談超速離心機的離心和工作原理

中泵長沙長軸泵和中開泵廠家談超速離心機的離心方法和工作原理

 
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1924 年 T.Svedberg 和 Rinde 研制出世界上第一臺渦輪超速離心機以來，發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已廣泛地應(yīng)用到科學(xué)研究和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。現(xiàn)在離心機轉(zhuǎn)頭最高轉(zhuǎn)速已達 100000 r/min ，最大離心力達 700 000 g 。
   離心機作為一種手段，具有許多優(yōu)點。例如，超速離心可在低溫下操作，保護了生物大分子的活性。制備型的離心機負(fù)載量大，一次可分離提純幾克樣品，比層析、電泳上的樣品量大得多。分析離心機不僅可測物質(zhì)的分子量，還可檢驗物質(zhì)的純度、構(gòu)象、沉降系數(shù)等。因此離心技術(shù)在生物學(xué)研究中占有重要的地位，是分離、純化細(xì)胞、病毒、蛋白、核酸和酶的最方便最有效的工具。
離心機是借離心力分離液相非均一體系的設(shè)備。根據(jù)物質(zhì)的沉降系數(shù)、質(zhì)量、密度等的不同，應(yīng)用強大的離心力使物質(zhì)分離、濃縮和提純的方法稱為離心。一般說， 離心機轉(zhuǎn)速在 20 000r/min 以上的稱為超速離心。離心技術(shù)，特別是超速離心技術(shù)是分子生物學(xué)、生物化學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的手段。
   ( 二 )  離心原理
   當(dāng)含有細(xì)小顆粒的懸浮液靜置不動時，由于重力場的作用使得懸浮的顆粒逐漸下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液體小的粒子就會上浮。微粒在重力場下移動的速度與微粒的大小、形態(tài)和密度有關(guān)，并且又與重力場的強度及液體的粘度有關(guān)。象紅血球大小的顆粒，直徑為數(shù)微米，就可以在通常重力作用下觀察到它們的沉降過程。
     離心就是利用離心機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強大的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開。離心力 (F) 的大小取決于離心轉(zhuǎn)頭的角速度 ( ω ， r/min) 和物質(zhì)顆粒距離心軸的距離 (r ， cm) 。它們的關(guān)系是： F ＝ ω 2R
   為方便起見， F 常用相對離心力也就是地心引力的倍數(shù)表示。即把 F 值除以重力加速度 g ( 約等于9.8m/s2.) 得到離心力是重力的多少倍，稱作多少個 g 。例如離心機轉(zhuǎn)頭平均半徑是 6cm ，當(dāng)轉(zhuǎn)速是 60 000
r/min 時，離心力是 240 000 × g ，表示此時作用在被離心物質(zhì)上的離心力是日常地心引力的 24 萬倍。因此，轉(zhuǎn)速 r/min 和離心力 g 值之間并不是成正比關(guān)系，還和半徑有關(guān)。同樣的轉(zhuǎn)速，半徑大一倍，離心力 (g 值 ) 也大一倍。轉(zhuǎn)速 (r/min) 和離心力 (g 值 ) 之間的關(guān)系可用下式換算：
式中： r 為半徑 (cm) ， g 為離心力 (g 值 )
   （三 ) 超速離心機的離心方法
   用離心方法分離生物大分子和亞細(xì)胞物質(zhì)的基本原理是根據(jù)它們在液體介質(zhì)中或者沉降速度不同而形成不同的區(qū)帶，或者它們的密度不同而停留在液體介質(zhì)中不同的位置而把它們一一分開。前者是沉降速度法，應(yīng)用該法時液體介質(zhì)的最大密度要小于樣品中最小顆粒的密度，離心時選用高轉(zhuǎn)速和短時間；后者是沉降平衡法，應(yīng)用該法時液體介質(zhì)的最大密度要大于樣品中最小顆粒的密度，離心時選用較低轉(zhuǎn)速和較長時間。實際操作有幾種形式：
   1. 差速離心這種方法是選擇不同轉(zhuǎn)速的離心，分別分離各個不同組分。例如先用低速沉降大顆粒和上清液，在高速離心上清沉降中等顆粒，最后超速離心上清沉降小顆粒。采用逐級提高離心力分離上情液的方法，把不同大小的顆粒分開。
   這種方法比較簡單，方便。分離的組份沉到管底，因此可以迅速濃縮所要的組份，減少體積。但回收率和純度是有矛盾的，要提高回收率，勢必提高轉(zhuǎn)速或延長離心時間，這樣大小相近的顆粒也會沉到管底。因此該法多用于粗提純或初步濃縮樣品。
   2. 速度區(qū)帶 ( 或速度梯度 ) 離心 本法是將樣品放在一個連續(xù)的密度梯度液體上，通過離心，大顆粒沉降快，小顆粒沉降慢。經(jīng)過一段時間，相同的顆粒就在同一深度形成一條帶子，因此把各種組份分開來。它適用于分離密度相同、而大小不同的物質(zhì)，如不同的蛋白質(zhì)組份密度都差不多，但分子量不一樣，用本法很容易將其分
開。但對密度不同、大小類似的物質(zhì)則不易分離。蔗糖梯度是一種常用的介質(zhì)。用不同濃度的蔗糖溶液 (5%-60%) 配成梯度，用于梯度離心。再分別進行收集處于不同區(qū)帶里的各個組份。
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