《Himac開口超速離心管S-Cap加蓋密封方法說明》一文介紹了Himac CP100NX超速離心機P90AT、P70AT等角轉(zhuǎn)頭12PA、12PE、40PA、40PE開口離心管的S-Cap蓋密封工作原理。該方法可拓寬開口管應(yīng)用范圍和安全性。然而，實際工作中常用開口管，除12mL、40mL之外還有5mL、6.5mL、13.5mL、17mL和94mL等多種規(guī)格。此外，S-Cap蓋的使用局限于薄壁開口管（Thinwall open-top tube）和PE、PA材質(zhì)管，于PC管、PET管和厚壁管均不適用。S-cap蓋閥桿是通過操作箍環(huán)、閥桿間相對運動，縮窄箍環(huán)內(nèi)壁與閥桿外壁的間距，使管壁在環(huán)-桿重疊的區(qū)域因擠壓產(chǎn)生擴張、褶皺，被卡在閥桿上而實現(xiàn)管與蓋的連接。它要求離心管材質(zhì)須有一定的柔韌性，同時對管壁厚度存在限制。因此，在S-Cap蓋所固有的適用范圍較窄弊端的映襯下，另一種超速離心開口管蓋組件——cap assembly，愈顯出其超強普適性優(yōu)勢。

       本文就來探討一下cap assembly的工作原理及應(yīng)用方法。

1、蓋套件的組成和密封原理

       Cap Assembly密封蓋組件的結(jié)構(gòu)部件多達7個。從上到下排列依次是：螺釘插件（nylon insert）和不銹鋼固定螺釘（stainless steel setscrew）→六角螺母（hex-shaped nut）→扁平Delrin墊圈→管帽（crown）→管帽與閥桿固定墊圈（flat gasket）→閥桿。從中心到外圍依次是：螺釘→螺釘插件→閥桿→管帽。

1.1 管帽固定螺母

       六角型金屬螺母，安裝于閥桿頸部、管帽之上，用扳手順時針旋動可壓緊管帽。

1.2 皇冠造型管帽

       管帽安裝在六角螺母和閥桿之間。

管帽（Crown）或稱為管帽，頂部有開孔，可嵌套在閥桿上。開孔外圍是一環(huán)形凹槽，可容納 Delrin（美國杜邦公司POM樹脂商標，俗稱賽鋼塑料）材質(zhì)的墊圈（Delrin crown washer）。此墊圈可確保螺母擰緊并減輕管帽的磨損。

       管帽與離心孔內(nèi)壁的緊密配合，依托轉(zhuǎn)頭支持和自身結(jié)構(gòu)的剛性，在離心過程中對管蓋組件及離心管管口部位提供強力支撐保護。

不同容量的角轉(zhuǎn)頭、不同工作轉(zhuǎn)速以及使用薄壁或厚壁開口管時，對管帽提供的支撐強度要求不同。故管帽部分有鋁合金和鈦合金材質(zhì)之分。

       鈦質(zhì)管帽外觀上呈深灰色、有金屬光澤。結(jié)構(gòu)強度高，特別適合Beckman Optima XPN-100離心機的Type 90 Ti和Type 70.1 Ti轉(zhuǎn)頭在最高轉(zhuǎn)速下工作時薄壁超透明管和聚丙烯管開口管使用。

       鋁質(zhì)管帽因適用離心管不同而采用不同色標標示：紅色管帽蓋用于薄壁超透明管和聚丙烯管；藍色管帽用于厚壁聚丙烯和聚碳酸酯管；無色和黑色管帽蓋組件除適用于常規(guī)薄壁超透明管和聚丙烯管，還可與不銹鋼管一起使用。

1.3 閥桿

       閥桿的上部細、帶螺紋，管帽、螺釘、螺母全部依托閥桿頸部而實現(xiàn)與離心管壁連接。閥桿下部粗，插入管口中用于支持管壁。通常，薄壁管配套蓋組件的閥桿比厚壁管或金屬管所用蓋的閥桿長。

1.4 蓋組件工作原理

       由于閥桿、離心管壁均平直且光滑，蓋組件是如何將離心管牢固地連接和固定的哪？奧妙就就在于對彈性扁平墊圈的運用。

       如圖3所示，管帽與閥桿間添加有彈性的橡膠墊圈，當管帽擰緊后其對墊圈的擠壓作用被傳導(dǎo)至與墊圈、管帽側(cè)壁同時接觸的管壁上，側(cè)向施加的壓力使二者合體，實現(xiàn)管、閥桿和管帽間位置的有效固定。

       截面圓形或橢圓型的O型墊圈與管壁的有效接觸面較小。而扁平橡膠墊圈與管壁接觸面更大，墊圈與管壁，管壁與管帽側(cè)壁之間靜摩檫力更大，固定效果更好。因此，Beckman Optima XPN-100系列超速離心機除了Type 19、type 25兩個轉(zhuǎn)頭適配離心管（瓶）使用了普通O型墊圈外，從Type 90、Type70到Type45角轉(zhuǎn)頭，開口管管蓋組件中這一部位使用的均為扁平墊圈。

       墊圈的自身彈性，可充分適應(yīng)不同厚薄、材質(zhì)的離心管。因此，蓋組件不僅兼容常規(guī)材質(zhì)的薄壁、厚壁開口管，還支持不休鋼開口管的使用。

2、管蓋的安裝操作方法

       如前所述，開口管管蓋的有效固定取決于墊圈-管壁-管帽的可靠接觸和相互作用力的發(fā)生。因此，管蓋的安裝操作通常需配套工具輔助進行。

2.1 蓋組件安裝配套工具

       開口管蓋組件安裝工具分為三種：六角螺母扳手、和管蓋固定臺。

2.1.1螺母扳手

       螺母扳手為末端為套筒裝六角型螺母接口，專用于旋動管蓋組件的六角螺母。超速離心管蓋組件的管帽配套螺母直徑有8mm、11mm、16mm之分，在不同角轉(zhuǎn)頭中使用時對蓋密封強度要求不同，故扳手有扭矩扳手（Torque wrench）和普通手持式六角螺絲刀（Hex driver）兩種選項。

       扭矩扳手手柄部位帶有扭矩指示刻度，方便操作者按轉(zhuǎn)頭說明書建議的扭矩值來操作，防止用力過度損傷管帽或因扭矩不足密封失效。扭矩扳手配置有兩種規(guī)格的工作插座，分別針對供11mm、20 mm的螺母使用。

       手持式螺絲刀適用于8 mm或11 mm尺寸螺母，對密封操作力度要求較低，操作簡便。

2.1.2 管蓋固定臺（Tube Cap Vise）

       管蓋固定臺又稱為管蓋臺鉗，一般固定安裝在實驗臺邊緣（Beckman Optima XPN-100系列超離配套臺鉗使用螺絲安裝到實驗臺上后不可移動。Eppendorf公司Himac CP 100NX超離可選臺鉗是以固定夾方式固定在試驗臺邊緣，可隨時更換安裝位置），用于在扳手旋轉(zhuǎn)管帽螺帽時固定離心管帽。

       鉗臺的主體為帶孔工作臺。臺板可用旋鈕控制在水平方向一定角度內(nèi)開、合動作。臺板閉合組成直徑13mm、16mm、38mm的三組圓孔。圓孔從下至上孔徑漸次縮窄，呈階梯狀，可適應(yīng)不同直徑的離心管帽和管蓋組件的高度。臺板松開時，從臺板底部將離心管插入開孔中，安裝就位后管蓋的螺帽部分正好凸出于臺面，便于扳手旋擰。螺母安裝或拆卸完成后，松開臺板控制旋擰，可將離心管移除。

2.2 蓋組件安裝方法

       1）條件許可，最好在封蓋前將開口離心管用樣品填充至管容量的一半到四分之三。

       無填充孔小直徑管蓋組件（如303624、303658、303113 和 305022）須在封蓋前完全裝滿樣品。

       2）松散地組裝好閥桿（尼龍插件按出售時已預(yù)先安裝于閥桿中）、墊圈、管帽、管帽墊圈和螺母。

鈦材質(zhì)蓋組件應(yīng)手工轉(zhuǎn)動管帽確保其正確固定在閥桿上。

       3）將離心管順著閥桿向上滑動，穿過墊圈和管帽中間隙后繼續(xù)上滑至其頂部直抵管帽。用手擰緊螺母，確保足以將管帽固定。

       4）注意用一只手握住離心管管身，將蓋-管組合體放置于鉗臺對應(yīng)尺寸的圓孔中，調(diào)整蓋-管高度，再另一只手將旋鈕擰緊，完成離心管的固定。

       5）擰緊管帽螺母。

       6）松開鉗臺旋擰，離心管轉(zhuǎn)移到托盤天平或電子天平上（0.01g讀數(shù)天平）用注射器通過閥桿上的填充孔完成離心管的填充。確保在轉(zhuǎn)頭中彼此相對放置的兩個樣品管必須填充到相同的水平（達到經(jīng)配平的樣品管工作重量誤差控制在±0.2g范圍以內(nèi)）。

       薄壁管必須盡可能滿，以防止管子塌陷。

       厚壁管可以填充到距頂部13mm以內(nèi)，但如果沒有完全填充，仍可能塌陷。

       不銹鋼管可以填充到任何水平。

3、管密封蓋使用注意事項

       超速離心管管蓋組件是專門為特定轉(zhuǎn)頭工作轉(zhuǎn)速下所用的特定離心管專門設(shè)計的。每種類型的蓋所用閥桿和管帽尺寸不同，以確保有效密封和支撐強度，并承受離心過程中承受的應(yīng)力。不同離心管蓋所用的扁平墊圈蓋（重量差異可高達0.7g之多，遠超超速離心機對轉(zhuǎn)頭對稱位置樣品重量誤差控制范圍）間重量不均勻可能引發(fā)的轉(zhuǎn)頭損壞風(fēng)險。

       管蓋組件為可重復(fù)使用部件，每次離心結(jié)束將管蓋與離心管分離、經(jīng)必要清潔干燥處理后，重新組裝，并根據(jù)離心管貨號和相應(yīng)轉(zhuǎn)頭不同，分類妥善儲存和管理。

       禁止在不同貨號的離心管間互換管蓋或管蓋組件，即使它們的外觀肉眼看起來相同。

主要參考文獻：

Rotors and Tubes Instruction For Use Beckman Coulter Preparative Ultracentrifuges (LR-IM-24AK)

Rotors, Tubes, Bottles And Caps Instruction Manual for Ultracentrifuge (S99920420)