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离心技术与离心机
离心技术与离心机;上一页; 离心现象是指物体在离心力场中表现的沉降运动现象。应用离心沉降进行物质的分析和分离的技术称为离心技术(centrifugal technique),实现离心技术的仪器是离心机(centrifuge)。;前 言; 在引入了微处理器控制系统后,各种转速级别的离心机已经可以分离纯化目前已知的各种生物体组份(细胞、亚细胞器、病毒、激素、生物大分子等等)。而对离心方法的深入研究又可以利用这些离心设备更快、更纯、更多地分离纯化样品。诸如分离出化学反应后的沉淀物、天然的生物大分子、无机物、有机物,在生物化学以及其它的生物学领域常用来收集细胞、细胞器及生物大分子物质。; 本章将对基础医学、检验医学、临床医学等实验室中常用于分离和提纯样品的离心技术的基础理论、常用的离心方法、离心机的分类与结构、离心机的应用和维护???离心方法和离心机的进展等进行简要的介绍。;; 一、离心机工作原理;一、离心机工作原理; 当悬浮液静置不动时,由于重力场的作用可使得其中悬浮的颗粒逐渐下沉,下沉的速度与微粒的大小、形态、密度、重力场的强度及液体的黏度有关。如红细胞颗粒,直径为数微米,可以在通常重力作用下观察到它们的沉降过程。此外,物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。 ; 扩散是由于微粒的热运动而产生的质量迁移现象,主要是由于密度差引起的。对小于几微米的微粒如病毒或蛋白质等,它们在溶液中成胶体或半胶体状态,仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程的,因为颗粒越小沉降越慢,而扩散现象则越严重。;
扩散现象是不利于样品分离的,如果加大重力,就可能克服扩散现象的不利影响,实现生物大分子的分离。
离心机就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力,迫使液体中微粒克服扩散加快沉降速度,把样品中具有不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。; 1.离心力(centrifugal force,Fc)
当物体所受外力小于运动所需要的向心力时,物体将向远离圆心的方向运动。物体远离圆心运动的现象称为离心现象。也叫离心运动。离心运动是由于向心力消失或不足而造成的。 ; 离心作用是根据在一定角速度下作圆周运动的任何物体都受到一个向外的离心力进行的。离心力(Fc)的大小等于离心加速度ω2 r与颗粒质量m的乘积,即:
式中ω是旋转角速度,N是每分钟转头旋转次数,r 为离心半径,m是质量。; 2.相对离心力(relative centrifugal force,RCF)
相对离心力是指在离心力场中,作用于颗粒的离心力相当于地球重力的倍数,单位是重力加速度“g”。
由于各种离心机转子的半径或离心管至旋转轴中心的距离不同,离心力也不同,因此在文献中常用“相对离心力”或“数字×g”表示离心力,例如25000×g,表示相对离心力为25000。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。一般情况下,低速离心时相对离心力常以转速“rpm”来表示,高速离心时则以“g”表示。
; 若想把生物样品中的微粒从液体中分离出来,最简单的方法是将液体静置一段时间,液体中的微粒受重力的作用,较重的微粒下沉与液体分开,这个现象称为重力沉降。微粒在液体介质中的沉降将受到介质的浮力、介质阻力及扩散现象的影响。
; 沉降速度(sedimentation velocity) 指在强大离心力作用下,单位时间内物质运动的距离。即:
式中, 为介质的密度,ρ为微粒的密度,g为重力加速度,f为阻力系数。由上式可知,微粒的沉降速度与
成正比,与阻力系数f成反比。
; 沉降时间(sedimentation time,Ts)
在实际工作中,常常遇到要求在已有的离心机上把某一种溶质从溶液中全部沉降分离出来需用多大转速与多长时间可达到目的的问题。如果转速已知,则需确定分离某粒子所需的时间即沉降时间。
; K系数(k factor)
描述在一个转子中,将粒子沉降下来的效率,也就是溶液恢复成澄清程度的一个指数,所以也称之为“cleaning factor”。原则上,K系数愈小,愈容易也愈快地将粒子沉降。K系数与离心转速及粒子沉降的路径有关,所以K系数是一个变数。
; 沉降系数(s
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