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離心機是生物學實驗中*的儀器，看似通用的儀器，卻是有許多學問的，實驗操作中我們需要了解離心機知識，能夠合理利用它而更穩(wěn)定地為我們的實驗服務。

離心機作為一種實驗室通用儀器，幾乎每個實驗室都會配置一到兩臺甚至數(shù)臺。大家對其并不陌生，我們整理了一些關于離心機及其轉(zhuǎn)子種類的資料分享給大家。

一、離心技術的基本原理

1、離心力（force, F）

F = m * a = m * ω²r²

a：粒子旋轉(zhuǎn)的加速度

m：粒子的有效質(zhì)量，g為單位

ω：粒子旋轉(zhuǎn)的角速度，弧度/s為單位

r：粒子的旋轉(zhuǎn)半徑，cm為單位

2、相對離心力（relative centrifuge force, RCF）

通常離心力常用地球引力（g）的倍數(shù)來表示，因而稱為相對離心力（RCF）。常用數(shù)字×g來表示，例如13000g表示相對離心力為13000。相對離心力指在離心場中，作用與顆粒的離心力相當于地球重力的倍數(shù)，單位是重力加速度g（980cm/s²）。

RCF = ma/mg = mω²r²/mg = ω²r²/g

∵ω = 2π× （rpm）/60

∴RCF = 1.119 × 10-5 × （rpm）2r

rpm：revolutions per minute為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)

由上式可知，只要給出旋轉(zhuǎn)半徑r，則RCF和rpm之間可以相互換算。

由于轉(zhuǎn)頭的形狀及結構的差異，每臺離心機的離心管從管口至管底的各點與旋轉(zhuǎn)軸之間的距離是不一樣的，所以在計算時規(guī)定旋轉(zhuǎn)半徑均用平均半徑r_av代替，即zui大半徑r_max和zui小半徑r_min的平均值。

一般，低速離心時常以轉(zhuǎn)速rpm來表示，高速離心時則以g表示。報告離心條件時使用RCF比rpm要科學，因為它可以真實地反映顆粒在離心管內(nèi)不同位置的離心力及其動態(tài)變化。

二、離心機的種類

離心機按用途分為工業(yè)用離心機和實驗用離心機。后者根據(jù)功能又分為制備性離心機和分析性離心機。制備性離心機一般用來分離各種生物材料，分離的樣品量比較大，也是大多數(shù)科研實驗室配備的離心機種類。分析性離心機常用來研究純的生物大分子和顆粒的理化性質(zhì)，一般有光學系統(tǒng)，可監(jiān)測粒子在離心場中的行為，能推斷物質(zhì)的純度、形狀和分子量等，且都是超速離心機。此處和大家分享下幾種實驗室常用的制備性離心機。

制備性離心機根據(jù)轉(zhuǎn)速可分為普通離心機、高速離心機、超速離心機等。具體如下：

1、普通離心機

zui大轉(zhuǎn)速6000rpm左右，zui大RCF接近6000g，容量為幾十毫升至幾升，分離形式是固液沉降分離，其轉(zhuǎn)速不能嚴格控制，通常不帶冷凍系統(tǒng)，室溫操作，用于收集易沉淀的大顆粒物質(zhì)，如：細胞等。在細胞培養(yǎng)實驗室常常能見到。

2、高速離心機

轉(zhuǎn)速為2000-25000rpm，zui大RCF為89000×g，zui大容量可達3L，一般都有制冷系統(tǒng)，以消除高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頭與空氣之間摩擦而產(chǎn)生的熱量，離心室的溫度可以調(diào)節(jié)和維持在0℃-4℃，可以嚴格準確的控制轉(zhuǎn)速溫度和時間，并有指針或數(shù)字顯示。通常用于微生物菌體、細胞碎片、大細胞器、硫酸銨沉淀和免疫沉淀物等的分離純化工作，但不能有效地沉降病毒、小細胞器或單個分子。高速離心機是實驗室中zui常見的離心機類型，一般的分子實驗室都會配備。

3、超速離心機

轉(zhuǎn)速可達50000-80000rpm，RCFzui高可達510000×g，離心容量由幾十毫升至2升，分離形式為差速沉降分離和密度梯度區(qū)帶分離，需嚴格配平（誤差＜0.1g）。與高速離心機的主要區(qū)別是增加了真空系統(tǒng)。常用于分離亞細胞器、病毒、核酸、蛋白質(zhì)和多糖等。超速離心機價格較高，一般只有大型實驗室或公共平臺才進行配備。 

三、離心機轉(zhuǎn)子的種類

離心機的轉(zhuǎn)子是其主要的工作部件，一臺離心機的全套轉(zhuǎn)子甚至比離心機主機還要貴。且轉(zhuǎn)子的規(guī)格、品種的多少也是衡量離心機生產(chǎn)技術掌握程度的重要標志，常見的轉(zhuǎn)子類型主要為固定角轉(zhuǎn)子、水平轉(zhuǎn)子。此外還有區(qū)帶轉(zhuǎn)子、連續(xù)流動轉(zhuǎn)子、垂直轉(zhuǎn)子等，這些類型的轉(zhuǎn)子并不常用，我們在這里就不做介紹了。

1、固定角轉(zhuǎn)子

離心管與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸之間有一定的角度，角度變化范圍通常在14°-45°，如下圖1。此種轉(zhuǎn)子重心低，壽命長，容量較大，轉(zhuǎn)速較高，能承受的zui大離心力可達800000g。主要用于分離沉降速度有明顯差異的顆粒樣品。顆粒在扇形溶液移動的距離很短，碰到外壁的顆粒沿著管壁滑到管底，形成沉淀，因此這種轉(zhuǎn)子能很快地收集沉淀物。分離過程中，由于管壁的作用，在離心管內(nèi)將會引起強烈的對流，對具有相同沉降速率的顆粒會產(chǎn)生不良影響，如圖2。

2、水平轉(zhuǎn)子

又稱甩平轉(zhuǎn)子、蕩平轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)頭靜止時，處于轉(zhuǎn)頭中的離心管中心線與旋轉(zhuǎn)軸平行。轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)加速時，離心管中心線由平行位置逐漸過渡到垂直位置，即與旋轉(zhuǎn)軸成90°角。此種轉(zhuǎn)子主要用于樣品做密度梯度離心。顆粒移動距離長，相應離心時間一般也較長，溶液中的組分相對于管壁的位置在離心過程中和離心后不發(fā)生改變，因此離心效果好，但因顆粒在離心場中是從旋轉(zhuǎn)中沿徑向散離出去，而不是按相互平行的路線沉降。顆粒碰到外壁沿著管壁滑到管底，因此也會產(chǎn)生對流，但比固定角轉(zhuǎn)子小，如圖4。低速啟動或停機時會產(chǎn)生振動，影響分離效果。水平轉(zhuǎn)子又分為敞開式和封閉式兩種，一般制備容量大，轉(zhuǎn)速小于10000rpm，離心力場在16000×g以內(nèi)的，作為敞開式，主要用于樣品的初分離。制備容量較前者小，轉(zhuǎn)速大于10000rpm，離心力場在16000×g以上的，為了減少風力的影響，一般作為封閉式，主要用于線粒體、葉綠體、細胞核等的分離和密度梯度離心。此外，用于離心酶標板的轉(zhuǎn)子也可歸納為水平轉(zhuǎn)子，如下圖3。

圖3 幾種常見的水平轉(zhuǎn)子及其適配器

圖4 水平轉(zhuǎn)子顆粒離心過程示意圖