เครื่องหมุนเหวี่ยง (Centrifuge)

                เครื่องหมุนเหวี่ยง เป็นเครื่องมือพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับเร่งอัตราการตกตะกอนของอนุภาค(particle)ที่ไม่ละลายออกจากของเหลว หรือใช้แยกของเหลวหลาย ๆ ชนิดที่มีความถ่วงจำเพาะ ต่างกันออกจากกัน ใช้ทำสารละลายให้เข้มข้นขึ้น ใช้วิคราะห์ชนิดของสาร หาน้ำหนักโมเลกุลของสารได้โดยอาศัยคุณสมบัติของตัวกลาง คุณสมบัติของอนุภาคที่แตกต่างกัน และการสร้างแรงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากการหมุนรอบจุดหมุน ในความเร็วรอบที่สูงมาก

ชนิดของเครื่องหมุนเหวี่ยง
  1. เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วรอบต่ำ มีความเร็วรอบไม่เกิน 6,000 รอบต่อนาที มีแรงหนีศูนย์กลางสูงสุดในช่วง 1,800 – 7,000 g
  2. เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วรอบสูง มีความเร็วรอบไม่เกิน 28,000 รอบต่อนาที มีแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางสูงสุดถึง 80,000 g
  3. เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วรอบสูงมาก มีความเร็วรอบของการหมุนสูงถึง 150,000 รอบค่อนาที สามารถสร้างแรงหนีศูนย์กลางได้สูงถึง 800,000 g เครื่องหมุนเหวี่ยงชนิดนี้สามารถแบ่งย่อยออกได้เป็น 2 ชนิด คือ
                         3.1 แบบวิเคราะห์
                         3.2 แบบเตรียมสาร
องค์ประกอบและคุณสมบัติ

                1. ตัวถัง มีองค์ประกอบย่อยอีก คือ
                     1.1 ช่องใส่หัวหมุน
                     1.2 ฝาปิดช่องใส่หัวหมุน ฝาปิดอาจประกอบด้วย
                                1.2.1 รูระบายอากาศ
                                1.2.2 ยางกันเสียง
                                1.2.3 ตะขอยึด
                2. หัวหมุน แบ่งออกได้เป็น 4 ชนิดตามองศาในการจับยึดกระบอกใส่หลอดปั่นดังนี้
                     2.1 หัวหมุนแบบมุมแกว่ง
                     2.2 หัวหมุนแบบคงที่
                     2.3 หัวหมุนแบบแนวดิ่ง
                     2.4 หัวหมุนแบบแนวราบ
                3. กระบอกใส่หลอดปั่น
                4. มอเตอร์
                5. ระบบควบคุม
                     5.1 สวิตช์จ่ายไฟฟ้า
                     5.2 นาฬิกาตั้งเวลาการทำงาน
                     5.3 ปุ่มควบคุมความเร็ว
                                5.3.1 การควบคุมความเร็วแบบเลือกเป็นจุด ๆ
                                5.3.2 การควบคุมความเร็วแบบต่อเนื่อง
                     5.4 ปุ่มหยุดหมุนมอเตอร์ วิธีการควบคุมหยุดการหมุนของมอเตอร์ที่นิยมใช้มีอยู่ 2 ชนิด คือ
                                5.4.1 การหยุดแบบพลวัต
                                5.4.2 การหยุดหมุนแบบทวนแรงปิด
                     5.5 ระบบทำความเย็น
                     5.6 เครื่องวัดความเร็วรอบ
                     5.7 ปุ่มกดสำหรับเปิดฝาปิดช่องใส่หัวหมุน
                     5.8 สัญญาณเตือน
                     5.9 เครื่องแสดงอุณหภูมิภายในช่วงใส่หัวหมุน
                     5.10 ระบบดูดอากาศออก
                     5.11 ระบบไมโครโพรเซสเซอร์

อุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกับเครื่องหมุนเหวี่ยง
  1. เครื่องวัดความเร็ว
         1.1 สตรอโบสโกป
                         1.2 มาตรอัตรารอบ มีอยู่ 2 ชนิด คือ
                                    1.2.1 แบบสัมผัส
                                    1.2.2 แบบใช้ลำแสง
  2.  หลอดปั่น สิ่งที่ควรพิจารณาเลือกใช้หลอดปั่นมีดังนี้
          2.1 ความหนาของหลอดปั่น
          2.2 วัสดุที่ใช้ทำหลอดปั่น ควรพิจารณาถึง ความทนต่อสารเคมี ความแข็ง และความเหมาะสมกับงาน
                                    2.2.1 พลาสติก ทนต่อสารเคมีแต่ละชนิดที่ความเข้มข้นต่าง ๆ ไม่เท่ากัน เนื่องจากมีรายละเอียดมากจึงไม่ขอกล่าว ณ ที่นี้ ถ้าพิจารณาเฉพาะความทนต่อแรงกดมีความแตกต่างกันดังนี้
                                              2.2.1.1 Polystyrene ใช้ปั่นแยกในเครื่องหมุนเหวี่ยงที่มีความเร็วรอบต่ำเท่านั้นเพราะทนต่อแรงกดไม่เกิน 1,800 g
                                              2.2.1.2 Polymethylpentene ทนต่อแรงกดได้ไม่เกิน 3,000 g ทั้งในที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิปกติ
                                              2.2.1.3 Polypropylene เป็นพลาสติกที่มีความแข็ง คงรูปร่างได้ดี ทนแรงกดได้ถึง 50,000 g เมื่อปิดฝาหลอดปั่นขณะปั่นแยก แต่ไม่ควรใช้ที่อุณหภูมิต่ำเพราะจะเปราะ แตกง่าย
                                              2.2.1.4 Polyallomer มีความแข็งน้อยกว่า polypropylene ที่อุณหภูมิปกติแต่มีความแข็งเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ ทนแรงกดได้ถึง 50,000 g เมื่อปิดฝาหลอดปั่นขณะปั่น
                                              2.2.1.5 Plycarbonate มีความใส และแข็งมาก ใช้งานได้ที่อุณหภูมิต่ำ และอุณหภูมิปกติโดยไม่ต้องปิดผ่าหลอดปั่น ทนแรงกดได้สูงถึง 50,000 g
                                              2.2.1.6 Teflon มีความยืดหยุ่นไม่แตกง่าย และทนแรงกดได้สูงถึง 50,000 g ที่อุณหภูมิต่ำ
                                              2.2.1.7 Low density polyethylene มีความยืดหยุ่นดี ใช้งานได้ที่ความเร็วรอบปานกลางที่อุณหภูมิปกติ แต่ทนแรงกดได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ (50,000 g)
                                              2.2.1.8 High density polyethylene ทนแรงกดได้ประมาณ 8,000 g เมื่อปั่นแยกโดย ปิดฝาหลอดปั่น
                                              2.2.1.9 แก้ว หลอดปั่นที่ทำด้วยแก้วใช้ได้ในงานทั่ว ๆ ไป เพราะทนต่อสารเคมีได้ดีมาก และทนแรงกดได้สูงถึง 3,000 g
                                    2.2.2 เหล็กกล้าไร้สนิม
           2.3 รูปร่าง ก้นหลอดปั่นมีความแตกต่างกันอยู่ 3 แบบ คือ แบบก้นแบน แบบก้นกลม  และแบบก้นกรวย
           2.4 มีฝาปิดหลอดปั่น
ข้อควรปฏิบัติในการใช้งาน
  1. ศึกษาวิธีการใช้งานและขีดจำกัดต่าง ๆ ในการใช้งาน จากคู่มือใช้งาน
  2. ตรวจสภาพความพร้อมของเครื่องหมุนเหวี่ยงก่อนใช้งาน
  3. ไม่ควรใช้หัวหมุนของเครื่องหมุนเหวี่ยงเครื่องหนึ่ง กับเครื่องหมุนเหวี่ยงอีกเครื่องหนึ่ง
  4. การใส่น้ำหนักให้สมดุล
  5. ใช้หลอดปั่นที่มีขนาดพอดีกับกระบอกใส่หลอดปั่น ถ้าไม่พอดีต้องใช้ยางปรับขนาด
  6. ตรวจดูความยาวของหลอดปั่นเสมอ
  7. ไม่ควรปั่นแยกสารเคมีที่ติดไฟหรือระเบิดได้ง่าย เพราะประกายไฟที่มอเตอร์อาจทำให้เกิดไฟลุกขึ้น
  8. สำหรับเครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วสูงหรือความเร็วสูงมาก ควรเปิดเครื่องทำความเย็นจนได้ความเย็นที่ต้องการ และเปิดเครื่องดูดอากาศจนเกิดสุญญากาศภายในช่องใส่หัวหมุนก่อนเปิดสวิทช์ให้หัวหมุนทำงาน
  9. ควรตั้งเวลาปั่นแยกก่อนหมุนปุ่มควบคุมความเร็ว
  10. เพิ่มความเร็วของมอเตอร์ด้วยการหมุนปุ่มควบคุมความเร็วอย่างช้า ๆ
  11. ไม่ควรเปิดฝาปิดช่องใส่หัวหมุนขณะที่หัวหมุนกำลังหมุนด้วยความเร็วสูง เพราะอาจก่อให้เกิดอันตรายได้ง่าย และช่วยทำให้เกิดการฟุ้งกระจายของเชื้อโรคได้ดีขึ้น
  12. เครื่องหมุนเหวี่ยงที่ไม่มีระบบหยุดหมุนของมอเตอร์ ควรปล่อยให้หัวหมุนหยุดหมุนเองไม่ควรใช้มือหรือวัตถุอื่น ๆ หยุดหัวหมุน
  13. ไม่ควรพยายามดึงหลอดปั่นออกในขณะที่หัวหมุนยังไม่หยุดสนิท
  14. ในขณะปั่นแยก ถ้ามีความผิดปกติ หรือเกิดความไม่สมดุลควรปิดสวิทช์หยุดการทำงานของมอเตอร์ทันที
  15. ทำความสะอาดหัวหมุนและช่องใส่หัวหมุนทุกครั้งหลังจากใช้งาน
  16. ถ้าโวลต์ของกระแสไฟฟ้าตกมากไม่ควรใช้เครื่องหมุนเหวี่ยง เพราะที่สภาวะนี้มอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้ามากกว่าปกติซึ่งอาจทำให้เกิดความร้อนมากจนขดลวดทองแดงของมอเตอร์ไหม้นอกจากนี้ยังอาจทำให้วงจรควบคุมการทำงานต่าง ๆ ทำงานผิดพลาด
การบำรุงรักษา
  1. ตรวจสอบความถูกต้องของความเร็วรอบของเครื่องหมุนเหวี่ยง ด้วยเครื่องวัดความเร็วรอบภายนอก ค่าที่วัดได้ควรผิดพลาดไม่เกินร้อยละ 5 ถ้าผิดพลาดมากอาจแก้ไขโดยการปรับวงจรควบคุมความเร็วภายในเครื่องหมุนเหวี่ยง
  2. ตรวจสอบความถูกต้องของปุ่มควบคุมเวลาโดยใช้นาฬิกาที่มีความถูกต้องสูง ความผิดพลาดของปุ่มควบคุมเวลาไม่ควรเกินร้อยละ 10
  3. ตรวจสอบความถูกต้องของอุณหภูมิในช่องใส่หัวหมุนด้วยเทอร์มอมิเตอร์ทุก ๆ 6 เดือน
  4. ตรวจสภาพแปรงถ่านทุก ๆ เดือน ถ้าใช้งานมาก หรือตรวจสภาพทุก ๆ 6 เดือน ถ้าใช้งานน้อย ควรเปลี่ยนแปรงถ่านที่เหลือความยาวน้อยกว่า 5 มม. ใหม่ ควรใช้แปรงถ่านคุณภาพดีจากผู้ผลิตโดยตรง เพราะแปรงถ่านทั่ว ๆ ไปในท้องตลอดมักเป็นแปรงถ่านอ่อนที่สึกหรอง่าย และเกิดฝุ่นผงมาก ทำให้มอเตอร์สกปรกและเกิดความร้อนมาก หรือทำให้ไฟฟ้าเกิดลัดวงจรได้ง่าย
  5. ตรวจสอบและหล่อลื่นตลับลูกปืนของมอเตอร์ทุก ๆ ปี
  6. ในกรณีที่มีระบบป้องกันการไม่สมดุลของหัวหมุน ควรตรวจดูสภาพความเสื่อมของยางหรือความแข็งของสปริงที่ฐานมอเตอร์ทุก ๆ ปี
  7. ตรวจดูรอยฉีกขาดของสายไฟฟ้า ตรวจวัดกระแสไฟฟ้ารั่วที่เครื่องทุก ๆ 3 เดือน
  8. หล่อลื่นจุดหมุนของแหวนทรันเนียนด้วยไขหล่อลื่น ทุก ๆ 3 เดือน
  9. หัวหมุนที่ไม่ได้ใช้งานนาน ๆ ควรเก็บนอกช่องใส่หัวหมุนในที่แห้ง และสะอาด โดยการคว่ำช่องใส่หลอดปั่นลง
  10. สิ่งสกปรกที่เกิดขึ้นแก่เครื่องหมุนเหวี่ยงและอุปกรณ์ ควรทำความสะอาดทันทีด้วยสารชะล้างชนิดอ่อน น้ำอุ่น หรือน้ำกลั่น ถ้าเป็นสารกัดกร่อนควรเช็ดด้วยน้ำกลั่นมาก ๆ ก่อนเช็ดให้แห้งถ้าเป็นตัวอย่างจากผู้ป่วยซึ่งอาจมีเชื้อไวรัสตับอักเสบ เชื้อเอดส์( ฯลฯ. ควรฆ่าเชื้อโรคก่อนด้วย น้ำยาฆ่าเชื้อ ตัวอย่างเช่น แอลกอฮอล์ 70 เปอร์เซ็นต์ คลอรอก หรือไลซอล เป็นต้น
  11. เศษแก้วที่แตกควรกำจัดออกให้หมดจากกระบอกใส่หลอดปั่น เพราะเศษเหล่านี้จะก่อให้เกิดแรงกดเฉพาะจุดทำให้หลอดปั่นแตกได้ง่าย ส่วนเศษผงโลหะซึ่งมักจะมีสีเทา อาจกำจัดออกได้โดยเช็ดออกหลังการหมุนหัวหมุนเปล่าหลาย ๆ ครั้ง
การเลือก
  1. เหมาะสมกับงาน
  2. ควรใช้ได้กับหัวหมุนหลาย ๆ ชนิด เพื่อการใช้งานที่หลากหลายขึ้นด้วยการซื้อเครื่องหมุนเหวี่ยงเพียงเครื่องเดียว
  3. มีความสะดวกสบายในการใช้งานและการบำรุงรักษา
  4. มีระบบหยุดหมุนมอเตอร์ที่รวดเร็วและนิ่มนวล
  5. มีระบบป้องกันอันตราย
  6. มีระบบลดสัญญาณรบกวน
  7. มีเสียงดังน้อย
  8. หัวหมุนมีความจุมากเมื่อเทียบกับเครื่องหมุนเหวี่ยงที่มีขนาดเท่า ๆ กัน
  9. ควบคุมความเร็วในช่วงกว้าง ได้อย่างราบเรียบและคงที่
ปัญหาและสาเหตุ
  1. มอเตอร์ไม่หมุน
    - ไม่มีกระแสไฟฟ้า (ฟิวส์ขาด ลืมเสียบปลั๊ก)
    - แปลงถ่านหมด
    - หน้าสัมผัสแปลงถ่านสกปรกหรือไม่เรียบ
    - ฟิลด์คอยล์ลัดวงจร
    - ลูกปืนรอบแกนหมุนแตก
    - สวิตช์ตั้งเวลาทำงานผิดปกติ
    - ปุ่มควบคุมความเร็วผิดปกติ
  2.  มอเตอร์หมุนช้ากว่าปกติ
    - หน้าสัมผัสแปลงถ่านไม่เรียบหรือสกปรก
    - ระบบควบคุมความเร็วผิดปกติ
    - ฟิลด์คอยล์ลัดวงจร
    - โวลต์ต่ำกว่าปกติ
  3. มอเตอร์หมุนเร็วแต่ควบคุมความเร็วไม่ได้
    - ระบบควบคุมความเร็วผิดปกติ
    - มอเตอร์เสีย
  4. หลอดปั่นแตก
    - ใส่หลอดปั่นไม่สมดุล
    - ไม่มียางกันแตกที่ก้นของช่องใส่หลอดปั่น
    - ปลายหลอดปั่นกระทบกันเอง
    - ปลายหลดปั่นกระแทกกับฝาปิดหรือแกนหมุน
    - มีเศษสกปรกที่ก้นช่องใส่หลอดปั่น
    - ใช้หลอดปั่นที่ไม่เหมาะสม
    - ใส่หลอดปั่นขนาดเล็กในช่องใส่หลอดปั่นขนาดใหญ่โดยไม่ใช้ยางปรับขนาด
    - ใช้ความเร็วรอบในการปั่นแยกสูงเกิน
  5. มีเสียงดังมาก
    - หัวหมุนไม่สมดุล
    - แกนมอเตอร์คด
    - ยางรองกันเสียงแข็งหรือฉีกขาด
    - ปิดฝาเครื่องหมุนเหวี่ยงไม่สนิท
    - ลูกปืนมอเตอร์แตกหรือฝืด
     มีสิ่งสกปรกในช่องใส่หัวหมุน
  6. เบรกไม่หยุด
    - หน้าสัมผัสแปรงสกปรกหรือแปรงถ่านหมด
    - สายต่อในระบบหยุดหมุนต่อไม่แน่นหรือหลุด
  7. เครื่องวัดความเร็วรอบไม่ทำงาน
    - Tachogenerator เสีย
    - ภาคแสดงค่าความเร็วเสีย
    - ตัวต้านทานปรับค่าได้ในวงจรปรับความเร็วเสีย
Reference: 

ชูชาติ อารีจิตรานุสรณ์. (2544).  เครื่องมือวิทยาศาสตร์. ขอนแก่น: โรงพิมพ์คลังนานาวิทยา