高速冷冻离心机的原理及应用

  高速冷冻离心机一般最大转速为10000～30000rpm，最大相对离心力为 90000×g左右，最大容量可达3升，分别形式也是固液沉降分别，转头配有 各种角式转头、荡平式转头、区带转头、垂直转头和大容量连续流淌式转 头、一般都有制冷系统，以消退非常快速地旋转时转头与空气之间摩擦而产生的 热量，离心室的温度能调整和维持在0～40℃，转速、温度和时间都可以 严格精确地限制，并有指针或数字显示，通常用于微生物菌体、细胞碎片、 大细胞器、硫酸铵沉淀物和免疫沉淀物等的分别与纯化工作，但不能有效 地沉降病毒、小细胞器(如白体)或单个分子。

  微粒在悬浮液中被分别的速度快慢除与转动的转数大 小有关外，还与离心时间长短有关，即离心力作用于微粒 上具有时间积累效应。衡量时间积累效应凹凸的物理量常 用冲量矩的大小来表示，冲量矩（Lt）的值等于离心力的 力矩（L）与离心时间(t)的乘积，依物理学原理可推导出： Lt=（2pRn/60）2×t，即冲量矩的大小与转速（N）的平 方和时间的乘积成正比。

  式中V表示微粒的体积，N表示每分钟的转数，r表示微粒至转轴的距离， p与s分别表示微粒与其介质的密度。

  当r=s时，F合=0，微粒受力平衡，故将维持距转轴恒定的距离转动，也 就不行能被分别开；

  ❖ 驾驭离心分别的原理 ❖ 熟悉离心机主机的基础构件及操作程序 ❖ 了解离心机的平安运用和日常保养

  当悬浮液绕轴旋转时，悬浮中的微粒就同时受到背向转轴方向的离 心力和正向转轴方向的介质浮力的双向作用，微粒的运动轨迹取决于所 受合力的方向。依据物理学原理推导可知：

  沉淀有粘性或母液粘稠。 沉淀颗粒小，简洁透过滤纸。 沉淀量过多而疏松。 沉淀量很少，须要定量测定。或母液量很少，分别时应削减损失。 沉淀和母液必需快速分开。 一般胶体溶液。

  离心技术就其原理来说属于一种物理的技术方法，目前在农业、医 药、食品卫生、生物制品、生物工程、细胞生物学、分子生物学和生物 化学等诸多领域里得到了广泛的应用，使离心机，尤其是超速离心机已 成为现代生物化学试验室中不行缺少的必备设备。为满足生产、科研 和教学的不同须要，不一样、不一样的规格和不同用途的离心机应运而生， 且随着整个科学技术的发展不断地得到改进、提高和更新。

  超速离心机目前大多数都用在： （1）测定生物大分子和高分子聚合物的沉降系数（S）、扩散系数 （D）和分子量（M）； （2）探讨生物大分子的大小和形态； （3）探讨生物大分子的缔合、离解和降解； （4）追随分别高分子的提纯过程，鉴定其均一程度，测定其组成 和浓度； （5）分别提纯血清脂蛋白； （6）发觉异样血清蛋白质成分等。

  不同类型的离心机不仅仅具备不同的构造，而且具有不一样的应用范围。一般 离心机的最大转速在10000 rpm以下，最大相对离心力小于10000×g，容量从几 十毫升至几升，分别形式是固液沉降分别，转子有角式和外摆式，其转速不能 严格限制，通常不带冷冻系统，于室温下操作。这种离心机多用沟通整流电动 机驱动，电机碳刷易磨损，转速由电压调压器调整，起动电流大，速度升降不 匀整，一般转头是置于一个硬质钢轴上，因此离心前精确平衡离心管及其内容 物很重要，否则易造成的离心机损坏。

  由于4p2N2r/3600就是微粒处的角加速度，所以相对离心力又是微粒在离 心时的角加速度与在静置时的重力加速度之比。很明显，只要调整N或/和r就 可影响RCF的值，从而变更其离心分别本事。试验中RCF的值常用多少倍于重 力加速度表示，如1000×g。

  由此可见，在同一离心转头的条件下（N，r确定）， 转动时间越长，冲量矩越大，分别效果越好。对同一悬浮 液，因转动的时间不同而有不同的冲量矩，若调整影响冲 量矩的两个可变因子即转速(N)和时间（t），可以在较低 转、速较长时间得到较高转速、较短时间同样的冲量矩，

  试验过程中，欲使沉淀与母液分开，常运用过滤和离心两种方法。 但在下述状况下，运用离心方法效果较好。

  在现代试验室中，一般离心机通常在下列状况下用于物质的分别和提取： （1）沉淀有粘滞； （2）沉淀颗粒小，简洁透过滤纸； （3）沉淀量过多而疏松； （4）沉淀量过少，而须要定量分析； （5）母液粘稠； （6）母液量很少，分别时需削减损失； （7）沉淀和母液需快速分别； （8）一般胶体溶液。

  高速离心机能够对样品溶液中的悬浮物质进行高纯度的分别、浓缩、 精制和提取，多用于血液、细胞、蛋白质、酶、病毒、激素等的分别制备 和收集。

  当rs时，F合0，微粒主要受向心力作用，故而将向转轴方向挪动，直 至浮到介质表面；

  当rs时，F合0，微粒主要受离心力作用而向远离转轴方向挪动，直至 沉淀到容器底部。

  因此，rs是微粒从悬浮液中进行离心分别的门槛。运用一般 离心机的根本目的就在于使这样的微粒从悬浮液中分别出来。

  从理论上讲，凡是能通过离心分别的微粒在悬浮液静置时，受重力与浮 力的共同作用也能自动沉降而得以分别，只是分别所需时间比较久，效果较差， 沉降本事较弱。一般常用相对离心力（RCF）的大小来表示离心分别的本事强 弱。相对离心力是指微粒在离心分别时所受的合力（F合）与在静置分别时所 受合力（F’合）的比值。