离心机相关的分离知识汇总
[原创 2010-05-25 08:26:07]
相关的分离知识汇总
目录 {=)g?!zC
一、离心机概述 U`w `Cr
二、离心机及转子的分类 G:k]tZ*`
1.离心机的分类 h:qt?$]J
2.转子的分类及特点 XNd%3r m,
三、基本概念 o{n)w6P{R,
1.关于相对离心力(RCF) tITx+i
2.离心技术常用的数学计算 y53f73Cg
3、离心分离得几种方法 \4qw LM?E^
{dy}章离心机概述 T)Ohk(jK1
离心机是根据颗粒在高速旋转作匀速圆周运到时受到一个外向的离心力对悬浮液、乳浊液等进行分离、浓缩和提纯的仪器。它广泛用于医学、生物学、化学、林农等行业，随着生物工程、尤其是遗传基因工程的兴起，离心机得到了越来越广泛的应用。生物医学离心机的迅速发展，对我国生物工程、生物医学、生物制药产生积极地推动作用。 wE u"X
离心机在我国起步较晚，五十年代末期我国只有少数几个厂家生产简单的医用离心机，如北京医用离心机厂、上海手术器械厂等。原机械工业部下属的湖南仪器仪表总厂离心机厂（简称湘仪离心机厂）1977年开始对超速离心机进行研制，并于1982年通过CL55超速离心机（50000RPM）机械工业部产品鉴定。为了加快我国实验离心机的发展，机械工业部于1981年开始以技贸结合的方式引进离心机制造技术，同外商接触。 njoU0 f1`
1982年机械工业部组织了离心机考察团去国外考察，对国外离心机生产过程进行了认真全面了解，并由中国仪器进出口公司、机械工业部与日本TOMY公司签定了高速冷冻离心机技术引进和商务协议，授权湘仪离心机厂生产高速冷冻离心机，1983年6月派出6名工程技术人员去日本TOMY公司学习，日方提供了全套技术资料，并进行了讲课和答疑。1983年10月引进TOMY公司RS-III全自动高速冷冻离心机散装件，在日方专家的指导下，通过了散件的装配和调试，并经日方专家验收，各项指标均达到RS-III全自动高速冷冻离心的验收标准。我国生产的{dy}台高速冷冻离心机在原湖南医学院中心实验室使用，并获得了该校师生的好评。 czH`a=mjH
1991年湘仪离心机厂又与美国BACKMAN公司进行LSSKD技术合作多次派工程技术人员去BACKMAN公司学习培训，通过学习、消化、吸收国外的先进技术我国的离心机有了较大的发展，达到了国外同类产品九十年代的水平。早期的离心机大多采用直流电机，模拟控制，现在较先进的控制是变频电机，微机控制。目前我国主要生产离心机的厂家有：湘仪离心机厂（高速冷冻离心机、大容量冷冻离心机为主）、北京医用离心机厂（医用离心机为主）、上海安亭科学仪器厂（台式离心机为主）、上海离心机研究所（制药用管式离心机为主）等。 KOqp@K$
国外生产全系列离心机的公司厂家有：美国贝克曼、日本日立、瑞士康强、德国贺利氏；生产某些类别离心机的公司厂家：美国ZEC、杜邦、英国MSE、日本久保田、托弥、德国SIGMA赫曼等。 <.6bni )
上海利鑫坚离心机有限公司是江东仪器商标的持有单位，是一家集科研、设计、生产、销售、售后服务于一体的高新技术企业，凭借在实验室仪器自动化领域的专业水平和成熟的技术，在离心机领域迅速崛起。依靠科技求发展，不断为用户提供满意的高科技、高性能、高稳定的产品是我们始终不变的追求。本公司产品符合CE、IEC1010等国际安全标准并率先通过了国际ISO9001:2008质量体系认证，以及通过了国家相关的安全技术等多项指标。自安装之日起一年半内，由经过厂家培训的专业维修工程师免费维修，保养；保修期外，终身维修。 }g@5%DI]
现生产的产品有低速，高速以及高速大容量冷冻离心机。离心容量从0.2ml×12至1200ml×6,离心转速100rpm～25000rpm,离心力1000g～64500g。已广泛应用于全国各大专院校、科研机构、生物制药、中心血站、各级医院等众多领域，并以{yl}的产品质量和精湛的技术服务受到了用户的一致好评。 本公司通过与中国电子科技集团公司第二十一研究所的技术合作，全面提升研发实力和工艺水平，建成符合现代化企业制度要求的创新型高新技术企业。本公司一贯秉承以人为本的理念，开拓、创新、锐意进取，不断创新技术，为打造国内xxxx——江东仪器而不懈努力! !rwe|"8m?u
第二章离心机及转子的分类： <ic%c/mN
一．离心机的分类： t^ Hte^#S
国际上对离心机的分类方法有三种：按用途分、按转速分和按结构分。 D6M ktE)'
按用途分类：分为制备型离心机和制备分析离心机。 'i5 V6yB
制备型离心机：仅供分离浓缩，提纯试样的离心机。 qDzd_E@aR
制备分析离心机：不但能分离浓缩、提纯试样，而且可以通过光学系统对试样的沉降过程进行观察、拍照、测量、数字输出、打印自动显示的离心机。 M1sR+e$"
按转速分类：分为低速离心机、高速离心机、超速离心机。 M:*^k
低速离心机：转速在10000rpm以内或相对离心力在15000×g以内。 NE'4atQ |
高速离心机：转速在10000～30000rpm以内或相对离心力在15000～70000×g以内。 AnUOv 2
超速离心机：转速在30000rpm以上或相对离心力在70000×g以上。 5*#!w1X
按结构分类： b}eBy
一般在高速和低速离心机根据结构和功能进行分类，品种繁多，各厂家命名也无统一标准。可分为台式离心机、多管微量台式离心机、细胞涂片离心机、血液洗涤台式离心机、高速冷冻离心机、大容量低速冷冻离心机、低速冷冻离心机、台式高速冷冻离心机、台式低速自动平衡离心机等。另外国外还有三联式（五联式）高速冷冻离心机，专作连续离心用。 =@UgCu>=
二．转子的分类应用及特点 Mr8r(LGY
转子是离心机用于分离试样的核心部件，转子规格、品种的多少是衡量离心机生产技术掌握程度的重要标志，转子一般可分为下列五大类： |KM<\v(A{
固定角转子（Eixed-Angle-Rotor）： E(l'\q'.
主要用于分离沉降速度有明显差异的颗粒样品。颗粒在扇形溶地移动的距离很短，碰到外壁的颗粒沿着管壁滑到管底，形成沉淀，因此这样转子能很快地收集沉淀物。分离过程中，由于管壁的作用，在离心管内将会引起强烈的对流，对具有相同沉降速率的颗粒会产生不良影响。 mnwYv..ePz
水平转子（Siwing-Bucket-Rotor）： e buR-9
主要用于样品作密度梯度离心。颗粒移动距离长，溶液中的组分相对于管壁的位置在离心过程中和离心后不发生改变，因此离心效果好，但因颗粒在离心场中是从旋转中沿径向散离出去，而不是按相互平行的路线沉降。颗粒碰到外壁沿着管壁滑到管底，因此也会产生对流。（但比固定角转子小）低速时启动或停机时会产生振动，影响分离效果，水平转子有敞开式和封闭式两种，一般制备容量大，转速小于10000RPM，离心力场在16000×g以内的，作成敞开式，主要用于样品的初分离。制备容量较前者小，转速大于10000RPM，离心力场在16000×g以上的，为了减少风力的影响，一般作成封闭式，主要用于线粒体、叶绿体、细胞核等的分离和密度梯度离心。 iHp@R-g
连续离心转子（Continuous-Flow-Rotor）： 2?)bpp$WZ
主要用于悬浮介质中高速分离较小的颗粒物质，如在培养基中分离细胞，在运转过程中，悬浮样品以一定速度从转子体中心流入离心池，由于溶液中的组分轻重不同，在离心力场作用下，重粒子具有较大的惯性离心力、沉降快，当流速增大（降低）到一定值时，重粒子将留在离心池外缘底部，而介质将从出口流出并带走较轻的粒子，收集组分的方法是把组分冲洗出离心池或者留在转子体内，这种转子是利用离心淘析技术队整细胞或大的亚细胞粒子进行分离，在无菌和低温条件下，被分离的组分,能保持活性，回收率高等优点。如果液流方向与离心力方向相反，即降低了粒子运行速度，相当于增长了运行距离，从而提高了分辨能力。 :Ur=}@Dj
区带转子（Zonal-Rotor）： m ^O9G?
主要用于大容量的密度梯度离心，当实验所需制备的样品量多，而水平转子因受到量的限制时，采用区带离心是较好的。主要由带有四块叶片的转子体和密封系统组成，转子体和四块叶片将离心池分为四个扇形小室，阻止溶液在离心池中旋转，叶片上有径向导管，溶液通过导管从中心流向转子体外壁，装样和取样时应小心，装样一般在2500~3000rpm运转中进行，首先将梯度液中较轻的部分通过密封管道泵入转子内，由于惯性力的存在，梯度液在转子外壁的垂直方向形成均匀的一层，再依次将密度较高的梯度液泵入，随着密度的增高和梯度液的不断泵入，密度较低的梯度液被推向中心，直到转子xx装满，然后通过密封组件中心输液管把待分离的样品（其密度与梯度液中最轻的密度部分还低）加入，接着把密度更低的溶液注入，用以取代中心附近的样品，装完后，移去密封组件，盖上转子盖，在一定转速离心一定时间后，转速降至2500~3000rpm，装上密封组件及输液管，通过泵入较密的液体到转子的液体由轻至重依次挤出。 ylEQeN
区带转子避免了用离心管所引起的壁效应（Walleffects）和干扰，提高了分辨率。 .Y?/J,Ch
主要用于样品在短时间作密度梯度离心。水平转子分离粒子位移距离长，分辨能力高，分离后组分的区带较宽，便于回收，但所需时间长，垂直转子分离的粒子位移距离等于离心管直径。转子转动前，管内密度梯度溶液的密度是沿重力方向变化，转动后，溶液的密度逐渐改变为离心力方向（水平方向）变化，离心结束后，溶液的密度变化方向因重力作用又沿铅垂方向变化，形成铅垂方向的密度梯度，由于离心管是垂直放置，所以溶液粒子位移的距离等于离心管的直径。离心时间短，离心后样品组分的区带较宽，但因离心时间短，粒子得不到充分分离，将会失去一些组分，又因区带与梯度介质的接触面大，易于扩散，停机后密度重新定向，易于混合，所以作区带离心的效果，垂直转子不于水平转子。 Ot] Y/;K
离心机转子的转速跟转子的材料和强度有关，一般采用强度好、重量轻的超硬铝合金（LC4），超速离心机采用钛合金（TiC4）。一般来说，对同一离心机重量轻、容量小的转子转速要高，反之转速要低。转子的保养及寿命管理在以后的章节中介绍。 )AX0x1I|E
第三章基本概念 Mk*&CNo3
一、关于相对离心力（relative centrifugal force，RCF） q $Hg\ {c
当装有样品溶液的离心管、瓶、或袋的转子置于与马达相接的转轴上时，通过马达提供的动力会使转子快速旋转，离心技术正是利用这种高速旋转产生的离心力达到使样品溶液中不同性质的颗粒得以相互分开的目的，离心力的大小与旋转速度以及旋转半径成正相关性。由于各种离心机转子的半径或者离心管至旋转轴中心的距离不同，离心力而受变化，因此在文献中常用“相对离心力”或“数字×g”表示离心力，只要RCF值不变，一个样品可以在不同的离心机上获得相同的结果。 |Bv?! sjf
RCF就是实际离心场转化为重力加速度的倍数。 e@-"B9~
F离=M×ω2×r k#4%d1O}
M：运动物体的质量 6Q&*V7EO
ω：运动物体的角速度 rb/m;8v>
r：运动物体的质量半径 QFI 8|i @
然而，圆周运动的物体，除受离心力作用外，还受到重力的影响。因此，通常用相对离心力(RCF）来比较不同型号的转子以及转子在不同速度旋转时离心力的大小，公式换算如下： N@ M (Iw
RCF=F离/F重=Mω2r/Mg=ω2r/g \ LFRu
由于：ω=2πn/60 nt /+?Sj
n：转速（rpm） =sqh PS<>
r：旋转中心至转头内离心管某一部位的半径（cm） 6,"fH{B d
g：为地球重力加速度（980cm/sec2) [TZl vX(E
所以：RCF=1.118×10-5×n2×r O1@-)<_71
为了计算转子的{zd0}离心力，必须知道离心机使转子旋转的{zg}速度（nMax）以及转子的{zd0}半径（rMax），即离心管底至主轴间{zd0}距离。 ?f og 34g
例如：6Ds4.2转子所允许的{zd0}转速为4200rpm，其{zd0}离心半径为25.4cm，因此该转子的{zd0}相对离心力为： U/ncD F%C
RCFMAX=1.118×10-5×25.4×42002=5018×g &^ sgR$m
如果这一转子以2000rpm离心时，它的相对离心力为： Lm kv .XF
RCF=1.118×10-5×25.4×20002=1138×g ^A8'YTl
由于RCF值随着转速的平方而增大，因此转速的变化会引起RCF更大的变化。 w][1C\8m
在上式的基础上，Dole和Cotzias制作了与转子速度和半径相对应的离心力的转换列线图，见下图，在用图1将离心机转数换成相对离心力时，先在离心机半径标尺上取已知的离心机半径和在转数标尺上取已知的离心机转数，然后将这两点简划一条直线，在图中RCF标尺上的交叉点，即为相应的离心力数值。例已知离心机转数为2500rpm，离心机的半径为7.7cm，将两点连接起来交于RCF标尺，此交点500×g即是RCF值。 ."R,j|o 6
为了使某一特定转子的离心条件能在另一个类型的转子上重复并获得同样的分离效果，应该考虑到下述相对离心力与离心时间（t）长短间的关系： ]Dm'J%P0}
t1×RCF1=t2×RCF2 q$EicH}k8
例1：Js5.2转子的{zd0}半径为22.6cm，当该转子以4000RPM运转时，可以算出离心管底部的RCF=4050g，离心10分钟能得到满意的结果，如果换用Js4.2转子(Rmax=254mm)仍用4000RPM转速，它的RCF为4550g，也许500g的差异会影响实验结果，为了获得同样的离心效果，可根据： pYo]lO
t1=t2×RCF2/RCF1=10×4050/4550=8.9分 tT}*%A
因此，Js4.2转子4000RCF离心8.9分钟的离心效果与JS5.2（rMAX=226mm）来重复上述条件则可算出所需的运行转速（n）。 AZ)H/#be
n=1000√3430/1.12×226=3681r/min rn l~i
也就是说JS5.2的离心速度为3681rpm时，产生的RCF是3430g。 I_mnXd;n
二、离心技术常用的数学计算 '>AOJ aA
W/w％、w/v％的换算及蔗糖母液的稀释： &B uO-
用重量/重量百分数(w/w％）表示的浓度，在数值上与用重量/体积百分数(w/v％)表示的浓度相差极大，例如65％(w/w％)的蔗糖溶液在0℃时相当于86％(w/v％)。而对氯化铯（CsCl），这二者的差别就更大，如53％(w/w％)的CsCl相当于87％(w/v％)。 0c4H2RW
例：设有密度为1.638g/ml重量百分比浓度为32％(w/w)的氯化铯求其重量/体积百分数(w/v％) \2#>@6Sqrl
由公式Cw/v=Cw/wXρ可知 vn@9Sqk
Cw/v=32/100×1.638=53％ w-?_ U7'
为方便一般可先配制较浓的母液如66％(w/w)的蔗糖溶液66％(w/w) <rc?EV
蔗糖溶液=2.55M=53％(w/v)折光指数=1.4558密度=1.3224g/ml在稀释时根据下面公式换算 x J>U_Gd
V稀释后的体积×C稀释后浓度 G2Ek e;
V母液=C母液后浓度(w/v) ~"89NVk"
例：现有66％（w/v）的蔗糖溶液（p=1.3224），当配100m120％ (w/w) (p=1.081)的蔗糖溶液时需要母液量如下： "ewSh<t
V母液=100×1.081×20％/1.3224×66％=24.8ml 5LU8QHj3
因此，取母液24.8ml，加水至100ml即成20％（w/w）的蔗糖溶液。 He att?(RR
B.总离心效果ω2T及ω2T积分值的应用 ohqi4Y!j/~
离心过程中往往包括启动、加速、恒速、减速及运转终止等阶级，在离心机转子从静止开始被加速过程中，加在样品上的相对离心力也逐渐增大，在减速时，情况恰恰相反，一些较大的转子，其加、减速过程延误时间较长，对于较粗略的实验，往往简单地以恒速阶段的离心效果ω2T来表示，如进行较精密的分析实验，应将这段时间内样品粒子的移动纳入考虑的范围，除了恒速阶段的离心效果外，还要加上加、减速过程的离心效果，因此引入了总离心效果--TCE（total centrifugal effect）并用∫ω2d t来表示，即ω2T的积分值。 UU')V
∫ω2d t总离心效果用于计算粒子的沉降子数（S）。 B2Qt tcJ
S=1nr2 /rl /∫ω2d t=1nr2 /r 1/ TCE | T <t19
r1：离心前粒子与轴心距离 % "|I` m
r2：离心后粒子与轴心距离 7M*&^P\}es
目前Backman公司等一些生产厂家配有自动的ω2T积分器，当设置转速和运转时间后。全自动算出ω2T的积分值或设置ω2T值只需设一恒定的速度，离心机会自动确定所需的离心时间。 33dHTV
在设有ω2T自动积分器的情况下，可以利用ω2T图来计算总的离心效果，并可得到满意的结果，Backman公司给出了SW50.1等十种转子的ω2T图。这些图中虽只标出了二种密度曲线，对于其它密度可根据该二种密度曲线来估计所需的时间，也可以计算粒子的沉降系数。 v7x %V%K
例：计算离心时间 tB4dkWt.}
根据所希望的粒子的沉降位置从图中找出相应的Sω2T值 b_2b g>|;
已知条件：实验用转子：SW50.1离心用介质：5-20％蔗糖密度：1.8g/ml，温度：20℃，转速：40000rpm，粒子沉降系数：30S=3x10Q。求：粒子在90mm处形成离心带需离心时间。 CX/ _\0 G4
解：从SW50.1转子的Sω2T曲线图上可以查得总离心效果Sω2T=0.54 Q-<N)K$F(4
据ω2T=Sω2T/S=0.54/30=1.8 zvjp]yTx"
根据角速度ω和转速度RPM之间的换算公式ω=0.10472RPM #[$^M:X .
因此：ω2=（0.10472RPM）2=1.75×10所以：T=ω2T/ω2=1.8×10/1.75×10=10286秒 .!|\Y !]^r
C.氯化铯(CsCl)沉降平衡曲线的应用 c'#w 8 V
在实际工作中,往往从文献中查得分离某一物质的运行参数（温度、速度、起始密度等），但是，如果查不到这些参数，那么，究竟在什么条件下进行等密度离心，才能使离心结果满意呢？ -JgN$S f
在等密度离心中，常用氯化铯作梯度物质，所以Backman公司的每个转子说明书中都附有该转子的CsCl沉降及平衡曲线，利用这些曲线，就可得到最合适的运行参数。 e$'|EE.=q+
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一、离心机概述 U`w `Cr
二、离心机及转子的分类 G:k]tZ*`
1.离心机的分类 h:qt?$]J
2.转子的分类及特点 XNd%3r m,
三、基本概念 o{n)w6P{R,
1.关于相对离心力(RCF) tITx+i
2.离心技术常用的数学计算 y53f73Cg
3、离心分离得几种方法 \4qw LM?E^
{dy}章离心机概述 T)Ohk(jK1
离心机是根据颗粒在高速旋转作匀速圆周运到时受到一个外向的离心力对悬浮液、乳浊液等进行分离、浓缩和提纯的仪器。它广泛用于医学、生物学、化学、林农等行业，随着生物工程、尤其是遗传基因工程的兴起，离心机得到了越来越广泛的应用。生物医学离心机的迅速发展，对我国生物工程、生物医学、生物制药产生积极地推动作用。 wE u"X
离心机在我国起步较晚，五十年代末期我国只有少数几个厂家生产简单的医用离心机，如北京医用离心机厂、上海手术器械厂等。原机械工业部下属的湖南仪器仪表总厂离心机厂（简称湘仪离心机厂）1977年开始对超速离心机进行研制，并于1982年通过CL55超速离心机（50000RPM）机械工业部产品鉴定。为了加快我国实验离心机的发展，机械工业部于1981年开始以技贸结合的方式引进离心机制造技术，同外商接触。 njoU0 f1`
1982年机械工业部组织了离心机考察团去国外考察，对国外离心机生产过程进行了认真全面了解，并由中国仪器进出口公司、机械工业部与日本TOMY公司签定了高速冷冻离心机技术引进和商务协议，授权湘仪离心机厂生产高速冷冻离心机，1983年6月派出6名工程技术人员去日本TOMY公司学习，日方提供了全套技术资料，并进行了讲课和答疑。1983年10月引进TOMY公司RS-III全自动高速冷冻离心机散装件，在日方专家的指导下，通过了散件的装配和调试，并经日方专家验收，各项指标均达到RS-III全自动高速冷冻离心的验收标准。我国生产的{dy}台高速冷冻离心机在原湖南医学院中心实验室使用，并获得了该校师生的好评。 czH`a=mjH
1991年湘仪离心机厂又与美国BACKMAN公司进行LSSKD技术合作多次派工程技术人员去BACKMAN公司学习培训，通过学习、消化、吸收国外的先进技术我国的离心机有了较大的发展，达到了国外同类产品九十年代的水平。早期的离心机大多采用直流电机，模拟控制，现在较先进的控制是变频电机，微机控制。目前我国主要生产离心机的厂家有：湘仪离心机厂（高速冷冻离心机、大容量冷冻离心机为主）、北京医用离心机厂（医用离心机为主）、上海安亭科学仪器厂（台式离心机为主）、上海离心机研究所（制药用管式离心机为主）等。 KOqp@K$
国外生产全系列离心机的公司厂家有：美国贝克曼、日本日立、瑞士康强、德国贺利氏；生产某些类别离心机的公司厂家：美国ZEC、杜邦、英国MSE、日本久保田、托弥、德国SIGMA赫曼等。 <.6bni )
上海利鑫坚离心机有限公司是江东仪器商标的持有单位，是一家集科研、设计、生产、销售、售后服务于一体的高新技术企业，凭借在实验室仪器自动化领域的专业水平和成熟的技术，在离心机领域迅速崛起。依靠科技求发展，不断为用户提供满意的高科技、高性能、高稳定的产品是我们始终不变的追求。本公司产品符合CE、IEC1010等国际安全标准并率先通过了国际ISO9001:2008质量体系认证，以及通过了国家相关的安全技术等多项指标。自安装之日起一年半内，由经过厂家培训的专业维修工程师免费维修，保养；保修期外，终身维修。 }g@5%DI]
现生产的产品有低速，高速以及高速大容量冷冻离心机。离心容量从0.2ml×12至1200ml×6,离心转速100rpm～25000rpm,离心力1000g～64500g。已广泛应用于全国各大专院校、科研机构、生物制药、中心血站、各级医院等众多领域，并以{yl}的产品质量和精湛的技术服务受到了用户的一致好评。 本公司通过与中国电子科技集团公司第二十一研究所的技术合作，全面提升研发实力和工艺水平，建成符合现代化企业制度要求的创新型高新技术企业。本公司一贯秉承以人为本的理念，开拓、创新、锐意进取，不断创新技术，为打造国内xxxx——江东仪器而不懈努力! !rwe|"8m?u
第二章离心机及转子的分类： <ic%c/mN
一．离心机的分类： t^ Hte^#S
国际上对离心机的分类方法有三种：按用途分、按转速分和按结构分。 D6M ktE)'
按用途分类：分为制备型离心机和制备分析离心机。 'i5 V6yB
制备型离心机：仅供分离浓缩，提纯试样的离心机。 qDzd_E@aR
制备分析离心机：不但能分离浓缩、提纯试样，而且可以通过光学系统对试样的沉降过程进行观察、拍照、测量、数字输出、打印自动显示的离心机。 M1sR+e$"
按转速分类：分为低速离心机、高速离心机、超速离心机。 M:*^k
低速离心机：转速在10000rpm以内或相对离心力在15000×g以内。 NE'4atQ |
高速离心机：转速在10000～30000rpm以内或相对离心力在15000～70000×g以内。 AnUOv 2
超速离心机：转速在30000rpm以上或相对离心力在70000×g以上。 5*#!w1X
按结构分类： b}eBy
一般在高速和低速离心机根据结构和功能进行分类，品种繁多，各厂家命名也无统一标准。可分为台式离心机、多管微量台式离心机、细胞涂片离心机、血液洗涤台式离心机、高速冷冻离心机、大容量低速冷冻离心机、低速冷冻离心机、台式高速冷冻离心机、台式低速自动平衡离心机等。另外国外还有三联式（五联式）高速冷冻离心机，专作连续离心用。 =@UgCu>=
二．转子的分类应用及特点 Mr8r(LGY
转子是离心机用于分离试样的核心部件，转子规格、品种的多少是衡量离心机生产技术掌握程度的重要标志，转子一般可分为下列五大类： |KM<\v(A{
固定角转子（Eixed-Angle-Rotor）： E(l'\q'.
主要用于分离沉降速度有明显差异的颗粒样品。颗粒在扇形溶地移动的距离很短，碰到外壁的颗粒沿着管壁滑到管底，形成沉淀，因此这样转子能很快地收集沉淀物。分离过程中，由于管壁的作用，在离心管内将会引起强烈的对流，对具有相同沉降速率的颗粒会产生不良影响。 mnwYv..ePz
水平转子（Siwing-Bucket-Rotor）： e buR-9
主要用于样品作密度梯度离心。颗粒移动距离长，溶液中的组分相对于管壁的位置在离心过程中和离心后不发生改变，因此离心效果好，但因颗粒在离心场中是从旋转中沿径向散离出去，而不是按相互平行的路线沉降。颗粒碰到外壁沿着管壁滑到管底，因此也会产生对流。（但比固定角转子小）低速时启动或停机时会产生振动，影响分离效果，水平转子有敞开式和封闭式两种，一般制备容量大，转速小于10000RPM，离心力场在16000×g以内的，作成敞开式，主要用于样品的初分离。制备容量较前者小，转速大于10000RPM，离心力场在16000×g以上的，为了减少风力的影响，一般作成封闭式，主要用于线粒体、叶绿体、细胞核等的分离和密度梯度离心。 iHp@R-g
连续离心转子（Continuous-Flow-Rotor）： 2?)bpp$WZ
主要用于悬浮介质中高速分离较小的颗粒物质，如在培养基中分离细胞，在运转过程中，悬浮样品以一定速度从转子体中心流入离心池，由于溶液中的组分轻重不同，在离心力场作用下，重粒子具有较大的惯性离心力、沉降快，当流速增大（降低）到一定值时，重粒子将留在离心池外缘底部，而介质将从出口流出并带走较轻的粒子，收集组分的方法是把组分冲洗出离心池或者留在转子体内，这种转子是利用离心淘析技术队整细胞或大的亚细胞粒子进行分离，在无菌和低温条件下，被分离的组分,能保持活性，回收率高等优点。如果液流方向与离心力方向相反，即降低了粒子运行速度，相当于增长了运行距离，从而提高了分辨能力。 :Ur=}@Dj
区带转子（Zonal-Rotor）： m ^O9G?
主要用于大容量的密度梯度离心，当实验所需制备的样品量多，而水平转子因受到量的限制时，采用区带离心是较好的。主要由带有四块叶片的转子体和密封系统组成，转子体和四块叶片将离心池分为四个扇形小室，阻止溶液在离心池中旋转，叶片上有径向导管，溶液通过导管从中心流向转子体外壁，装样和取样时应小心，装样一般在2500~3000rpm运转中进行，首先将梯度液中较轻的部分通过密封管道泵入转子内，由于惯性力的存在，梯度液在转子外壁的垂直方向形成均匀的一层，再依次将密度较高的梯度液泵入，随着密度的增高和梯度液的不断泵入，密度较低的梯度液被推向中心，直到转子xx装满，然后通过密封组件中心输液管把待分离的样品（其密度与梯度液中最轻的密度部分还低）加入，接着把密度更低的溶液注入，用以取代中心附近的样品，装完后，移去密封组件，盖上转子盖，在一定转速离心一定时间后，转速降至2500~3000rpm，装上密封组件及输液管，通过泵入较密的液体到转子的液体由轻至重依次挤出。 ylEQeN
区带转子避免了用离心管所引起的壁效应（Walleffects）和干扰，提高了分辨率。 .Y?/J,Ch
主要用于样品在短时间作密度梯度离心。水平转子分离粒子位移距离长，分辨能力高，分离后组分的区带较宽，便于回收，但所需时间长，垂直转子分离的粒子位移距离等于离心管直径。转子转动前，管内密度梯度溶液的密度是沿重力方向变化，转动后，溶液的密度逐渐改变为离心力方向（水平方向）变化，离心结束后，溶液的密度变化方向因重力作用又沿铅垂方向变化，形成铅垂方向的密度梯度，由于离心管是垂直放置，所以溶液粒子位移的距离等于离心管的直径。离心时间短，离心后样品组分的区带较宽，但因离心时间短，粒子得不到充分分离，将会失去一些组分，又因区带与梯度介质的接触面大，易于扩散，停机后密度重新定向，易于混合，所以作区带离心的效果，垂直转子不于水平转子。 Ot] Y/;K
离心机转子的转速跟转子的材料和强度有关，一般采用强度好、重量轻的超硬铝合金（LC4），超速离心机采用钛合金（TiC4）。一般来说，对同一离心机重量轻、容量小的转子转速要高，反之转速要低。转子的保养及寿命管理在以后的章节中介绍。 )AX0x1I|E
第三章基本概念 Mk*&CNo3
一、关于相对离心力（relative centrifugal force，RCF） q $Hg\ {c
当装有样品溶液的离心管、瓶、或袋的转子置于与马达相接的转轴上时，通过马达提供的动力会使转子快速旋转，离心技术正是利用这种高速旋转产生的离心力达到使样品溶液中不同性质的颗粒得以相互分开的目的，离心力的大小与旋转速度以及旋转半径成正相关性。由于各种离心机转子的半径或者离心管至旋转轴中心的距离不同，离心力而受变化，因此在文献中常用“相对离心力”或“数字×g”表示离心力，只要RCF值不变，一个样品可以在不同的离心机上获得相同的结果。 |Bv?! sjf
RCF就是实际离心场转化为重力加速度的倍数。 e@-"B9~
F离=M×ω2×r k#4%d1O}
M：运动物体的质量 6Q&*V7EO
ω：运动物体的角速度 rb/m;8v>
r：运动物体的质量半径 QFI 8|i @
然而，圆周运动的物体，除受离心力作用外，还受到重力的影响。因此，通常用相对离心力(RCF）来比较不同型号的转子以及转子在不同速度旋转时离心力的大小，公式换算如下： N@ M (Iw
RCF=F离/F重=Mω2r/Mg=ω2r/g \ LFRu
由于：ω=2πn/60 nt /+?Sj
n：转速（rpm） =sqh PS<>
r：旋转中心至转头内离心管某一部位的半径（cm） 6,"fH{B d
g：为地球重力加速度（980cm/sec2) [TZl vX(E
所以：RCF=1.118×10-5×n2×r O1@-)<_71
为了计算转子的{zd0}离心力，必须知道离心机使转子旋转的{zg}速度（nMax）以及转子的{zd0}半径（rMax），即离心管底至主轴间{zd0}距离。 ?f og 34g
例如：6Ds4.2转子所允许的{zd0}转速为4200rpm，其{zd0}离心半径为25.4cm，因此该转子的{zd0}相对离心力为： U/ncD F%C
RCFMAX=1.118×10-5×25.4×42002=5018×g &^ sgR$m
如果这一转子以2000rpm离心时，它的相对离心力为： Lm kv .XF
RCF=1.118×10-5×25.4×20002=1138×g ^A8'YTl
由于RCF值随着转速的平方而增大，因此转速的变化会引起RCF更大的变化。 w][1C\8m
在上式的基础上，Dole和Cotzias制作了与转子速度和半径相对应的离心力的转换列线图，见下图，在用图1将离心机转数换成相对离心力时，先在离心机半径标尺上取已知的离心机半径和在转数标尺上取已知的离心机转数，然后将这两点简划一条直线，在图中RCF标尺上的交叉点，即为相应的离心力数值。例已知离心机转数为2500rpm，离心机的半径为7.7cm，将两点连接起来交于RCF标尺，此交点500×g即是RCF值。 ."R,j|o 6
为了使某一特定转子的离心条件能在另一个类型的转子上重复并获得同样的分离效果，应该考虑到下述相对离心力与离心时间（t）长短间的关系： ]Dm'J%P0}
t1×RCF1=t2×RCF2 q$EicH}k8
例1：Js5.2转子的{zd0}半径为22.6cm，当该转子以4000RPM运转时，可以算出离心管底部的RCF=4050g，离心10分钟能得到满意的结果，如果换用Js4.2转子(Rmax=254mm)仍用4000RPM转速，它的RCF为4550g，也许500g的差异会影响实验结果，为了获得同样的离心效果，可根据： pYo]lO
t1=t2×RCF2/RCF1=10×4050/4550=8.9分 tT}*%A
因此，Js4.2转子4000RCF离心8.9分钟的离心效果与JS5.2（rMAX=226mm）来重复上述条件则可算出所需的运行转速（n）。 AZ)H/#be
n=1000√3430/1.12×226=3681r/min rn l~i
也就是说JS5.2的离心速度为3681rpm时，产生的RCF是3430g。 I_mnXd;n
二、离心技术常用的数学计算 '>AOJ aA
W/w％、w/v％的换算及蔗糖母液的稀释： &B uO-
用重量/重量百分数(w/w％）表示的浓度，在数值上与用重量/体积百分数(w/v％)表示的浓度相差极大，例如65％(w/w％)的蔗糖溶液在0℃时相当于86％(w/v％)。而对氯化铯（CsCl），这二者的差别就更大，如53％(w/w％)的CsCl相当于87％(w/v％)。 0c4H2RW
例：设有密度为1.638g/ml重量百分比浓度为32％(w/w)的氯化铯求其重量/体积百分数(w/v％) \2#>@6Sqrl
由公式Cw/v=Cw/wXρ可知 vn@9Sqk
Cw/v=32/100×1.638=53％ w-?_ U7'
为方便一般可先配制较浓的母液如66％(w/w)的蔗糖溶液66％(w/w) <rc?EV
蔗糖溶液=2.55M=53％(w/v)折光指数=1.4558密度=1.3224g/ml在稀释时根据下面公式换算 x J>U_Gd
V稀释后的体积×C稀释后浓度 G2Ek e;
V母液=C母液后浓度(w/v) ~"89NVk"
例：现有66％（w/v）的蔗糖溶液（p=1.3224），当配100m120％ (w/w) (p=1.081)的蔗糖溶液时需要母液量如下： "ewSh<t
V母液=100×1.081×20％/1.3224×66％=24.8ml 5LU8QHj3
因此，取母液24.8ml，加水至100ml即成20％（w/w）的蔗糖溶液。 He att?(RR
B.总离心效果ω2T及ω2T积分值的应用 ohqi4Y!j/~
离心过程中往往包括启动、加速、恒速、减速及运转终止等阶级，在离心机转子从静止开始被加速过程中，加在样品上的相对离心力也逐渐增大，在减速时，情况恰恰相反，一些较大的转子，其加、减速过程延误时间较长，对于较粗略的实验，往往简单地以恒速阶段的离心效果ω2T来表示，如进行较精密的分析实验，应将这段时间内样品粒子的移动纳入考虑的范围，除了恒速阶段的离心效果外，还要加上加、减速过程的离心效果，因此引入了总离心效果--TCE（total centrifugal effect）并用∫ω2d t来表示，即ω2T的积分值。 UU')V
∫ω2d t总离心效果用于计算粒子的沉降子数（S）。 B2Qt tcJ
S=1nr2 /rl /∫ω2d t=1nr2 /r 1/ TCE | T <t19
r1：离心前粒子与轴心距离 % "|I` m
r2：离心后粒子与轴心距离 7M*&^P\}es
目前Backman公司等一些生产厂家配有自动的ω2T积分器，当设置转速和运转时间后。全自动算出ω2T的积分值或设置ω2T值只需设一恒定的速度，离心机会自动确定所需的离心时间。 33dHTV
在设有ω2T自动积分器的情况下，可以利用ω2T图来计算总的离心效果，并可得到满意的结果，Backman公司给出了SW50.1等十种转子的ω2T图。这些图中虽只标出了二种密度曲线，对于其它密度可根据该二种密度曲线来估计所需的时间，也可以计算粒子的沉降系数。 v7x %V%K
例：计算离心时间 tB4dkWt.}
根据所希望的粒子的沉降位置从图中找出相应的Sω2T值 b_2b g>|;
已知条件：实验用转子：SW50.1离心用介质：5-20％蔗糖密度：1.8g/ml，温度：20℃，转速：40000rpm，粒子沉降系数：30S=3x10Q。求：粒子在90mm处形成离心带需离心时间。 CX/ _\0 G4
解：从SW50.1转子的Sω2T曲线图上可以查得总离心效果Sω2T=0.54 Q-<N)K$F(4
据ω2T=Sω2T/S=0.54/30=1.8 zvjp]yTx"
根据角速度ω和转速度RPM之间的换算公式ω=0.10472RPM #[$^M:X .
因此：ω2=（0.10472RPM）2=1.75×10所以：T=ω2T/ω2=1.8×10/1.75×10=10286秒 .!|\Y !]^r
C.氯化铯(CsCl)沉降平衡曲线的应用 c'#w 8 V
在实际工作中,往往从文献中查得分离某一物质的运行参数（温度、速度、起始密度等），但是，如果查不到这些参数，那么，究竟在什么条件下进行等密度离心，才能使离心结果满意呢？ -JgN$S f
在等密度离心中，常用氯化铯作梯度物质，所以Backman公司的每个转子说明书中都附有该转子的CsCl沉降及平衡曲线，利用这些曲线，就可得到最合适的运行参数。 e$'|EE.=q+
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