离心机是如何运作的?
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发布时间：2024-10-15 12:18
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时间：2024-10-15 13:47
离心机的发展表现在构造上的不断改进和离心方法的创新。由最初仅有几十转手摇式电动机发展到几十万转变频、变速的超高速离心机。由十九世纪末到二十世纪初，只能生产低速离心机，到20年代开始生产高速离心机。70年代研发了高速变频离心机，80年代将变频电机和微型计算机相结合，使离心机技术更加成熟和完善，现基本满足各行业的研究和医学上的使用。
离心现象是指物体在离心力场中表现的沉降运动现象。
应用离心沉降进行物质的分析和分离的技术称为离心技术（centrifugal technique）,实现离心技术的仪器是离心机（centrifuge）。
离心机的工作原理：
离心是利用旋转运动的离心力以及物质的沉降系数或悬浮密度的差异进行分离、浓缩和提纯生物样品的一种方法。悬浮液在高速旋转下，由于巨大的离心作用，使悬浮的微小颗粒以一定的速度沉降，从而使溶液得以分离，颗粒的沉降速度取决于离心机的转速、颗粒的质量、大小和密度。
离心机是利用离心机的转子高速旋转产生强大的离心力，迫使液体中微粒克服扩散加快沉降速度，把样品中具有不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。
离心力：
当物体所受外力小于运动所需要的向心力时，物体将向远离圆心的方向运动。物体远离圆心运动的现象称为离心现象，也叫离心运动，离心运动是由于向心力消失或不足而造成的。
离心作用是根据在一定角速度下作圆周运动的任何物体都受到一个向外的离心力进行的。离心力（Fc）的大小等于离心加速度ω2 r与颗粒质量m的乘积，即：
式中ω是旋转角速度，N是每分钟转头旋转次数，r 为离心半径，m是质量。
相对离心力（relative centrifugal force，RCF）
相对离心力是指在离心力场中，作用于颗粒的离心力相当于地球重力的倍数，单位是 “g”。
由于各种离心机转子的半径或离心管至旋转轴中心的距离不同，离心力也不同,因此在文献中常用“相对离心力”或“数字×g”表示离心力,例如25000×g,表示相对离心力为25000。只要RCF值不变，一个样品可以在不同的离心机上获得相同的结果。一般情况下,低速离心时相对离心力常以转速“rpm”来表示，高速离心时则以“g”表示。
液体中的微粒在重力场中的分离：
若想把生物样品中的微粒从液体中分离出来，最简单的方法是将液体静置一段时间，液体中的微粒受重力的作用，较重的微粒下沉与液体分开，这个现象称为重力沉降。微粒在液体介质中的沉降将受到介质的浮力、介质阻力及扩散现象的影响。
沉降速度(sedimentation velocity) 指在强大离心力作用下，单位时间内物质运动的距离。即：
式中，为介质的密度，ρ为微粒的密度，g为重力加速度，f 为阻力系数。由上式可知，微粒的沉降速度与成正比，与阻力系数 f 成反比。
沉降时间：在实际工作中，常常遇到要求在已有的离心机上把某一种溶质从溶液中全部沉降分离出来需用多大转速与多长时间可达到目的的问题。如果转速已知，则需确定分离某粒子所需的时间即沉降时间。
K系数：是用来描述在一个转子中，将粒子沉降下来的效率。K系数与离心转速及粒子沉降的路径有关，所以K系数是一个变数。
沉降系数：颗粒在单位离心力场作用下的沉降速度，其单位为秒。各种生物样品的沉降系数差别很大，利用它们沉降系数的差别就可以应用离心技术来进行定性和定量的分析及分离制备。
液体中的微粒在离心力场中的沉降：
在离心机中，离心管（centrifuge tube）放于离心转头里，当离心机开动时，离心管绕离心转头的轴旋转，作圆周运动，在离心管内的样品颗粒将同样运动。
假如颗粒处于真空中，颗粒会沿切线方向飞去,也就是当离心管由图中的0位转到1位时，颗粒到达离心管底部A位。对于离心管而言，样品颗粒由顶位移到了A位，也就是由离心管顶部移到了底部，这与重力场中的由高处落到低处相似。这种颗粒在圆周运动时的切线运动称为离心沉降。
实际上颗粒是在介质中运动的，颗粒作切线运动时将由于介质的摩擦阻力，使其在离心管中依图中虚线所示的曲线运动，当离心管由0位转到2位时，颗粒由顶位移到B位。介质的阻力越大，颗粒的沉降速度越小、沉降的距离也越短。旋转速度越大，颗粒在离心管中沉降越快。
离心机的分类及基本结构：
离心机的基本结构
1.低速离心机
驱动系统结构
其最大转速10000r/min以内，相对离心力15000×g以内，容量为几十毫升至几升，分离形式是固液沉降分离。临床实验室主要用作血浆、血清的分离以及脑脊液、胸腹水、尿液等有形成分的分离。其结构较简单，由电动机、离心转盘（转头）、调速器、定时器、离心套管与底座等主要部件构成。
2.高速（冷冻）离心机
其最大转速为20000~25000r/min，最大相对离心力为000×g，最大容量可达3升，分离形式是固液沉降分离。
临床实验室主要用作分子生物学中的DNA、RNA的分离和基础实验室对各种生物细胞、无机物溶液、悬浮液及胶体溶液的分离、浓缩、提纯样品等。结构有转动装置、速度控制系统、温度控制系统、真空系统、离心室、离心转头及安全保护装置等。
五、离心机面向客户：
广泛用于生物，化学，石油工业，食品研究，农业研究，医药等科研教育，学校和生产部门等，适用于微量样品快速分离合成。
六、离心机的配置与选型：
根据客户的要求：离心转速，离心力，离心容量（总容量或单管容量），转子类别，离心物质，最是否温控，确定客户说的管数，管数除以2，奇数为角转子，偶数为水平转子。
七、使用离心机该注意的事：
1 、不要穿着松垮的衣服及卸掉身上的首饰珠宝。
2 、必须让离心机放在水平的桌面上。
3 、绝不用你的手来停止旋转中的离心机 。
4 、经常确定离心机是否是平稳的。
5 、绝不擅自离开运作中的离心机。
八、实验装置
混合物应该移到干净离心机专用管子中。管子不应该超出离心机的顶部太多也不可太短。管子为什么不应该超出离心机顶端? 因为离心机是以一个很高的速度在旋转,所以如此可能会造成危险情况发生。而且在做分离时,要特别注意平衡的问题,通常我们会准备第二管子,管子中添加蒸馏的水,体积等于样品的体积里面装载和样品同等量的液体。这根管子放在样品槽相对(相反)的位置中。若无如此做平和的动作将造成离心机强烈晃动,甚至掉落地面。
九、清洗沉淀物的方法：
用纯液体冲洗这种固体帮助移走不需要可溶解物质。干燥时,这些固体就会摆脱污染物质。注意!!这些固体不可以是可溶解的物质。为了冲洗这种固体,在固体中添加几毫升溶剂和把溶液混合得彻底于液体直到固体再次溶于液体中。并小心用离心机分离溶液后, 倒出液体, 和重复清洗直到浮在表层的溶液不再显示不纯的信号。
十、离心完之后如何正确移液：
若要移去浮在固体表层的溶液。可以小心地倾倒或者用吸管移走溶液。如果固体没有被完全分离沉淀下来,就必须再次用离心机分离。用移液管移走液体时要小心的操作,首先要压掉管子里的空气,以免不小心又把固体弄起来了;且移液管不要太接近固体。
十一、把样品从离心机中取出：
只要离心机停了下来,就把样品从离心机中小心地移出, 因此固体在溶液中被分离出来。注意混合物的外表, 如果这固体仍然在溶液中代表分离不完全,所以再次把样品放回离心机中和重复过程。
