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簡(jiǎn)介

離心原理

超速離心機(jī)的離心方法

.概述

.差速離心

.速度區(qū)帶（或速度梯度）離心

.沉降平衡離心

離心機(jī)分類:轉(zhuǎn)速、容量和用途

.分析型超速離心機(jī)

.制備型超速離心機(jī)

.高速冷凍離心機(jī)

離心機(jī)操作步驟和保養(yǎng)注意事項(xiàng)

.操作步驟

.保養(yǎng)注意事項(xiàng)

簡(jiǎn)介

1924年T.Svedberg和Rinde研制出第一臺(tái)渦輪超速離心機(jī)以來，發(fā)展非常迅速，已廣泛地應(yīng)用到科學(xué)研究和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。離心機(jī)轉(zhuǎn)頭最高轉(zhuǎn)速已達(dá)150000 r/min（貝克曼Optima MAX-XP，2010年數(shù)據(jù)），最大離心力達(dá)1019000 X g（貝克曼Optima MAX-XP，2010年數(shù)據(jù)）。另外，通常30000rpm以上的才叫超速離心，上面名片說的不通用，但是我在那里改不了，所以寫這兒。（蝶花公子僅改此段，其余再論）

離心機(jī)作為一種手段，具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，超速離心可在低溫下操作，保護(hù)了生物大分子的活性。制備型的離心機(jī)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(jī)不僅可測(cè)物質(zhì)的分子量，還可檢驗(yàn)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、蛋白、核酸、酶和進(jìn)行病毒分離的方便有效的工具。

離心原理

當(dāng)含有細(xì)小顆粒的懸浮液靜置不動(dòng)時(shí)，由于重力場(chǎng)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(huì)上浮。微粒在重力場(chǎng)下移動(dòng)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(chǎng)的強(qiáng)度及液體的粘度有關(guān)。像紅血球大小的顆粒，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。

此外，物質(zhì)在介質(zhì)中沉降時(shí)還伴隨有擴(kuò)散現(xiàn)象。擴(kuò)散是無條件的絕對(duì)的。擴(kuò)散與物質(zhì)的質(zhì)量成反比，顆粒越小擴(kuò)散越嚴(yán)重。而沉降是相對(duì)的，有條件的，要受到外力才能運(yùn)動(dòng)。沉降與物體重量成正比，顆粒越大沉降越快。對(duì)小于幾微米的微粒如病毒或蛋白質(zhì)等，它們?cè)谌芤褐谐赡z體或半膠體狀態(tài)，僅僅利用重力是不可能觀察到沉降過程的。因?yàn)轭w粒越小沉降越慢，而擴(kuò)散現(xiàn)象則越嚴(yán)重。所以需要利用離心機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，才能迫使這些微?？朔U(kuò)散產(chǎn)生沉降運(yùn)動(dòng)。

離心就是利用離心機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)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=ω2R

為方便起見，F(xiàn)常用相對(duì)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(gè)g。例如離心機(jī)轉(zhuǎn)頭平均半徑是6cm，當(dāng)轉(zhuǎn)速是60 000r/min時(shí)，離心力是240 000×g，表示此時(shí)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:

RCF=F離心力/F重力=mω2r/mg= ω2r/g = （2πr/r×rpm）2r/g（注意單位統(tǒng)一換算為標(biāo)準(zhǔn)單位）

式中:r為半徑（cm），g為離心力（g值）

超速離心機(jī)的離心方法

概述

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?cè)谝后w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(shí)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(shí)選用高轉(zhuǎn)速和短時(shí)間;后者是沉降平衡法，應(yīng)用該法時(shí)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(shí)選用較低轉(zhuǎn)速和較長(zhǎng)時(shí)間。實(shí)際操作有幾種形式:

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(gè)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(jí)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(jiǎn)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(shì)必提高轉(zhuǎn)速或延長(zhǎng)離心時(shí)間，這樣大小相近的顆粒也會(huì)沉到管底。因此該法多用于粗提純或初步濃縮樣品。

速度區(qū)帶（或速度梯度）離心

本法是將樣品放在一個(gè)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(shí)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(duì)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(jìn)行收集處于不同區(qū)帶里的各個(gè)組份。

沉降平衡離心

這是靜力學(xué)的方法。在離心管中形成一個(gè)液體梯度，在離心時(shí)各組份以不同的速度下沉，但最終停留在與自己相同的密度中，形成一條狹窄的平衡帶，并保持相對(duì)的穩(wěn)定。為了使樣品所有組份都能達(dá)到它們的平衡位置，需要長(zhǎng)時(shí)間離心。這種方法適用于分離大小相似但密度不同的物質(zhì)，如核酸的分離。氯化銫梯度是常用于平衡離心的介質(zhì)，分辨率很高，可區(qū)別密度相差0.05的組分，但離心時(shí)間需十幾到幾十小時(shí)，且價(jià)格很貴。已有一種商品名叫"Percoll"的聚蔗糖溶液可以代替氯化銫梯度。該介質(zhì)能迅速形成梯度，使離心時(shí)間大大縮短到1-2h而仍有很好的分離效果。并且有配套的標(biāo)記珠（Density marker beads）可以測(cè)定樣品的密度。

離心機(jī)分類:轉(zhuǎn)速、容量和用途

依照轉(zhuǎn)速、容量、用途，可以大致分為分析型超速離心機(jī)、制倍型超速離心機(jī)、高速冷凍離心機(jī)、大容量冷凍低溫離心機(jī)、一般用普通低速離心機(jī)和臺(tái)式（高速、低速）離心機(jī)等。

分析型超速離心機(jī)

最高轉(zhuǎn)速在60，000r/min以上，裝有懸掛式驅(qū)動(dòng)裝置。選速分級(jí)很精細(xì)，速控和溫控精度高，配有鋁合金或鈦合金制造的二孔到六孔分析轉(zhuǎn)子。目前最新推出的Beckman Optima MAX-XP臺(tái)式超速離心機(jī)的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了1,500,000rpm（2,500轉(zhuǎn)/秒），而且運(yùn)行時(shí)非常安靜（噪音僅為47dBa），是較為*的分析機(jī)型。裝有完善的柱面透鏡光學(xué)系統(tǒng)、干涉光系統(tǒng)和紫外吸收掃描光學(xué)系統(tǒng)，并能利用特別配制的數(shù)據(jù)處理微機(jī)自動(dòng)計(jì)算沉降系數(shù)和分子量等物理參數(shù)。老型號(hào)機(jī)型有MSE~75型（已停止生產(chǎn)）制備分析兩用超速離心機(jī)等。

制備型超速離心機(jī)

該機(jī)型從1955年開始商品化生以來已發(fā)展到第五代產(chǎn)品。生產(chǎn)的制備用超速離機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)83,000r/min，最大相對(duì)離心力場(chǎng) （R·C·F）S15，000×g以下，驅(qū)動(dòng)裝置壽命已達(dá)到200億轉(zhuǎn)，同時(shí)配備有各種轉(zhuǎn)速和容量的鋁合金、鈦合金角度轉(zhuǎn)子、水平轉(zhuǎn)子、垂直轉(zhuǎn)子、區(qū)帶轉(zhuǎn)子及其它專用轉(zhuǎn)子。每種轉(zhuǎn)子配有多邊數(shù)百種的金屬或塑料離心管。附屬設(shè)備可選配分析用光學(xué)裝置、密度梯度形成一收集儀、用于區(qū)帶轉(zhuǎn)子操作的特種加樣一取樣器、密度梯度泵、積分儀和切管器等。新機(jī)型具有自動(dòng)化程度高（內(nèi)裝微處理程序控制機(jī)）、壽命長(zhǎng)、噪音低、不需要水冷和故障率較低等優(yōu)點(diǎn)。

高速冷凍離心機(jī)

高速冷凍離心機(jī)一般在常壓空氣中旋轉(zhuǎn)，具有大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)和制冷壓縮機(jī)。額定轉(zhuǎn)速在16，000~21，000r/min之間，轉(zhuǎn)予的最大線速度不超過 28Om/s（即在跨音速區(qū)以下，空氣擾動(dòng)小，易于控制）。這種離心機(jī)配備有鋁合金制造的各種轉(zhuǎn)子，包括角度轉(zhuǎn)子、水平轉(zhuǎn)子、垂直管轉(zhuǎn)子、連續(xù)流動(dòng)轉(zhuǎn)子、區(qū)帶轉(zhuǎn)子和細(xì)胞淘洗轉(zhuǎn)子等，最大離心加速度在55,000xg以下。