第四章离心技术

第四章离心技术

作者:王英联系电话/p>

离心技术（centrifugaltechnique）

根据物质在作圆周匀速运动时受到一个外向离心力的作用发展起来的一种分离、分析技术。

离心技术的应用

1.工业生产食品、化工、制药等，转速<5000r/min2.生物、医学、化学

转速从每分钟几千到几万转以上,目的在于分离和纯化样品，以及对纯化的样品进行有关的研究。第一节基本原理

一、离心力(Centrifugalforce，F)离心力(F)等于离心加速度（ω2r）与颗粒物质质量（m）的乘积。F=mω2r

ω为旋转角速度（弧度/秒）

r为旋转体离轴心的距离（cm）ω=N：每分钟转速

2πN

60二、相对离心力(RCF)RCF：实际离心力转化为重力加速度的倍数RCF=离心力/重力（地球重力mg）RCF=mω2r/mg=ω2r/g（重力加速度）RCF=980ω2rg为重力加速度（980cm/sec2)

RPM转/分角速度：每秒转过的弧度数弧度即为弧长等于半径的圆弧所对的圆心角

三、转速RCF与RPM换算ω=2πRPM/60=0.10472RPMRCF=ω2r

/g=（0.10472RPM）2×r/gr以毫米为单位时，

RCF=1.12r×（RPM/1000）2

RPM=1000×（RCF/1.12r）1/2例：文献给出条件为80000g，RPM=1000×（80000/1.12r）1/2下图是转子速度和半径相对应的离心力列线图

（浮力、介质的摩擦阻力）自学沉降速度样品颗粒的大小、形状、密度

溶剂的粘度

离心加速度

四、沉降速度（Sedimentationvelocity）

沉降速度：粒子等速沉降运动时的速度。五、沉降系数（S）S是指单位离心力场中粒子移动的速度。一般情况下样品的沉降特征多用沉降系数（S）来表示:

S==

沉降速度dr/dt单位离心力ω2r

S在实际应用时常在10-13秒左右，故把沉降系数10-13秒称为一个Svedberg单位，简写S，量纲为秒。

名称沉降系数相对离心力离心转速细胞>107 <200 <1500

细胞核106--107 600--800 3000

线粒体 104 7000 7000

微粒体102--104 105 30000

DNA 102 2×105 40000

RNA 4--50 4×105 60000

蛋白质 2--25 >4×105 >60000

六、沉降时间(T)SedimentationTime颗粒沉降到某处所用时间K值是转头的一个特性指标，它的大小可以衡量转头离心效率的高低.

七、K值K值越小，转头的效率越高。在离心管允许不加满的情况下，可以通过减少离心管内样品量，降低k值，缩短离心时间。转头的K值可以查表得到

1、在离心时估算沉降时间。t

：离心时间（小时）。K

：实际转速下的转头K值。S

：粒子的沉降系数。

K值的应用

2、从一个转头换成另一个转头时估算沉降时间(根据文献资料,使用现有的转头,建立实验条件)。

利用已知转头的实验条件,使用另一个转头,分离相同样品时,如何确定实验条件。

3、同一转头，改变离心转速时，计算离心时间。（一）低速离心机

第二节离心机

实验室中常用于分离制备。

最高转速在6,000rpm以下。

转速和温度控制不够准确。

一、制备离心机制冷设备温度控制在0-4℃范围内。

实际速度和温度可通过仪表显示。

配有一定类型及规格的转子。

常用于生物大分子的分离制备。（二）高速冷冻离心机

最高转速在25,000rpm以下。

转速在50,000以上

驱动和速度控制

温度控制

真空系统

转子系统

常用于分离亚细胞器、病毒粒子、DNA、RNA和蛋白质分子。

（三）超速离心机

类型普通离心机高速离心机超速离心机最大转速(rpm)6,00025,00030,000以上最大RCF(g)6,00089,000可达510,000以上分离形式差速离心差速离心密度梯度区带分离或差速沉降分离离心管平衡允许误差0.25克0.1克0.1克转子角式和外摆式转子角式，外摆式转子等角式，外摆式，区带转子等仪器结构、性能和特点速度控制不严格，多数室温下操作有致冷装置，有较准确速度和温度控制系统有真空和冷却系统，精确的温度和速度控制、监测系统，保证转子正常运转的传动和制动装置。应用收集易沉降的大颗粒(如RBC，酵母细胞等)收集微生物、细胞碎片、大细胞、硫酸铵沉淀物和免疫沉淀物等。但不能有效沉淀病毒、小细胞器(如核糖体)、蛋白质等大分子主要分离细胞器，病毒，核酸蛋白质，多糖等甚至能分开分子量相近的同位素标记物15N—DNA和未标记的DNA转头(Rotor)

1、固定角式转头(fixed-anglerotor)

2、水平式转头(swing-outrotor)

3、区带转头(zonalrotor)

4、垂直式转头(verticalrotor)

5、连续转头(continuousrotor)

转头的材质：

铝质较轻,耐受强度较弱,适合在较低

的转速下使用;

不锈钢耐受强度最好,但材质本身太重；

钛合金耐受强度较好,重量轻。

1.固定角式转头

离心管在离心机中放置的位置与旋转轴心形成一个固定的角度,角度变化在14-40°之间。

常见的角度

20°

28°

34°

40

固定角式转子

角式转头的特点：

（1）重心低,转速可较高

（2）样品粒子穿过溶剂层的距离略大于离心管的直径;

（3）“管壁效应”：有一定的角度,在离心过程中撞到离心管外壁的粒子沿着管壁滑到管底形成沉淀,此效应使最后在管底聚成的沉淀较紧密。

设40000rpm时R1最小、3.8cmR2平均、5.9cmR3最大、8.1cmRCF值分别67,910g105,400g144,700gR1R2R3在离心管的不同部位距旋转中心轴的距离也不同,那么在一定的转速下其RCF值也各不相同2.水平转头

（1）转子静止时,离心管与旋转轴平行。

（2）转子旋转加速时,离心管由平行位置逐渐过渡到垂直位置,即与旋转轴成90°角,

（3）粒子的沉淀方向同旋转半径方向基本一致，几乎没有“管壁效应”

水平转头的特点：

（1）转子的重心位置较