《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、閥桿間相對運動，縮窄箍環內壁與閥桿外壁的間距，使管壁在環-桿重疊的區域因擠壓產生擴張、褶皺，被卡在閥桿上而實現管與蓋的連接。它要求離心管材質須有一定的柔韌性，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勢。

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

1、蓋套件的組成和密封原理

       Cap Assembly密封蓋組件的結構部件多達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。

       管帽與離心孔內壁的緊密配合，依托轉頭支持和自身結構的剛性，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。

不同容量的角轉頭、不同工作轉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之分。

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

       鋁質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至與墊圈、管帽側壁同時接觸的管壁上，側向施加的壓力使二者合體，實現管、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，可充分適應不同厚薄、材質的離心管。因此，蓋組件不僅兼容常規材質的薄壁、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先安裝于閥桿中）、墊圈、管帽、管帽墊圈和螺母。

鈦材質蓋組件應手工轉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尺寸的圓孔中，調整蓋-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，離心管轉移到托盤天平或電子天平上（0.01g讀數天平）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（達到經配平的樣品管工作重量誤差控制在±0.2g范圍以內）。

       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，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頭工作轉速下所用的特定離心管專門設計的。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的轉頭損壞風險。

       管蓋組件為可重復使用部件，每次離心結束將管蓋與離心管分離、經必要清潔干燥處理后，重新組裝，并根據離心管貨號和相應轉頭不同，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)