中国一流的离心机生产企业
专注生物医疗、实验室离心机

离心机的原理、操作及维护

离心机是通过高速旋转产生的离心力场对不同 沉淀系数混合物质进行快速分离、浓缩和提纯的专 门设备,集机械、电气、力学、制冷、真空、生物化学等 多学科于一体的科学仪器,广泛用于工业、农业、国 防、食品卫生、生物医学工程、动植物研究及医疗卫 生等领域,对生物细胞、病毒、血清、蛋白,有机物、无 机物溶液、悬浮液及胶体等样品进行分离、浓缩、纯 化和提取等制备工作。
离心力
离心力(centrifugal force,Fc)就是利用物质 沉降原理将装有样品溶液的离心管的转头置于离心 轴上,通过转头绕轴高速旋转所产生的强大离心作 用力,使样品中不同性质颗粒按其密度或形状大小 相互分离。根据物理学匀速圆周运动规律,置于 转头中的离心管内的物质颗粒在离心场中都受到一 个向外的的离心合力:
Fc=mω2r
其中,ω 为角速度,ω=2πn/60,n 为转头每分钟 的转速(r/min),r 为离心管与转轴的距离(cm),即 离心半径。
相对离心力
由于各种离心机转子的半径或者离心管至转轴 中心距离不同,颗粒所受的离心力也不同,物质颗粒 除受离心力作用外,还受到重力 P 的影响。因此, 超速离心中国际上近年来采用相对离心力(relative centrifugal force,RCF),也就是离心机所产生的离 心加速度和地球重力加速度的倍数值,单位为重力 加速度 g(g=9.8m/s2 ),来表达离心机转速。任何一个离心机转子都可以通过公式(2)计算 出最大半径(rmax)、最小半径(rmin)和平均半径(rav) 或任意位置的相对离心力大小。 一般情况下,离心条件选用 rav 时的相对离心力。
沉降系数
样品中的物质颗粒,在重力场或离心力场中沉降或上浮,同时受到介质浮力及摩擦力的影响,沉 降速度发生变化,也就是颗粒在单位离心力作用下 的沉降速度被称为颗粒的沉降系数。 其中 v 为颗粒在离心场中的沉降速度;d 表示物 质颗粒的直径;ρp 和 ρm 分别为物质颗粒和溶剂的密 度;η 为溶剂的黏性系数。 不同的物质颗粒,其沉降系数各不相同,可以通 过公式计算 s 值,也可以查有关文献得到所需物 质的 s 值。
沉降时间和 k 系数
在离心机上把样品中的物质颗粒从溶液中全部 沉降分离出来的时间称为沉降时间,统一称为离心时间。其中 rb 离心机旋转转轴到离心管底的距离,rm 为旋转轴到离心管液面的距离。通过转速可以计算 出从离心管表面沉降到离心管底的时间(t)。 k 系数(k factor)为转子系数,是用来描述转子 中物质颗粒沉降下来的效率,是溶液恢复到澄清程 度的一个指数,也称为“cleaning factor” 。常见离心技术参数是:离心速度 n、相对离心力 FC、离心时间 t、离心温度 T 和沉降系数 s 等,这几个 方面也是影响分离效果的主要因素。操作离心时, 最主要是选择待分离样品的离心速度、离心力和离 心时间。 通过以上公式,根据所选的转速,就可以计算出 k 值,进而就可以计算出所离心样品需要的离心时 间。