RCF im Vergleich zu RPM bei der Zentrifugation

RPM beschreibt, wie schnell sich ein Zentrifugenrotor dreht. RCF beschreibt die Zentrifugalbeschleunigung bei einem definierten Radius relativ zur Erdbeschleunigung. Beide Größen hängen zusammen, sind aber nicht austauschbar: Dieselbe RPM erzeugt in Rotoren mit unterschiedlichen Radien eine andere RCF.

Für ein zu reproduzierendes oder zu übertragendes Protokoll sind RCF, Zeit, Temperatur, Rotortyp und verwendete Radiuskonvention oder Rotorposition zu dokumentieren. RPM allein ist unvollständig, sofern nicht auch der genaue Rotor festgelegt ist.

Der praktische Unterschied

Größe	Beschreibung	Abhängig von	Beste Verwendung
RPM	Umdrehungen des Rotors pro Minute	Nur Drehzahl	Einstellen oder Dokumentieren der Drehzahl für einen bestimmten bekannten Rotor, wenn die Methode dies verlangt
RCF	Zentrifugalbeschleunigung relativ zur Gravitation, meist als × g angegeben	RPM und Abstand von der Drehachse	Vergleichen oder Übertragen von Kraftbedingungen zwischen kompatiblen Rotoren

Zwei Rotoren können bei 10.000 RPM wegen unterschiedlicher Radien verschiedene maximale RCF erzeugen. Umgekehrt benötigen sie unterschiedliche RPM-Einstellungen für dieselbe RCF. Deshalb kann ein ausschließlich in RPM angegebenes Protokoll nicht korrekt auf eine andere Zentrifuge übertragbar sein.

Die Umrechnung

Bei einem Radius in Zentimetern wird häufig folgende Beziehung verwendet:

RCF = 1.118 × 10⁻⁵ × r × RPM²

Dabei ist r der gewählte Rotorradius in Zentimetern. Thermo Fisher Scientific nennt diese Beziehung in seinem Leitfaden zu bewährten Zentrifugenverfahren 🔗.

Die Gleichung ist einfach; entscheidend ist die Wahl des richtigen Radius. Rotordokumentationen können Mindest-, mittleren oder maximalen Radius und die zugehörige RCF angeben. Auch ein Festwinkelröhrchen erstreckt sich über mehrere Radien, während ein Ausschwingbecher seine Position beim Beschleunigen verändert. Statt einer ungefähren Außenabmessung sind die Radiusdefinition und der RCF-Wert für den installierten Rotor und die Gefäßposition zu verwenden.

Die maximale RCF ist nicht überall in der Probe gleich

Hersteller veröffentlichen die maximale RCF üblicherweise am größten relevanten Radius. Material näher an der Achse erfährt eine geringere Zentrifugalbeschleunigung. In der Probe herrscht daher ein Feld und nicht an jedem Punkt dieselbe Kraft.

Bei Routineprotokollen können der veröffentlichte Rotorwert und eine validierte Methode ausreichen. Bei Dichtegradienten, geschwindigkeitszonaler Arbeit, Ultrazentrifugation oder Übertragungen, bei denen der Sedimentationsweg relevant ist, können Rotorgeometrie und k-Faktor wichtig werden. Eine einzelne maximale RCF beschreibt nicht die gesamte Trennung.

Ein Protokoll übertragen

Ursprünglichen Rotor, Gefäß, Radiuskonvention, RCF, Zeit und Temperatur bestimmen.
Bestätigen, dass neuer Rotor und neues Gefäß mit Probe, Kraft, Füllung, Containment und Gerät kompatibel sind.
Ziel-RCF anhand der offiziellen Dokumentation oder Steuerung des neuen Rotors einstellen.
Drehzahl- oder Kraftgrenzen von Rotor, Becher, Adapter, Gefäß, Deckel und Zentrifuge nicht überschreiten; maßgeblich ist der niedrigste anwendbare Grenzwert.
Trennqualität anhand der Akzeptanzkriterien der Methode verifizieren, statt aus gleicher maximaler RCF ein identisches Ergebnis abzuleiten.

Eppendorfs Grundlagen der Zentrifugation 🔗 empfehlen, bei der Anwendung eines Protokolls Rotortyp, RCF, Temperatur und Laufzeit beizubehalten. Rotorgeometrie, Beschleunigung und Bremsung, Sedimentationsweg, Röhrchenfüllung, Probenviskosität und Zeit können das Ergebnis dennoch beeinflussen.

Wann auch die Zeit neu bewertet werden muss

Dieselbe RCF macht zwei Rotoren nicht zwingend gleichwertig. Festwinkel- und Ausschwingrotoren können sich bei Sedimentationsweg und Pelletposition unterscheiden. Der k-Faktor wird in manchen Anwendungen verwendet, um die Pelletiereffizienz zu vergleichen und Zeitänderungen abzuschätzen, besonders bei Hochgeschwindigkeits- und Ultrazentrifugenarbeiten.

Eine allgemeine Gleichung zur Zeitskalierung darf nicht ohne Dokumentation des installierten Rotors und ein geeignetes Protokoll angewendet werden. Probe, Partikel, Viskosität, Rotorgeometrie, Beschleunigungsprofil und Trennendpunkt bestimmen, ob eine solche Skalierung gültig ist.

Häufige Dokumentationsfehler

10.000 g schreiben, obwohl die Methode tatsächlich 10.000 RPM meint.
RPM ohne den genauen Rotor angeben.
Die maximale RCF der Zentrifuge statt der Laufeinstellung übernehmen.
Mit einem angenommenen Rotorradius umrechnen.
Einen niedrigeren Grenzwert von Röhrchen, Adapter, Becher, Deckel oder gealtertem Rotor ignorieren.
Temperatur, Zeit, Beschleunigung, Bremseinstellung oder Füllbedingungen auslassen, obwohl sie das Ergebnis beeinflussen.
Gleiche RCF als Beleg dafür behandeln, dass Pelletposition, Gradientenform, Wiederfindung oder Probenintegrität übereinstimmen.

Sicherheit und Betriebsgrenzen

Eine RCF-Umrechnung ist keine Erlaubnis, einen Rotor schneller zu betreiben. Es dürfen nur zugelassene Kombinationen aus Rotor, Becher, Adapter, Deckel und Gefäß verwendet werden; die aktuellen Handbücher sind einzuhalten. Beladungen sind wie vorgeschrieben auszuwuchten, und bei ungewöhnlichen Vibrationen oder Geräuschen ist der Betrieb nach dem Geräteverfahren anzuhalten.

Bei gefährlichem oder potenziell infektiösem Material richtet sich das Containment nach der Gefährdungsbeurteilung des Labors. CDC-Leitlinien betonen bei einschlägigen diagnostischen Arbeiten abgedichtete Rotoren oder Sicherheitsbecher zur Aerosolkontrolle und verlangen die Einhaltung der Herstelleranweisungen für Rotorwahl und -pflege. CDC: safe work practices in diagnostic laboratories 🔗

Vollständige Aufzeichnung einer Zentrifugenmethode

Identifikation von Zentrifuge und Rotor.
Rotortyp und installierte Becher oder Adapter.
Gefäß, Füllvolumen, Probenauswuchtung und Verschluss.
Ziel-RCF und Angabe, ob sich der Wert auf maximalen, mittleren oder einen anderen definierten Radius bezieht.
Entsprechende RPM, falls Gerät oder Aufzeichnung dies verlangen.
Zeit, Temperatur, Beschleunigungs- und Bremseinstellungen.
Containment-Konfiguration und gegebenenfalls Handhabungskontrollen.
Akzeptanzkriterien der Trennung und etwaige Transferverifizierung.