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Lavorare con le centrifughe

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Working with Centrifuges

6.1: Proper Personal Protective Equipment

6.5: Working with Hot and Cold Sources

95,381 Views

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07:07 min

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April 30, 2023

Overview

Fonte: Robert M. Rioux & Suprita Jharimune, Pennsylvania State University, University Park, PA

La forza gravitazionale terrestre è in grado di separare miscele eterogenee. Tuttavia, molti sistemi sververa questo tipo di separazione a causa del periodo di tempo solitamente richiesto in questi casi. La centrifugazione è uno degli strumenti più potenti per la separazione di miscele eterogenee¹. Comporta l’applicazione della forza centripeta per la sedimentazione della fase più pesante, che porta alla separazione delle due fasi, ed è una tecnica comunemente usata in ambienti industriali e di laboratorio.

In un tipico processo di centrifugazione, le particelle sospese in un fluido vengono filate attorno all’asse di rotazione della centrifuga, causando una forza lontano dall’asse. Questa forza spinge le particelle sul fondo del porta campioni della centrifuga ad una velocità che dipende dalla dimensione e dalla densità delle particelle. La centrifugazione è quindi una tecnica per accelerare il processo di sedimentazione.

Per garantire la sicurezza nell’uso di una centrifuga, l’utente deve essere adeguatamente addestrato e reso consapevole dei pericoli che potrebbero derivare dal suo utilizzo. Le sezioni seguenti presentano una discussione sulla manipolazione e la sicurezza durante il lavoro con le centrifughe.

Principles

Una centrifuga è composta da tre parti di base: un rotore, un albero di trasmissione e un motore². Il rotore contiene i tubi, le bottiglie o i sacchetti contenenti i liquidi da centrifugare. Di solito è fatto di un materiale ad alta resistenza, come una lega di alluminio o acciaio inossidabile. Diversi tipi e dimensioni di rotore, intercambiabili tra loro, possono essere montati sull’albero di trasmissione, che si collega al motore. Il motore fornisce la potenza per ruotare il rotore. Di solito, un armadio sicuro circonda e supporta queste parti. I comandi operativi e le ghiere degli indicatori di velocità e tempo sono montati sull’armadio. La maggior parte delle centrifughe ha un sistema frenante per portare il rotore a un punto morto poco dopo la fine della corsa. Molte centrifughe sono anche refrigerate per evitare che i delicati campioni biologici si riscaldino, poiché i campioni tendono a riscaldarsi durante il processo di centrifugazione. Esistono strumenti sia a bassa velocità che ad alta velocità per la centrifugazione. Le centrifughe che operano a velocità fino a 10.000 giri/min sono considerate strumenti a bassa velocità, mentre gli strumenti ad alta velocità operano a velocità fino a 21.000 giri/min. Gli ultracentrifugi possono superare velocità di rotazione di 30.000 giri / min.

A causa dell’elevata velocità con cui funziona una centrifuga, può causare gravi lesioni all’utente se mal gestita. I pericoli causati dalla centrifugazione sono collegati principalmente a guasti meccanici o alla dispersione di aerosol. La forza centrifuga sul rotore provoca un carico sul rotore della centrifuga, portando a piccoli cambiamenti nelle dimensioni del metallo. I rotori sono progettati per resistere a una soglia di sollecitazione ed essere in grado di tornare alle loro dimensioni originali dello stato di riposo. Tuttavia, se questa soglia di sollecitazione viene superata, il rotore potrebbe deformarsi in modo permanente. Crepe e altre usura porteranno al deterioramento del rotore nel tempo, compromettendo il funzionamento sicuro della centrifuga. Se un materiale pericoloso perde all’interno del rotore o del corpo della centrifuga, può rappresentare un potenziale pericolo per l’utente e per gli altri presenti nell’area circostante. Pertanto, è importante che tutti gli utenti seguano i passaggi standard per il funzionamento sicuro delle centrifughe e siano addestrati a gestire situazioni in caso di guasto del funzionamento o altri pericoli. L’utente non dovrebbe mai diventare compiacente quando lavora con strumenti a bassa velocità. Possono comunque causare lesioni significative all’utente.

Procedure

1. Protocollo generale per l’uso sicuro della centrifuga

Il supervisore di laboratorio o il responsabile della sicurezza del laboratorio dovrebbe garantire che tutti gli utenti siano adeguatamente formati nella selezione del rotore, della provetta del campione e del corretto funzionamento della centrifuga.
Ogni nuovo utente dovrebbe essere strettamente supervisionato da un utente addestrato fino a quando non è sicuro di come utilizzare correttamente lo strumento.
Prima di utilizzare lo strumento, ogni utente deve leggere attentamente e comprendere le istruzioni di sicurezza per la centrifuga specifica.
A seconda del campione, devono essere utilizzati rotori compatibili.
Il rotore, il tubo e il mandrino devono essere puliti, asciutti e privi di crepe o deformità.
Gli O-ring devono essere controllati per eventuali usura o crepe.
È importante assicurarsi che i tubi utilizzati per la centrifugazione siano compatibili con il campione e la velocità di rotazione (bassa, alta o ultra).
I tubi della centrifuga non devono essere riempiti più di tre quarti del loro livello massimo di riempimento.
I tubi dovrebbero essere chiusi saldamente.
È estremamente importante bilanciare i tubi opposti l’uno all’altro. In caso contrario, la separazione può comportare una separazione incompleta e, in casi estremi, può causare la dispersione del contenuto del tubo nell’alloggiamento della centrifuga.
Prima di accendere la centrifuga, il rotore deve essere controllato per assicurarsi che sia correttamente seduto sull’azionamento e che il coperchio sia correttamente chiuso.
Il coperchio deve essere tenuto chiuso in ogni momento quando la centrifuga è in funzione e non deve mai essere aperto fino a quando il rotore non si ferma completamente.
L’operatore deve rimanere nelle vicinanze della centrifuga fino a quando non ha raggiunto in sicurezza la velocità operativa target. In caso di suoni o vibrazioni insoliti, lo strumento deve essere immediatamente spento. Il limite di velocità dello strumento non deve mai essere superato. Allo spegnimento, lasciare il tempo sufficiente affinché il rotore rallenti in una posizione di arresto. Le centrifughe moderne hanno indicatori che significano che è sicuro aprire la centrifuga.
Una volta terminata la centrifugazione, i campioni devono essere rimossi e lo strumento deve essere controllato per eventuali fuoriuscite o perdite. Se necessario, il rotore deve essere pulito accuratamente.

2. Ulteriori precauzioni durante la manipolazione di sostanze chimiche pericolose o materiali infettivi

Quando si utilizzano sostanze chimiche pericolose o campioni biologici che potrebbero essere infettivi, è importante etichettare lo strumento durante l’uso per avvisare gli altri lavoratori del pericolo.
Devono essere indossati guanti appropriati¹per maneggiare campioni pericolosi.
Devono essere utilizzati tubi di sicurezza sigillati. È preferibile utilizzare il confinamento secondario, se disponibile, per i tubi della centrifuga. Questi sono di solito sotto forma di inserti di plastica o vetro che vengono posizionati direttamente nei secchi campione della centrifuga.
Una volta terminata la centrifugazione, i tubi devono essere rimossi dal rotore e aperti solo nella cappa aspirante o nell’armadio di sicurezza biologica, a partire dai casi.
La pulizia, se richiesta, deve essere effettuata con estrema cura, in modo da non esporre l’operatore a sostanze chimiche pericolose o materiali infettivi. In caso di fuoriuscite di tali campioni, vedere il passaggio 3, Situazioni di emergenza, di seguito.
Per tipi specifici di campioni pericolosi, può essere preferibile mantenere procedure standard e protocolli di pulizia in laboratorio. Questi dovrebbero essere rivisti e aggiornati di conseguenza, se necessario.

3. Situazioni di emergenza e relative misure di sicurezza

Una situazione di emergenza può verificarsi se il rotore non funziona correttamente o se c’è una fuoriuscita nella centrifuga a causa di rottura del tubo o cattiva gestione. In tali situazioni, dovrebbero essere prese le seguenti misure.

La centrifuga deve essere spenta immediatamente e il coperchio deve essere tenuto chiuso fino a quando gli altri non vengono avvisati ed evacuare la posizione. L’alimentazione deve essere terminata al pulsante di accensione sullo strumento. Il pulsante si troverà sulla parte anteriore, laterale o posteriore dello strumento. L’utente dovrebbe familiarizzare con la sua posizione. Se il pulsante di accensione non funziona correttamente, l’utente deve rimuovere la spina di alimentazione principale dalla presa a muro.
Per ridurre il rischio di aerosol, a volte è meglio lasciare intatta la centrifuga per almeno 0,5 ore. Consultare il documento tecnico della centrifuga.
Per ripulire le fuoriuscite, l’operatore deve conoscere bene il campione utilizzato e deve indossare un abbigliamento adeguato tra cui camice da laboratorio, guanti, scudo facciale e occhiali di sicurezza.
1. Una volta pulito, il materiale versato deve essere smaltito correttamente e gli indumenti protettivi contaminati devono essere smaltiti o puliti correttamente. Le mani e qualsiasi pelle esposta devono essere lavate accuratamente.
Se apertamente esposto a materiali altamente pericolosi, il 911 deve essere chiamato o deve essere somministrata assistenza medica immediata alla persona afflitta.

4. Manutenzione della Centrifuga

NOTA: Il corpo della centrifuga è solitamente costituito da metalli che possono corrodersi in presenza di umidità, sostanze chimiche o detergenti forti. Per una corretta manutenzione della centrifuga, si consiglia di seguire attentamente le istruzioni del produttore per la pulizia e la manutenzione. Oltre a ciò, alcune misure generali per la manutenzione da tenere a mente sono le seguenti.

La centrifuga deve essere sempre mantenuta pulita e asciutta.
Qualsiasi tipo di fuoriuscita deve essere immediatamente pulita.
Il rotore deve essere decontaminato dopo l’uso con materiali biologici e radioattivi. Si consiglia di utilizzare il 10% di candeggina per 30 minuti seguito dal 70% di etanolo, lasciando asciugare il rotore all’aria.
I fili abrasivi delle spazzole non devono mai essere utilizzati per pulire il rotore e le parti associate.
Il rotore deve essere ispezionato dopo ogni utilizzo da parte dell’operatore e almeno una volta all’anno dall’ispettore del fabbricante.
Per ogni centrifuga deve essere tenuto un registro per tenere un registro degli utenti, dei campioni e della cronologia dei servizi. Inoltre, copie di qualsiasi materiale relativo alla garanzia possono essere incluse in questo diario di bordo.

La centrifugazione è uno degli strumenti più potenti utilizzati nei laboratori per la separazione di miscele eterogenee, ma può essere pericoloso e quindi devono essere applicate precauzioni di sicurezza.

Una centrifuga fa girare rapidamente i campioni per separare materiali eterogenei, il che induce forze centrifughe estreme sui campioni e sullo strumento. A causa dell’elevata velocità con cui funziona una centrifuga, può causare gravi lesioni all’utente se mal gestita. Pertanto, è necessario prestare particolare attenzione quando si utilizza una centrifuga per evitare fuoriuscite e danni all’apparecchiatura.

Questo video illustrerà il meccanismo di una centrifuga e come utilizzarla e mantenerne una in sicurezza.

Prima di entrare nei dettagli delle misure di sicurezza, esaminiamo rapidamente le basi della centrifugazione. Le centrifughe contengono un rotore alloggiato su un mandrino. Rotori di dimensioni diverse di solito possono essere montati su un singolo mandrino per ospitare diverse bottiglie, tubi o sacchetti campione. Un motore fa girare il rotore a un determinato numero di giri al minuto. Questo, a sua volta, impartisce la forza centrifuga sulla miscela eterogenea diretta lontano dall’asse di rotazione, che separa particelle con densità diverse.

Diverse tipologie di centrifughe operano a diversi RPM. Centrifughe a bassa velocità funzionano a meno di 10.000 GIRI/MIN, ad alta velocità fino a 21.000 e ultracentrifughe a 30.000 e oltre. Ogni tipo ha rotori diversi che sono compatibili con esso. Dopo la corsa, un sistema frenante di solito rallenta il rotore. In qualsiasi centrifuga, l’alta velocità deforma il rotore.

Nell’uso normale, tornerà alle sue dimensioni precedenti. Tuttavia, se la forza dovuta alla rotazione supera la forza massima che il rotore può gestire, potrebbe deformarsi in modo permanente. Ciò può portare a crepe, che possono, a loro volta, portare a gravi guasti. I guasti della centrifuga, d’altra parte, possono portare a perdite di campioni, che possono essere pericolose se sono coinvolti materiali pericolosi e devono essere maneggiati con cura. Ora, ti mostreremo come preparare i campioni e usarli in sicurezza nella centrifuga.

Innanzitutto, selezionare i tubi centrifughi appropriati che siano compatibili con le velocità di rotazione che si desidera utilizzare. Controlla la documentazione per scoprire i limiti del tubo. I tubi devono essere intatti e privi di crepe. Riempi ciascuno a non più di 3/4 pieno per evitare fuoriuscite. Quindi assicurarsi che i tubi siano bilanciati e coprirli saldamente.

Quando si centrifuga campioni chimici o biologici pericolosi, prendere precauzioni speciali. Indossare dispositivi di protezione appropriati e preparare i campioni in un ambiente di lavoro appropriato, come una cappa aspirante o un armadio a flusso laminare. Per ulteriori informazioni su queste funzioni di sicurezza, consulta i video di JoVE sulle cappe aspiranti.

Se necessario, utilizzare un contenimento secondario per materiali pericolosi, come un inserto in vetro o plastica. Possono essere utilizzati anche tubi di sicurezza sigillati che forniscono un ambiente contenuto. Tutti devono essere addestrati prima di utilizzare qualsiasi centrifuga o rotore.

Selezionare un rotore appropriato alla centrifuga. Controllare che il rotore e il suo coperchio siano puliti e asciutti e non presentino crepe o deformità. Assicurarsi inoltre che gli O-ring sul rotore o sul coperchio non siano usurati. Inoltre, controllare il mandrino della centrifuga per vedere se è piegato o presenta altre deformità. Quindi posizionare il rotore sul mandrino assicurandosi che sia correttamente seduto. Inserire campioni nel rotore, assicurandosi che i tubi si adattino perfettamente al rotore.

Metti sempre i tubi bilanciati uno di fronte all’altro. Coprire il rotore, assicurandosi che la tenuta sia ermetica. Chiudere il coperchio della centrifuga e avviare il programma. Ancora una volta, vedere il precedente video sulla centrifuga di JoVE, per ulteriori informazioni sull’esecuzione di un programma di centrifuga.

Rimanere alla centrifuga fino a quando non ha raggiunto la sua velocità massima. Familiarizzare con la posizione del pulsante di accensione. Spegnere il pulsante di accensione se ci sono suoni o vibrazioni insolite per fermare immediatamente la centrifuga. Quindi evacuare l’area circostante fino a quando il rotore non si è fermato. Una volta che si è fermato, ispezionare i campioni per la fuoriuscita e il rotore per eventuali anomalie o squilibri. Se non ci sono stati problemi, attendere che la centrifuga abbia completato il suo programma e si sia completamente fermata.

Attendere un’ulteriore mezz’ora se sono presenti sostanze chimiche che formano aerosol. In caso contrario, è possibile aprire

la centrifuga immediatamente. Rimuovere i campioni e riportarli in un’area specializzata per l’apertura, se necessario. In caso di fuoriuscita, pulire immediatamente la centrifuga. Utilizzare DPI appropriati per qualsiasi pericolo presente e smaltire i materiali contaminati secondo le linee guida. Non utilizzare fili abrasivi per la pulizia in quanto potrebbero danneggiare il rotore. Allertare il personale di emergenza e non tentare di pulire la centrifuga se si sono riversati pericoli potenzialmente letali.

Decontaminare il rotore con candeggina al 10% per qualsiasi campione biologico utilizzato nella centrifuga indipendentemente dalla fuoriuscita o meno. Lasciare riposare la candeggina per 30 minuti, quindi risciacquare il 70% di etanolo e asciugare all’aria. Infine, rimuovere e ispezionare il rotore per eventuali danni e annotare l’uso nel giornale di bordo.

Hai appena visto l’introduzione di JoVE all’uso delle centrifughe. Ora dovresti capire come preparare i tuoi campioni e come utilizzare e mantenere lo strumento.

Grazie per l’attenzione.

Applications and Summary

Con l’aumento dell’uso delle centrifughe nei laboratori e nell’industria, è aumentato anche il rischio di pericoli per l’utilizzo di centrifughe. Tuttavia, un’attenta manipolazione dell’apparecchio e un’adeguata conoscenza del suo uso e delle misure di sicurezza possono mitigare sostanzialmente gli incidenti. Una linea guida di base per lavorare con le centrifughe è fornita qui. Tuttavia, le procedure possono variare marginalmente a seconda della particolare macchina centrifuga utilizzata. Pertanto, si consiglia sempre di leggere attentamente e comprendere il manuale utente della particolare macchina prima di iniziare a utilizzarlo.

References

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CR Scientific LLC. http://www.crscientific.com/centrifuge-safety.html Accessed 16 August 2016

Transcript

Centrifugation is one of the most powerful tools used in labs for the separation of heterogeneous mixtures, but it can be hazardous, and therefore safety precautions should be applied.

A centrifuge rapidly spins samples to separate heterogeneous materials, which induces extreme centrifugal forces on the samples and the instrument. Due to the high speed at which a centrifuge operates, it can cause serious injury to the user if mishandled. Therefore, special care must be taken when using a centrifuge to prevent spills and damage to the equipment.

This video will illustrate the mechanism of a centrifuge and how to safely operate and maintain one.

Before going into the details of the safety measures, let’s quickly review the basics of centrifugation. Centrifuges contain a rotor housed on a spindle. Differently sized rotors can usually be fitted on a single spindle to accommodate different sample bottles, tubes, or bags. A motor spins the rotor at a specified RPM or revolutions per minute. This, in turn, imparts the centrifugal force on the heterogeneous mixture directed away from the axis of rotation, which separates particles with different densities.

Different types of centrifuges operate at different RPMs. Low-speed centrifuges run at less than 10,000 RPMs, high-speed up to 21,000, and ultracentrifuges to 30,000 and above. Each type has different rotors that are compatible with it. After the run, a braking system usually slows down the rotor. In any centrifuge, high speed deforms the rotor.

In normal use, it will return to its previous size. However, if the force due to spinning exceeds the maximum force that the rotor can handle, then it might get permanently deformed. This can lead to cracks, which may, in turn, lead to serious failure. Centrifuge failures, on the other hand, may lead to sample leakage, which can be dangerous if hazardous materials are involved and should be handled with care. Now, we will show you how to prepare samples and safely use them in the centrifuge.

First, select appropriate centrifuge tubes that are compatible with the rotating speeds you want to use. Check the documentation to find out the tube’s limits. Tubes should be intact and free of any cracks. Fill each to no more than 3/4 full to prevent spills. Then make sure that the tubes are balanced and cap them tightly.

When centrifuging hazardous chemical or biological samples, take special precautions. Wear appropriate protective equipment, and prepare samples in an appropriate work environment, like a fume hood or laminar flow cabinet. For more information on these safety features, see JoVE’s videos on Fume Hoods.

If necessary, use a secondary containment for hazardous materials, like a glass or plastic insert. Sealed safety tubes providing a contained environment can be used as well. Everyone must be trained before using any centrifuge or rotor.

Select a rotor appropriate to the centrifuge. Check that the rotor and its cover are clean and dry and do not have cracks or deformities. Make extra sure that the O-rings on the rotor or cover are not worn. Also, check the centrifuge spindle to see if it is bent or has any other deformities. Then place the rotor on the spindle making sure it is correctly seated. Insert samples into the rotor, being sure that the tubes fit snugly in the rotor.

Always put balanced tubes opposite each from each other. Cover the rotor, ensuring that the seal is tight. Close the centrifuge lid and start your program. Again, see JoVE’s previous centrifuge video, for more information about running a centrifuge program.

Stay at the centrifuge until it has reached its maximum speed. Familiarize yourself with the location of the power button. Turn off the power button if there are any unusual sounds or vibrations to stop the centrifuge immediately. Then evacuate the immediate area until the rotor has stopped. Once it has stopped, inspect the samples for spillage and the rotor for any abnormalities or imbalances. If there were no problems, wait until the centrifuge has completed its program and completely stopped.

Wait an additional half-hour if aerosol-forming chemicals are present. Otherwise, you may open

the centrifuge immediately. Remove the samples and take them back to a specialized area for opening if necessary. In case of a spill, clean up the centrifuge immediately. Use appropriate PPE to any hazard present, and dispose of contaminated materials according to guidelines. Do not use abrasive brush wires to clean as they may damage the rotor. Alert emergency personnel, and do not attempt to clean the centrifuge if life-threatening hazards have spilled.

Decontaminate the rotor with 10% bleach for any biological samples used in the centrifuge regardless of spill or not. Let the bleach stand for 30 minutes, and then rinse 70% ethanol and air dry. Lastly, remove and inspect the rotor for any damage, and note down your use in the logbook.

You’ve just watched JoVE’s Introduction Into Centrifuge Use. You should now understand how to prepare your samples as well as how to operate and maintain the instrument.

Thanks for watching.

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