกนหมนของมอเตอรจะหมนหวหมนโดยตรง ดงนนถาเกดความไมสมดลในการหมนของหวหมนจงทาใหลกปนรอบแกนหมนแตก หรอแกนหมนของมอเตอรคดงอไดงาย ซงสามารถปองกนและแกไขไดโดยการตดตงตวมอเตอรบนฐานทยดหยนไดซงอาจจะเปนสปรงหรอแทนยาง ระบบดงกลาวอาจเรยกชอวา "ระบบ

เครองมอวทยาศาสตร

121

ปองกนการไมสมดล" (unbalance protection system) หรอ "ระบบปรบสมดลอตโนมต" (autobalance system) ถงแมวาระบบดงกลาวมขดจากดในการตอตานความไมสมดลในชวงไมเกน 45 กรม แตชวยลดเวลาในการชงหลอดปนพรอมของเหลวดวยเครองชงได เพราะสามารถกะประมาณนาหนกทใกล

รปท 5.6 รปรางขององคประกอบและอปกรณตาง ๆ ทใชในเครองหมนเหวยง

เคยงกนดวยสายตาแทนการชง แตในเครองหมนเหวยงความเรวสงและความเรวสงมากตองชงนาหนกใหเทากนทกครงถงแมวาเครองหมนเหวยงจะมระบบปองกนการไมสมดล

เครองหมนเหวยง

122

มอเตอรทนยมใชเปนมอเตอรอเนกประสงค(universal motor) ทสามารถใชกบกระแสไฟฟาตรงหรอกระแสไฟฟาสลบได มอเตอรมองคประกอบหลกคอ ฟลดคอยล(field coil) ซงอยรอบ ๆ แกนหมนซงพนดวยอารมาเจอรคอยล(armature coil) สวนปลายของทนอารมาเจอรเปนสะพานไฟฟา (ปลายขดลวด) เรยกวาคอมมวเทเตอร(commutator) บรเวณนสมผสกบแปรงถาน(carbon brush) ซงทาหนาทเปนสะพานไฟฟารบกระแสไฟฟาจากภายนอก

ความเรวรอบสงสดของมอเตอรแตละแบบถกกาหนดโดยขนาด และจานวนรอบของขดลวดทองแดง เพราะความเรวรอบขนอยกบกาลงไฟฟา(วตต) ทมอเตอรไดรบ

5. ระบบควบคม อาจพบสวนประกอบตาง ๆ ดงน 5.1 สวทชจายไฟฟา(power switch) ทาหนาทปด (OFF) หรอ เปด (ON) เพอจายกระแส

ไฟฟาใหกบวงจรการทางานของเครองหมนเหวยง 5.2 นาฬกาตงเวลาการทางาน (timer) ใชสาหรบควบคมเวลาในการหมนเหวยง เครอง

หมนเหวยงขนาดเลกมกจะตงเวลาไดในชวง 0-60 นาท สวนเครองหมนเหวยงความเรวสงสามารถตงเวลาการปนไดนานกวามาก นาฬกาอาจเปนชนดททางานดวยลาน(mechanical timer) หรอทางานดวยกระแสไฟฟา(electrical timer) ปมตงเวลาการทางานมประโยชนในการกาหนดเวลาปนแยกสาหรบงานทว ๆ ไป และในกรณทตองการปนแยกอนภาคใหตกตะกอนโดยใชแรงหนศนยกลางมากกวาแรงหนศนยกลางสงสดของเครองหมนเหวยงทมอย อาจแกปญหาโดยการเพมเวลาในการปนแยกซงสามารถคานวณจากสตร t2 = t1 X RCF1 RCF2 โดย t1 = เวลาทอนภาคตกตะกอนทแรงหนศนยกลางทตองการ (RCF1) t2 = เวลาทอนภาคตกตะกอนทแรงหนศนยกลางทใชจรง (RCF2) 5.3 ปมควบคมความเรว(speed control knob) เครองหมนเหวยงขนาดเลกราคาถกอาจไมมปมควบคมความเรว ทงนอาจเนองจากตองการลดตนทนการผลต เครองหมนเหวยงทออกแบบมาเฉพาะงานทใชแรงหนศนยกลางคงท ตวอยางเชน เครองหมนเหวยงเฮมาโตครท(hematocrit centrifuge) เครองหมนเหวยงทใชงานทางนาเหลองวทยา(serofuge ®) ไมจาเปนตองมปมควบคมความเรวเชนกน การควบคมความเรวแบงออกไดเปน 2 ชนดคอ 5.3.1 การควบคมความเรวแบบเลอกเปนจด ๆ ตวอยางเชน สามารถเลอกระดบความเรวได 7 ระดบในชวงความเรวตงแต 0-6,700 rpm เปนตน การควบคมสามารถกระทาไดโดย

เครองมอวทยาศาสตร

123

การใชตวตานทานชนดเลอกคาความตานทานเปนชวง ๆ เพอจากดกระแสไฟฟาทจายใหกบเครองหมนเหวยง หรออาจใชหมอแปลงไฟฟาปรบโวลตของกระแสไฟฟาทจายใหกบมอเตอร 5.3.2 การควบคมความเรวแบบตอเนอง มความละเอยดในการควบคมความเรวรอบมากสามารถเลอกคาความเรวรอบทตองการไดทกชวงความเรวของการหมน การควบคมอาจใชตวตานทานชนดปรบคาไดแบบตอเนองควบคมปรมาณกระแสไฟฟา หรออาจใชอปกรณอเลกทรอนกสซงนยมใชไทรสเตอร (thyristor) ซงไดแก เอสซอาร (SCR) และไตรแอก อปกรณทงสองจะทาหนาทควบคมเฟส(phase) ของกระแสไฟฟาทจายใหมอเตอรได

รปท 5.7 ก เปนตวอยางจงจรควบคมความเรวมอเตอร โดยใชเอสซอารควบคมเฟสของกระแสไฟฟาโดยปอนใหในลกษณะครงคลน(half wave) เปนผลใหความเรวของมอเตอรลดลงไม

รปท 5.7 ตวอยางวงจรควบคมความเรวมอเตอรโดยใชเอสซอาร (ก) หรอไตรแอก (ข)

เครองหมนเหวยง

124

นอยกวารอยละ 20 วงจรนใช R1, R2 และ D2 เปนตวกาหนดการทางานของเอสซอาร การควบคมความเรวดวยเอสซอารมขอดทสามารถทาใหมอเตอรมแรงบด(torque) สง จงเหมาะสมกบเครองหมนเหวยงทมอเตอรตองรบนาหนก(load) มาก สวนไตรแอกใหแรงบดทนอยกวา จงเหมาะสมสาหรบการหมนเหวยงทมอเตอรรบนาหนกไมมาก

รปท 5.7 ข เปนตวอยางวงจรควบคมความเรวทใชไตรแอก ซงสามารถควบคมความเรวมอเตอรใหคงททงทความเรวรอบตาหรอรอบสง

5.4 ปมหยดหมนมอเตอร(braking knob) เนองจากมอเตอรหมนดวยความเรวรอบสงจงเกดแรงเฉอยมากในขณะหยดหมน ซงตองใชเวลานานจงจะหยดหมนสนท จงจาเปนตองมระบบหยดหมนททาใหเครองหมนหวยงหยดหมนในชวงเวลา 1 นาท ถง 3 นาท หลงจากตดกระแสไฟฟาออกจากมอเตอร นอกจากนระบบหยดหมนยงชวยลดอนตรายหรอความเสยหายทอาจเกดขน อนเนองจากความไมสมดลของการหมนเหวยง เพราะสามารถหยดการหมนของมอเตอรได อยางรวดเรวเมอเกดความผดปกต ระบบหยดหมนทดควรหยดการหมนของมอเตอรไดอยางรวดเรวแตนมนวล เพอปองกนการฟงกระจายของตะกอน โดยเฉพาะในหลอดปนขนาดใหญ วธการควบคมหยดการหมนของมอเตอรทนยมใชมอย 2 ชนดคอ 5.4.1 การหยดแบบพลวต(dynamic braking) เปนการหยดการหมนของมอเตอรทเกดขนหลงจากกระแสไฟฟาไดถกตดออกจากมอเตอร โดยอาศยหลกการของมอเตอรทหมนอยสามารถสรางกระแสไฟฟาขนเองได(generator) ฟลดคอยลจงไดรบกระแสไฟฟาดงกลาวในปรมาณทแปรผนตามความเรวรอบของมอเตอร ทาใหเกดแรงหยดหมนมาก เมอความเรวสงมาก และมแรงหยดหมนนอยทความเรวตาตามลาดบ ในขณะเดยวกนกระแสไฟฟาในอารมาเจอรคอยลจะถกทาลายใหหมดไปโดยการตอตวตานทาน(braking resistor) ครอมขดลวดดงกลาว ทาใหการหยดหมนของมอเตอรเปนไปอยางตอเนอง คงท และชา ๆ แตในเครองหมนเหวยงบางแบบเรงการหยดหมนใหเรวขนอก โดยออกแบบใหมการเรงการลดลงของกระแสไฟฟาในฟลดคอยลพรอมกบเรงการลดลงของกระแสไฟฟาอารมาเจอรคอยล แตระบบดงกลาวตองหยดการทางานกอนทมอเตอรจะหยดหมนเพยงเลกนอย(30-50 rpm) เพอใหการหยดหมนเปนไปอยางนมนวล 5.4.2 การหยดหมนแบบทวนแรงปด(countertorque braking) เปนการหยดหมนมอเตอรทอาศยการกลบขวตอกระแสไฟฟาภายใน เปนผลใหมอเตอรหมนยอนทศทาง และใชตวตานทานตอครอมขนานอารมาเจอรคอยล เพอทาลายกระแสไฟฟาโดยการเปลยนใหเปนความรอน แรงหยดหมนจงคงทในทกความเรวรอบ แตจะรนแรงเกนไปทความเรวรอบตา ๆ จงอาจตองมระบบปรบความแรงในการหยดหมน หรอระบบตดการทางานกอนมอเตอรหยดหมนเลกนอย เพอใหการหยดหมนนมนวลขน 5.5 ระบบทาความเยน สรางขนมาเพอปองกนความรอนทาลายคณสมบตของสารทนามาปนแยก และปองกนความรอนทาลายระบบอเลกทรอนกสของเครองหมนเหวยง ในเครองหมน

เครองมอวทยาศาสตร

125

เหวยงทมความเรวรอบสงและความเรวรอบสงมาก เมอใชงานจะเกดความรอนจากการหมนของมอเตอร และการเสยดสของหวหมนกบอากาศ จงตองมระบบทาความเยนเพอลดความรอนดงกลาว โดยการใชเครองอด(compressor) เชนเดยวกบเครองทาความเยนทว ๆ ไป แตใชสารทาความเยนทปลอดภยกวา การทาความเยนสามารถทาใหอณหภมลดลงตากวาศนยอาศาเซลเซยสโดยมความผดพลาดเพยง 1-2 0ซ. ขนอยกบ ชนด ขนาด จานวนเครองอด และระบบควบคมทใช (ดรายละเอยดในบทท 8) 5.6 เครองวดความเรวรอบ(revolution counter) สรางขนมาเพอตรวจสอบความเรวรอบของมอเตอรตลอดวเลาทเครองหมนเหวยงทางาน ความเรวรอบทแสดงจะถกตองตอเมอมการปรบเครองวดใหถกตองกอนใชงาน แตอยางไรกตามความเรวรอบอาจเปลยนแปลงขนอยกบสภาพของแปรงถานและมอเตอร จงตองมการตรวจสอบความถกตองดวยเครองวดความเรวรอบภายนอกเครองหมนเหวยงเปนระยะ ๆ เครองวดความเรวรอบภายในเครองหมนเหวยงทางานโดยการรบสญญาณ(โวลต) จาก tachogenerator ซงจะเปลยนแปลงคาโวลตตามความเรวรอบของมอเตอร แลวเปลยนคาโวลตใหเปน rpm ในกรณทเครองวดความเรวรอบภายในเครองหมนเหวยงแสดงคาไมถกตอง เครองหมนเหวยงบางแบบ อาจมตวตานทานปรบคาไดอยในวงจรภายใน สาหรบปรบชดเชยความคลาดเคลอน

5.7 ปมกดสาหรบเปดฝาปดชองใสหวหมน 5.8 สญญาณเตอน อาจเปนหลอดไฟฟา หรออปกรณสงเสยงเตอนแสดงการทางานท

ปกต หรอ เมอผดปกต ตวอยางเชน การไมสมดลของหวหมน เปนตน 5.9 เครองแสดงอณหภมภายในชองใสหวหมน พบในเครองหมนเหวยงทมระบบทา

ความเยน ใชสาหรบตรวจสอบอณหภมกอนใชงานและขณะใชงาน 5.10 ระบบดดอากาศออก พบในเครองหมนเหวยงความเรวสงมาก ระบบดงกลาวม

หนาททาใหชองใสหวหมนเปนสญญากาศเพอลดความเสยดทานของอากาศกบหวหมน ซงจะทาใหเกดความรอนนอยลง และหวหมนสามารถหมนไดเรวขน 5.11 ระบบไมโครโพรเซสเซอร เครองหมนเหวยงความเรวสงและความเรวสงมากจะ มระบบไมโครโพรเซสเซอรควบคมการทางานของเครองหมนเหวยง ใหทางานอยางมประสทธภาพและชวยลดอนตรายในการใชงาน ซงเครองหมนเหวยง แตละยหอจะใชระบบไมโครโพรเซสเซอรทซบซอนมากนอยแตกตางกน

อปกรณทใชรวมกบเครองหมนเหวยง เครองหมนเหวยงมอปกรณประกอบทสาคญในการใชงานคอ 1. เครองวดความเรว(speedometer) การวดความเรวรอบของหมนของมอเตอร สวาน เครองยนต และอปกรณทหมนไดทกชนด สามารถวดความเรวรอบของการหมนไดโดยใชอปกรณเฉพาะ 2 ชนด คอ

เครองหมนเหวยง

126

1.1 สตรอโบสโกป(stroboscope) วดความเรวของการหมนหรอการเคลอนท โดยการสองแสงทมความถตาง ๆ ในชวง 200 ถง 300,000 ครงตอนาท ไปยงวตถทกาลงหมน ถามองเหนวตถนนหยดนงเมอใด แสดงวาวตถนนกาลงหมนอยดวยความเรวเทากบความถของแสงทสองไปกระทบ สตรอโบสโกปมความผดพลาดในการวดในชวงรอยละ 1-3 มระยะวดประมาณ 2 ฟต ในทมแสงสวางมากและประมาณ 3 ฟต ในทมแสงสวางนอย

1.2 มาตรอตรารอบ(tachometer) มอย 2 ชนดคอ 1.2.1 แบบสมผส(contact tachometer) อาศยหลกการถายทอดความเรวของการ

หมนผานตวกลางไปยงแกนหมนของเครองวด ทาใหสามารถอานคาความเรวรอบได โดยอาศยกลไกทางฟสกส หรออาศยการใหหมนจานวงกลมซงมรหมนตดลาแสงทสองตกกระทบตวไวแสง (photo sensor) อยตลอดเวลา จานวนครงทบงแสงทาใหเกดสญญาณไฟฟาซงจะถกแปลงใหเปนคาความเรวรอบอกครงหนง

เครองวดความเรวรอบแบบสมผสเหมาะสาหรบการวดความเรวรอบตา ๆ มขอเสยตรงทลกปนรอบ แกนหมนของเครองวดมกจะเสยหายไดงาย และอาจเกดความฝดจนทาใหวดคาไดผดพลาด นอกจากนยงอาจกอใหเกดอนตรายแกผใชอนเนองมาจากการเขาใกลวตถหมนมาก 1.2.2 แบบใชลาแสง(touchless photo tachometer) วดความเรวรอบโดยการตดเทปสะทอนแสงขนาดประมาณ 12 x 12 มม. ทแกนหมน หรอเสนรอบวงของวตถหมน หลงจากนนสองแสงจากเครองวดโดยใหลาแสงทามมกบเทปสะทอนแสงประมาณ 80 องศา ทระยะหาง 2-12 นว แสงทสะทอนกลบมาแตละครงจะถกรบไวโดยตวไวแสง แลวเกดสญญาณไฟฟาซงจะถกเปลยนใหเปนคาความเรวรอบในลกษณะของตวเลขหรอเขมช

การวดความเรวรอบโดยวธนมความถกตองสงมาก กลาวคอ มความผดพลาดประมาณรอยละ 1.5 สาหรบการแสดงผลดวยเขม และผดพลาด 1-3 rpm ในชวง 60-19,999 rpm สาหรบการแสดงผลแบบตวเลข เพราะใชสญญาณความถมาตรฐานจากผลกควอทซ(quartz crystal) ภายในเครองวด นอกจากนยงมความแมนยาในการวดสง เพราะไมมอทธพลของความฝด โดยมความผดพลาดประมาณ 1 rpm ท 9,999 rpm แตทความเรวรอบตากวา 50 rpm อาจเกดความผดพลาดไดงาย ซงสามารถแกไขโดยตดเทปสะทอนแสงใหมากกวา 1 อน หลงจากนนหาคาความเรวรอบทแทจรงดวยการหารคาทอานไดดวยจานวนแผนของเทปสะทอนแสงทตดไว 2. หลอดปน(centrifuge tube) การปนอนภาคใหตกตะกอนโดยมของเหลวปรมาตรมาก ๆ อาจใชขวดปน(centrifuge bottle) แตในงานทว ๆ ไปในหองปฏบตการสามารถใชหลอดปนสาหรบงานเกอบทกชนด การเลอกหลอดปนเพอใชงานโดยไมเกดผลเสยตองาน หรอเกดอนตราย ควรพจารณาถงเนอวสด รปราง ขนาด ความหนา ฯลฯ. ซงถายงไมแนใจวาจะใชหลอดปนชนดนน ๆ ไดหรอไมทแรงหนศนยกลางทตองการ ควรทดลองปนนากลนกอนนาไปใชงานจรง สงทควรพจารณาเลอกใชหลอดปนมดงน

เครองมอวทยาศาสตร

127

2.1 ความหนาของหลอดปน หวหมนแบบมมแกวงสามารถใชหลอดปนทมผนงบางกวาได เนองจากผนงรอบ ๆ ของชองใสหลอดปนมขนาดพอดกบหลอดปน จงชวยตานแรงกดใหแตก สวนหวหมนแบบมมคงทควรใชหลอดปนทมผนงทหนากวา เพราะมแรงกดใหแตกจากแรงหนศนยกลางมากกวา โดยเฉพาะบรเวณผนงดานทอยใกลแกนหมน และเพอชวยลดแรงกดใหแตกในหวหมนแบบมมคงทควรใสสารละลายใหเกอบเตมหลอดปน หรอใชฝาปดหลอดปน(closure) ทกครงเมอใชความเรวรอบสง

2.2 วสดทใชทาหลอดปน ควรพจารณาถง ความทนตอสารเคม ความแขง และความ เหมาะสมกบงาน 2.2.1 พลาสตก ทนตอสารเคมแตละชนดทความเขมขนตาง ๆ ไมเทากน เนองจากมรายละเอยดมากจงไมขอกลาว ณ ทน ถาพจารณาเฉพาะความทนตอแรงกดมความแตกตางกนดงน 2.2.1.1 Polystyrene ใชปนแยกในเครองหมนเหวยงทมความเรวรอบตาเทานนเพราะทนตอแรงกดไมเกน 1,800 g 2.2.1.2 Polymethylpentene ทนตอแรงกดไดไมเกน 3,000 g ทงในทอณหภมตาและอณหภมปกต 2.2.1.3 Polypropylene เปนพลาสตกทมความแขง คงรปรางไดด ทนแรงกดไดถง 50,000 g เมอปดฝาหลอดปนขณะปนแยก แตไมควรใชทอณหภมตาเพราะจะเปราะ แตกงาย 2.2.1.4 Polyallomer มความแขงนอยกวา polypropylene ทอณหภมปกต แตมความแขงเพมขนทอณหภมตา ทนแรงกดไดถง 50,000 g เมอปดฝาหลอดปนขณะปน

2.2.1.5 Plycarbonate มความใส และแขงมาก ใชงานไดทอณหภมตา และ อณหภมปกตโดยไมตองปดผาหลอดปน ทนแรงกดไดสงถง 50,000 g

2.2.1.6 Teflon มความยดหยนไมแตกงาย และทนแรงกดไดสงถง 50,000 g ทอณหภมตา

2.2.1.7 Low density polyethylene มความยดหยนด ใชงานไดทความเรว รอบปานกลางทอณหภมปกต แตทนแรงกดไดดทอณหภมตา (50,000 g)

2.2.1.8 High density polyethylene ทนแรงกดไดประมาณ 8,000 g เมอปน แยกโดย ปดฝาหลอดปน

2.2.1.9 แกว หลอดปนททาดวยแกวใชไดในงานทว ๆ ไป เพราะทนตอ สารเคมไดดมาก และทนแรงกดไดสงถง 3,000 g

2.2.2 เหลกกลาไรสนม เปนโลหะททนตอการกดกรอนจากสารเคมบางชนดไดด เปนพเศษ จงเหมาะสาหรบการใชเฉพาะงานบางอยาง มความแขงมาก จงสามารถใชในเครองหมนเหวยงชนดความเรวสงมากได

เครองหมนเหวยง

128

2.3 รปราง กนหลอดปนมความแตกตางกนอย 3 แบบ คอ แบบกนแบน(flat bottom) แบบกนกลม(round bottom) และแบบกนกรวย(conical bottom) แบบกนกลมเปนแบบทนยมใชทวไป เพราะทนตอแรงกดไดด สวนแบบกนกรวยใชในการแยกอนภาคเมอของเหลวมปรมาตรนอย หรอตะกอนมปรมาณนอย ในการใชงานควรเลอกแบบของยางกนแตกใหถกตองตามรปรางของกนหลอดปนดวย (รปท 5.6)

2.4 มฝาปดหลอดปน(closure) ทมนาหนกเบาและปดฝาหลอดปนไดสนท

ขอควรปฏบตในการใชงาน ถงแมวาเครองหมนเหวยงจะมองคประกอบและวธใชทแตกตางกนบาง การรและเขาใจในระบบการทางานเครองมอชวยใหสามารถใชเครองมอไดอยางถกตองและรวดเรว ขอควรปฏบตในการใชงานกวาง ๆ มดงน

1. ศกษาวธการใชงานและขดจากดตาง ๆ ในการใชงาน จากคมอใชงาน(operating manual) โดยเฉพาะความเรวรอบสงสด ชนดและขนาดของหลอดปน และชนดหวหมนทใชไดอยางปลอดภย

2. ตรวจสภาพความพรอมของเครองหมนเหวยงกอนใชงาน เชน ระดบนามนหลอลน แปรงถาน ความสะอาดของกระบอกใสหลอดปน กระบอกใสหลอดปนมยางกนแตกอยครบหรอไม ฯลฯ.

3. ไมควรใชหวหมนของเครองหมนเหวยงเครองหนง กบเครองหมนเหวยงอกเครองหนง เพราะ อาจมคณสมบตทางกายภาพทแตกตางกน ควรทาเครองหมายของหวหมนแตละเครองไว

4. การใสนาหนกใหสมดล การสมดลของหวหมนของเครองหมนเหวยงคอ การทาใหจดศนยกลางของการหมนของนาหนกซอนทบจดหมนตาง ๆ พอด ความสมดลของนาหนกรอบ ๆ จดหมนใด ๆ ยอมกอใหเกดการหมนทราบเรยบและคงท ทาใหอนภาคตกตะกอนหรอแยกชนไดด ลดการสนสะเทอน ลดเสยงดง ลดอนตราย ตลอดจนยดอายการใชงาน

4.1 หวหมนแบบมมคงท มจดหมนจดเดยวคอทจดกงกลางของแกนหมนของมอเตอร (รปท 5.8) การสมดลของนาหนกจงมงไปทจดดงกลาว โดยการปฏบตดงน

4.1.1 ชงนาหนกของกระบอกใสหลอดปนพรอมยางกนแตก ตดนาหนกทชงไดไว เลอกชดทมนาหนกเทา ๆ กน ใสในตาแหนงตรงกนขามในแนวเสนตรงผานจดกงกลางของแกนหมน

4.1.2 ใสกระบอกใสหลอดปนในหวหมนใหเตมอยเสมอ ถงแมวาจะไมไดใช หลอดปนอนนนกตาม

4.1.3 ใสหลอดปนพรอมของเหลวทมนาหนกเทากน ในชองใสตรงกนขามในแนว เสนตรงผานจดกงกลางของแกนหมน

4.1.4 ถามกระบอกใสหลอดปนวางอยควรกระจายหลอดปนใหอยรอบ ๆ แกนหมน 4.2 หวหมนแบบมมแกวง มจดหมน 2 จดคอ ทแกนมอเตอร และทแกนของแหวนทรน

เครองมอวทยาศาสตร

129

เนยน(pivotal axis) สวนทสมผสกบหวหมน(รปท 5.9 ) ควรปรบความสมดลดงน 4.2.1 ชงนาหนกของกระบอกใสหลอดปน แหวนทรนเนยน แลวจงเขยนนาหนก

ตดไว เลอกชดทมนาหนกเทา ๆ กน ใสไวในตาแหนงตรงกนขาม 4.2.2 ใสกระบอกในหลอดปนใหเตมหวหมนเสมอ 4.2.3 ใสหลอดปนพรอมของเหลวทมนาหนกเทา ๆ กน ในกระบอกใสหลอดปนท

อยตรงกนขามในแนวเสนตรงผานแกนหมนของหวหมน 4.2.4 เพอปรบสมดลของแกนหมนของแหวนทรนเนยน ตองใสหลอดปนจานวน

เทา ๆ กนทบรเวณ 2 ดานของจดหมนน

รปท 5.8 เปรยบเทยบการสมดลนาหนกในหวหมนแบบมมคงทเมอมองจากดานบน

5. ใชหลอดปนทมขนาดพอดกบกระบอกใสหลอดปน ถาไมพอดตองใชยางปรบขนาด 6. ตรวจดความยาวของหลอดปนเสมอ ถาเปนหวหมนแบบมมคงทควรดวาความยาวของ

หลอดปนวาจะกระทบกบฝาปดชองใสหวหมนหรอไม ความยาวของหลอดปนจะเสยดสกนเองไดหรอไม ถาเปนหวหมนแบบมมแกวง ควรตรวจดระยะทปลายหลอดปนจะกระทบกบแกนหมนเมอหลอดปนอยในแนวราบ

7. ไมควรปนแยกสารเคมทตดไฟหรอระเบดไดงาย เพราะประกายไฟทมอเตอรอาจทาให เกดไฟลกขน

เครองหมนเหวยง

130

8. สาหรบเครองหมนเหวยงความเรวสงหรอความเรวสงมาก ควรเปดเครองทาความเยนจน ไดความเยนทตองการ และเปดเครองดดอากาศจนเกดสญญากาศภายในชองใสหวหมนกอนเปด สวทชใหหวหมนทางาน

9. ควรตงเวลาปนแยกกอนหมนปมควบคมความเรว 10. เพมความเรวของมอเตอรดวยการหมนปมควบคมความเรวอยางชา ๆ

รปท 5.9 เปรยบเทยบการสมดลนาหนกในหวหมนแบบมมแกวง

เครองมอวทยาศาสตร

131

11. ไมควรเปดฝาปดชองใสหวหมนขณะทหวหมนกาลงหมนดวยความเรวสง เพราะอาจกอ ใหเกดอนตรายไดงาย และชวยทาใหเกดการฟงกระจายของเชอโรคไดดขน

12. เครองหมนเหวยงทไมมระบบหยดหมนของมอเตอร ควรปลอยใหหวหมนหยดหมนเอง ไมควรใชมอหรอวตถอน ๆ หยดหวหมน

13. ไมควรพยายามดงหลอดปนออกในขณะทหวหมนยงไมหยดสนท 14. ในขณะปนแยก ถามความผดปกต หรอเกดความไมสมดลควรปดสวทชหยดการทางาน

ของมอเตอรทนท 15. ทาความสะอาดหวหมนและชองใสหวหมนทกครงหลงจากใชงาน 16. ถาโวลตของกระแสไฟฟาตกมากไมควรใชเครองหมนเหวยง เพราะทสภาวะนมอเตอรจะ

ดงกระแสไฟฟามากกวาปกต ซงอาจทาใหเกดความรอนมากจนขดลวดทองแดงของมอเตอรไหม นอกจากนยงอาจทาใหวงจรควบคมการทางานตาง ๆ ทางานผดพลาด

การบารงรกษา เพอใหการทางานของเครองหมนเหวยงมประสทธภาพสงสด เกดความปลอดภยแกผใช และพรอมใชงานอยเสมอ ควรปฏบตดงน

1. ตรวจสอบความถกตองของความเรวรอบของเครองหมนเหวยง ดวยเครองวดความเรว รอบภายนอก คาทวดไดควรผดพลาดไมเกนรอยละ 5 ถาผดพลาดมากอาจแกไขโดยการปรบวงจรควบคมความเรวภายในเครองหมนเหวยง

2. ตรวจสอบความถกตองของปมควบคมเวลาโดยใชนาฬกาทมความถกตองสง ความผด พลาดของปมควบคมเวลาไมควรเกนรอยละ 10

3. ตรวจสอบความถกตองของอณหภมในชองใสหวหมนดวยเทอรมอมเตอรทก ๆ 6 เดอน 4. ตรวจสภาพแปรงถานทก ๆ เดอน ถาใชงานมาก หรอตรวจสภาพทก ๆ 6 เดอน ถาใช

งานนอย ควรเปลยนแปรงถานทเหลอความยาวนอยกวา 5 มม. ใหม ควรใชแปรงถานคณภาพดจากผผลตโดยตรง เพราะแปรงถานทว ๆ ไปในทองตลอดมกเปนแปรงถานออนทสกหรองาย และเกดฝนผงมาก ทาใหมอเตอรสกปรกและเกดความรอนมาก หรอทาใหไฟฟาเกดลดวงจรไดงาย

5. ตรวจสอบและหลอลนตลบลกปนของมอเตอรทก ๆ ป 6. ในกรณทมระบบปองกนการไมสมดลของหวหมน ควรตรวจดสภาพความเสอมของยาง

หรอความแขงของสปรงทฐานมอเตอรทก ๆ ป 7. ตรวจดรอยฉกขาดของสายไฟฟา ตรวจวดกระแสไฟฟารวทเครองทก ๆ 3 เดอน 8. หลอลนจดหมนของแหวนทรนเนยนดวยไขหลอลน ทก ๆ 3 เดอน 9. หวหมนทไมไดใชงานนาน ๆ ควรเกบนอกชองใสหวหมนในทแหง และสะอาด โดย

การควาชองใสหลอดปนลง 10. สงสกปรกทเกดขนแกเครองหมนเหวยงและอปกรณ ควรทาความสะอาดทนทดวยสาร

เครองหมนเหวยง

132

ชะลางชนดออน นาอน หรอนากลน ถาเปนสารกดกรอนควรเชดดวยนากลนมาก ๆ กอนเชดใหแหง ถาเปนตวอยางจากผปวยซงอาจมเชอไวรสตบอกเสบ เชอเอดส(AIDS) ฯลฯ. ควรฆาเชอโรคกอนดวย

นายาฆาเชอ ตวอยางเชน แอลกอฮอล 70 เปอรเซนต คลอรอก(Clorox®) หรอไลซอล(Lysol®) เปนตน

11. เศษแกวทแตกควรกาจดออกใหหมดจากกระบอกใสหลอดปน เพราะเศษเหลานจะกอ ใหเกดแรงกดเฉพาะจดทาใหหลอดปนแตกไดงาย สวนเศษผงโลหะซงมกจะมสเทา อาจกาจดออกไดโดยเชดออกหลงการหมนหวหมนเปลาหลาย ๆ ครง

การเลอก ควรพจารณาเลอกใชเครองหมนเหวยงทมคณสมบตดงตอไปน

1. เหมาะสมกบงาน ตวอยางเชน มความแรงหนศนยกลางเหมาะสม เพราะถาเลอกเครอง หมนเหวยงทมแรงหนศนยกลางสงเกนความจาเปนทจะตองใช ราคาของเครองหมนเหวยงจะสงขนดวยเปนเงาตามตว

2. ควรใชไดกบหวหมนหลาย ๆ ชนด เพอการใชงานทหลากหลายขนดวยการซอเครอง หมนเหวยงเพยงเครองเดยว

3. มความสะดวกสบายในการใชงานและการบารงรกษา ตวอยางเชน มนาฬกาตงเวลา ม ระบบปรบสมดลแบบอตโนมต มเครองวดความเรวรอบ มระบบตรวจสอบความผดปกตของเครอง เปนตน

4. มระบบหยดหมนมอเตอรทรวดเรวและนมนวล 5. มระบบปองกนอนตราย ตวอยางเชน ระบบปดฝาขณะทหวหมนทางานอย ระบบปอง

กนการแพรกระจายของเชอโรค เปนตน 6. มระบบลดสญญาณรบกวน(interference suppression system) การทางานของเครองมอ

วทยาศาสตรอน ๆ ตลอดจนลดการรบกวนคลนวทย และอปกรณอเลกทรอนกสอน ๆ ทอยในบรเวณใกลเคยง

7. มเสยงดงนอย 8. หวหมนมความจมากเมอเทยบกบเครองหมนเหวยงทมขนาดเทา ๆ กน 9. ควบคมความเรวในชวงกวาง ไดอยางราบเรยบและคงท

ปญหาและสาเหต เครองหมนเหวยงมปญหาและสาเหตทพบไดบอยดงตารางท 5.1 แตปญหาทพบบอยมากคอหลอดปนแตกในขณะปนซงมกจะทาใหงานการวเคราะห วจยในหองปฏบตการเสยหาย สวนปญหารองลงไปททาใหเครองหมนเหวยงเสยหายคอ การปลอยใหแปรงถานหมด เปนผลใหสปรงดนแปรงถานสมผสกบคอมมวเทเตอรทาใหคอมมวเทเตอรเสยหาย และเกดไฟฟาลดวงจร สวนปญหาทพบ

เครองมอวทยาศาสตร

133

ไมบอยนกแตทาใหเครองหมนเหวยงเสยหายมากคอ การใสหวหมนกบแกนหมนไมแนนสนททาใหหวหมนกระเดนหลดออกจากแกนหมนขณะมอเตอรทางาน ซงถาเปนเครองหมนเหวยงความเรวสงมากจะสรางความเสยหายอยางมากมาย นอกจากนยงมกพบวาเครองหมนเหวยงเกา ๆ ทขาดการบารงรกษามกจะสงเสยงดงรบกวนการทางานมาก ซงนบวาเปนมลภาวะทางเสยงทควรจะตองชวยกนลดลงใหมากทสด ตารางท 5.1 ปญหาและสาเหตของเครองหมนเหวยง

ปญหา

สาเหต

มอเตอรไมหมน - ไมมกระแสไฟฟา (ฟวสขาด ลมเสยบปลก) - แปลงถานหมด - หนาสมผสแปลงถานสกปรกหรอไมเรยบ - ฟลดคอยลลดวงจร - ลกปนรอบแกนหมนแตก - สวทชตงเวลาทางานผดปกต - ปมควบคมความเรวผดปกต

มอเตอรหมนชากวาปกต - หนาสมผสแปลงถานไมเรยบหรอสกปรก - ระบบควบคมความเรวผดปกต - ฟลดคอยลลดวงจร - โวลตตากวาปกต

มอเตอรหมนเรวแตควบคมความเรวไมได - ระบบควบคมความเรวผดปกต - มอเตอรเสย

หลอดปนแตก - ใสหลอดปนไมสมดล - ไมมยางกนแตกทกนของชองใสหลอดปน - ปลายหลอดปนกระทบกนเอง - ปลายหลอดปนกระแทกกบฝาปดหรอแกน

หมน - มเศษสกปรกทกนชองใสหลอดปน - ใชหลอดปนทไมเหมาะสม - ใสหลอดปนขนาดเลกในชองใสหลอดปน

ขนาดใหญโดยไมใชยางปรบขนาด - ใชความเรวรอบในการปนแยกสงเกน

เครองหมนเหวยง

134

ตารางท 5.1 ปญหาและสาเหตของเครองหมนเหวยง(ตอ)

ปญหา

สาเหต

มเสยงดงมาก - หวหมนไมสมดล - แกนมอเตอรคด - ยางรองกนเสยงแขงหรอฉกขาด - ปดฝาเครองหมนเหวยงไมสนท - ลกปนมอเตอรแตกหรอฝด - มสงสกปรกในชองใสหวหมน

เบรกไมหยด - หนาสมผสแปรงสกปรกหรอแปรงถานหมด - สายตอในระบบหยดหมนตอไมแนนหรอหลด

เครองวดความเรวรอบไมทางาน - Tachogenerator เสย - ภาคแสดงคาความเรวเสย - ตวตานทานปรบคาไดในวงจรปรบความเรวเสย

เครองหมนเหวยงในหองปฏบตการเปนเครองมอวทยาศาสตร ทมองคประกอบ และหลกการ

ทางานตงแตซบซอนนอยจนถงซบซอนมาก แตถาผใชใหความสนใจในเรองการใสนาหนกในหวหมน

ใหสมดล การทาความสะอาด และการบารงรกษาอยเสมอ ๆ แลว จะชวยทาใหเครองหมนเหวยง

ทางานไดอยางมประสทธภาพยาวนาน นอกจากนการประยกตใชเครองหมนเหวยงความเรวสงและ

ความเรวสงมากในงานวจยในสาขาตาง ๆ ใหมากขน จะชวยใหเครองมอเหลานมคณคามากขน

เหมาะสมกบราคาเครองมอทคอนขางสง

เครองมอวทยาศาสตร

135

บรรณานกรม

1. Arakawa T, Philo JS. Application of analytical ultracentrifuge to molecular biology and pharmaceutical science. Yakugaku Zasshi 1999;119:597:611.

2. Beckman Instrument Inc. The model L8-80 preparative ultracentrifuge Instruction manual. 1981.

3. Clarke J . Fan speed control : slow your electric fan to a gentle breeze. Electronic Australia 1979; 12:68-71. 4. Hick R, Schenken JR, Steinrauf MA. Centrifuge in laboratory instrument. 2 nd ed. Harper

and Row Publisher, 1980. 5. Lee LW. Elementary principles of laboratory instruments. 5 th ed. Toronto: The C.V.

Mosby Company, 1983. 6. Skolaut RU. Working with laboratory centrifuges. Medical Focus 1989;50-64.

เครองหมนเหวยง

136