離心機(ji)的工作(zuo)原(yuan)理(li)

 離心機(ji)的工作(zuo)原(yuan)理(li)

離心機(ji)的工作(zuo)原(yuan)理(li)：

離心是利(li)用旋轉(zhuan)運動的離心力(li)以(yi)及(ji)物(wu)質的沈降系(xi)數或(huo)懸浮(fu)密度(du)的差(cha)異(yi)進行(xing)分離、濃縮和(he)提純(chun)生(sheng)物(wu)樣品(pin)的壹(yi)種方法。懸浮(fu)液在高(gao)速旋轉(zhuan)下(xia)，由(you)於(yu)巨大的離心作(zuo)用，使懸浮(fu)的微小(xiao)顆粒以(yi)的速度沈降，從(cong)而使溶液得以(yi)分離，顆粒的沈降速度取(qu)決(jue)於(yu)離心機(ji)的轉(zhuan)速、顆粒的質(zhi)量(liang)、大小(xiao)和(he)密度(du)。

離心機(ji)是利(li)用離心機(ji)的轉(zhuan)子高(gao)速旋轉(zhuan)產(chan)生強(qiang)大的離心力(li)，迫(po)使液體(ti)中(zhong)微粒(li)克服擴(kuo)散加(jia)快沈降速度，把樣品中(zhong)具有不(bu)同沈降系(xi)數和(he)浮(fu)力密(mi)度(du)的物(wu)質分離開。

離心力(li)：

     當(dang)物體所受(shou)外(wai)力(li)小(xiao)於(yu)運動所需(xu)要(yao)的向心力時，物體(ti)將(jiang)向遠離圓(yuan)心的方向運動。物體(ti)遠離圓(yuan)心運動的現(xian)象(xiang)稱為(wei)離心現(xian)象(xiang)，也(ye)叫(jiao)離心運動，離心運動是由(you)於(yu)向心力消(xiao)失(shi)或(huo)不(bu)足(zu)而造(zao)成的。

離心作(zuo)用是根(gen)據(ju)在角速度下(xia)作(zuo)圓(yuan)周運動的任(ren)何(he)物體都(dou)受(shou)到壹(yi)個(ge)向外(wai)的離心力(li)進(jin)行(xing)的。離心力(li)（Fc）的大小(xiao)等於(yu)離心加(jia)速度ω2 r與(yu)顆粒質(zhi)量(liang)m的乘(cheng)積，即(ji)：

式(shi)中(zhong)ω是旋轉(zhuan)角(jiao)速度，N是每(mei)分鐘轉(zhuan)頭旋轉(zhuan)次(ci)數，r 為(wei)離心半徑，m是質(zhi)量(liang)。

 相對(dui)離心力(li)（relative centrifugal force，RCF）

     相(xiang)對(dui)離心力(li)是指(zhi)在離心力(li)場(chang)中，作(zuo)用於(yu)顆粒的離心力(li)相(xiang)當於(yu)地(di)球重(zhong)力(li)的倍(bei)數，單(dan)位(wei)是 “g"。

由(you)於(yu)各種離心機(ji)轉(zhuan)子(zi)的半徑或(huo)離心管(guan)至旋轉(zhuan)軸中(zhong)心(xin)的距(ju)離不同，離心力(li)也(ye)不(bu)同,因此(ci)在文獻中(zhong)常(chang)用“相(xiang)對(dui)離心力(li)"或(huo)“數(shu)字(zi)×g"表(biao)示(shi)離心力(li),例(li)如(ru)25000×g,表示(shi)相對(dui)離心力(li)為(wei)25000。只要(yao)RCF值(zhi)不變，壹(yi)個(ge)樣品(pin)可以(yi)在不同的離心機(ji)上獲(huo)得相同的結(jie)果。壹(yi)般情況下(xia),低(di)速離心時相對(dui)離心力(li)常(chang)以(yi)轉(zhuan)速“rpm"來表示(shi)，高(gao)速離心時則以(yi)“g"表(biao)示(shi)。

液體(ti)中(zhong)的微粒(li)在重力(li)場中的分離：

若想把生物(wu)樣(yang)品(pin)中(zhong)的微粒(li)從(cong)液體(ti)中(zhong)分離出來，簡(jian)單(dan)的方法是將(jiang)液體(ti)靜(jing)置壹(yi)段(duan)時間，液體(ti)中(zhong)的微粒(li)受(shou)重力(li)的作(zuo)用，較(jiao)重(zhong)的微粒(li)下(xia)沈與(yu)液體(ti)分開，這(zhe)個(ge)現象(xiang)稱為(wei)重(zhong)力沈降。微粒(li)在液體(ti)介(jie)質(zhi)中(zhong)的沈降將(jiang)受(shou)到介(jie)質(zhi)的浮(fu)力、介(jie)質(zhi)阻(zu)力(li)及擴散現(xian)象(xiang)的影(ying)響(xiang)。

沈降速度(sedimentation velocity)  指在強(qiang)大離心力(li)作(zuo)用下(xia)，單(dan)位(wei)時間內物(wu)質(zhi)運動的距(ju)離。即：

式(shi)中(zhong)，為介(jie)質(zhi)的密(mi)度，ρ為(wei)微粒(li)的密(mi)度，g為(wei)重(zhong)力(li)加速度，f 為阻力系(xi)數。由(you)上式(shi)可知，微粒(li)的沈降速度與(yu)成(cheng)正(zheng)比(bi)，與(yu)阻(zu)力(li)系(xi)數 f 成反(fan)比。

沈降時間：在實際(ji)工作(zuo)中，常(chang)常(chang)遇(yu)到要(yao)求在已有(you)的離心機(ji)上把(ba)某(mou)壹(yi)種溶(rong)質(zhi)從(cong)溶液中(zhong)全(quan)部沈降分離出來需(xu)用多大轉速與(yu)多長時間可達到目(mu)的的問(wen)題(ti)。如(ru)果轉速已知(zhi)，則(ze)需(xu)確(que)定(ding)分離某粒(li)子(zi)所需(xu)的時間即沈降時間。

K系(xi)數：是用來描述在壹(yi)個(ge)轉子(zi)中(zhong)，將粒子(zi)沈降下(xia)來的效(xiao)率(lv)。K系(xi)數與(yu)離心轉(zhuan)速及粒子沈降的路(lu)徑(jing)有關，所以(yi)K系(xi)數是壹(yi)個(ge)變數(shu)。

沈降系(xi)數：顆粒在單位(wei)離心力(li)場(chang)作(zuo)用下(xia)的沈降速度，其單位(wei)為秒。各種生(sheng)物(wu)樣品(pin)的沈降系(xi)數差(cha)別(bie)很大，利(li)用它們沈降系(xi)數的差(cha)別(bie)就(jiu)可以(yi)應(ying)用離心技術(shu)來進行(xing)定(ding)性(xing)和(he)定量(liang)的分析及(ji)分離制備(bei)。

液體(ti)中(zhong)的微粒(li)在離心力(li)場(chang)中的沈降：

  在離心機(ji)中(zhong)，離心管(guan)（centrifuge tube）放於(yu)離心轉(zhuan)頭裏(li)，當(dang)離心機(ji)開動時，離心管(guan)繞(rao)離心轉(zhuan)頭的軸旋轉(zhuan)，作(zuo)圓(yuan)周運動，在離心管(guan)內的樣(yang)品顆粒將(jiang)同樣(yang)運動。

假(jia)如(ru)顆粒處(chu)於(yu)真(zhen)空(kong)中(zhong)，顆粒會(hui)沿切線方向飛去,也(ye)就(jiu)是當(dang)離心管(guan)由(you)圖中(zhong)的0位(wei)轉到(dao)1位(wei)時，顆粒到(dao)達離心管(guan)底部A位(wei)。對(dui)於(yu)離心管(guan)而言(yan)，樣品(pin)顆粒由(you)頂(ding)位(wei)移到(dao)了A位(wei)，也(ye)就(jiu)是由(you)離心管(guan)頂部移(yi)到(dao)了(le)底部，這(zhe)與(yu)重(zhong)力(li)場(chang)中的由(you)高(gao)處(chu)落(luo)到(dao)低(di)處(chu)相(xiang)似(si)。這(zhe)種顆粒在圓(yuan)周運動時的切線運動稱為(wei)離心沈降。

實(shi)際(ji)上顆粒是在介(jie)質(zhi)中(zhong)運動的，顆粒作(zuo)切線運動時將由(you)於(yu)介(jie)質(zhi)的摩(mo)擦阻(zu)力(li)，使其在離心管(guan)中依(yi)圖中(zhong)虛(xu)線所示(shi)的曲(qu)線運動，當離心管(guan)由(you)0位(wei)轉到(dao)2位(wei)時，顆粒由(you)頂(ding)位(wei)移到(dao)B位(wei)。介(jie)質(zhi)的阻(zu)力越(yue)大，顆粒的沈降速度越小(xiao)、沈降的距(ju)離也(ye)越(yue)短(duan)。旋轉(zhuan)速度越大，顆粒在離心管(guan)中沈降越(yue)快(kuai)。