实验室工作人员应该知道的离心机的种类及原理

       离心机是一种常用的稍大型的仪器，几乎每个实验室都会配置一到两台甚至数台。大家对其并不陌生，只是可能只了解其中少数种类。刚好小编实验室最近准备购置一台离心机，所以搜集并整理了一些关于离心机及其转子种类的资料分享给大家。
 
一、离心技术的基本原理 
 
1、离心力（force, F） 
 
    F = m * a = m * ω2r2  
    a：粒子旋转的加速度
 
    m：粒子的有效质量，g为单位
 
ω：粒子旋转的角速度，弧度/s为单位
 
    r：粒子的旋转半径，cm为单位
 
2、相对离心力（relative centrifuge force, RCF）
 
    通常离心力常用地球引力（g）的倍数来表示，因而称为相对离心力（RCF）。常用数字×g来表示，例如13000g表示相对离心力为13000。相对离心力指在离心场中，作用与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（980cm/s2）。
 
    RCF = ma/mg = mω2r2/mg = ω2r2/g  
∵ω = 2πΧ （rpm）/60  
    ∴RCF = 1.119 × 10-5 × （rpm）2r  
    rpm：revolutions per minute为每分钟转数
 
    由上式可知，只要给出旋转半径r，则RCF和rpm之间可以相互换算。  
  
    由于转头的形状及结构的差异，每台离心机的离心管从管口至管底的各点与旋转轴之间的距离是不一样的，所以在计算时规定旋转半径均用平均半径rav代替，即最大半径rmax和最小半径rmin的平均值。
 
    一般，低速离心时常以转速rpm来表示，高速离心时则以g表示。报告离心条件时使用RCF比rpm要科学，因为它可以真实地反映颗粒在离心管内不同位置的离心力及其动态变化。
 
二、离心机的种类 
 
    离心机按用途分为工业用离心机和实验用离心机。后者根据功能又分为制备性离心机和分析性离心机。制备性离心机一般用来分离各种生物材料，分离的样品量比较大，也是大多数科研实验室配备的离心机种类。分析性离心机常用来研究纯的生物大分子和颗粒的理化性质，一般有光学系统，可监测粒子在离心场中的行为，能推断物质的纯度、形状和分子量等，且都是超速离心机。此处只介绍几种制备性离心机，分析性离心机将在以后同大家一起分享。
 
    制备性离心机根据转速可分为普通离心机、高速离心机、超速离心机等。具体如下：
 
1、普通离心机 
 
    最大转速6000rpm左右，最大RCF接近6000g，容量为几十毫升至几升，分离形式是固液沉降分离，其转速不能严格控制，通常不带冷冻系统，室温操作，用于收集易沉淀的大颗粒物质，如：细胞等。在细胞培养实验室常常能见到，一般购买国产产品即可，如湖南湘仪牌、上海飞鸽牌等。
 
2、高速离心机
 
    转速为2000-25000rpm，最大RCF为89000×g，最大容量可达3L，一般都有制冷系统，以消除高速旋转转头与空气之间摩擦而产生的热量，离心室的温度可以调节和维持在0℃-4℃，可以严格准确的控制转速温度和时间，并有指针或数字显示。通常用于微生物菌体、细胞碎片、大细胞器、硫酸铵沉淀和免疫沉淀物等的分离纯化工作，但不能有效地沉降病毒、小细胞器或单个分子。高速离心机是实验室中最常见的离心机类型，一般的分子实验室都会配备，比较好的品牌有艾本德（eppendorf）、赛默飞世尔（thermofisher）、西格玛（sigma）等，价格一般在几万至几十万。
 
3、超速离心机  
  
    转速可达50000-80000rpm，RCF最高可达510000×g，离心容量由几十毫升至2升，分离形式为差速沉降分离和密度梯度区带分离，需严格配平（误差＜0.1g）。与高速离心机的主要区别是增加了真空系统。常用于分离亚细胞器、病毒、核酸、蛋白质和多糖等。超速离心机一般只有大型实验室或公共平台才有能力购买，价格几十万甚至上百万。

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