离心分离是用来描述利用旋转和离心力分离混合物的方法的术语。在离心过程中，一些特性可以分离颗粒，包括大小、形状、密度和粘度。
离心机是一种实验室仪器用于流体、气体或液体的密度分离。
第一台离心机的想法源自英国军事工程师本杰明·罗宾斯(Benjamin Robins)，他制造了一种类似于绕轴旋转的手臂的设备，以测量物品的阻力。普朗特尔兄弟后来改进了这一设计，制造了第一台实用的离心机，将牛奶从奶油中分离出来。通过快速旋转装有物料的容器，实现分离;离心力将较重的元素压到容器的外面。
离心机不仅用于科学和医学研究，也用于日常生活。细胞、亚细胞细胞器、病毒、蛋白质和核酸都可以用它来纯化。
离心机原理
该离心机利用重力沉降原理。离心技术利用离心场分离悬浮在液体介质中的粒子。这些物质要么装在瓶子里，要么装在管子里，放在离心机的转子里。沉淀是重力使悬浮颗粒从流体中分离的过程。悬浮物质可由粉末或粘土样颗粒组成。
简单的过滤将大于5微米的颗粒从小于5微米的颗粒中过滤出来，这些颗粒开始布朗运动，在重力作用下不会沉淀。在中心力的帮助下，这些粒子可以被分离。
离心机部件
离心机的一些常用部件介绍如下:
- 电动机:马达是离心机产生旋转的强大核心部件。
- 转子装配:传动轴和转子组成转子组件。传动轴为转子部件提供支撑。转子头连接到电机上，电机承载容器，以容纳包含待离心样品的管。它把电能转化为机械能。两个不同直径的转子可以有相同的转速。不同的半径和角动量会导致这种转子的加速度不同。因此，相对离心力(rcf)被认为是公认的转速标准单位。转子主要有三种类型:
a)定角转子:这些转子将管子保持在14到40°的垂直角度，这样颗粒在径向向外移动时可以移动很短的距离，并用于差动离心。由于沉降方向与离心力方向相同，沉降发生在管壁处，呈一定角度。颗粒(沉积物团)与壁面碰撞后沉淀在基底和壁面的转角。
b)摆斗/水平转子:这些转子，连同离心管，在加速期间摆动到水平位置，使颗粒移动更长的距离，从而更容易将上清液与颗粒分离。这些类型的电机用于密度梯度离心。
c)垂直转子:这些管保持垂直，即平行于电机轴，颗粒移动距离较短，分离时间较短。用于等压和密度梯度分离;然而，它不被认为是有用的球团，因为球团是沿着整个管的外壁散布离心力。
- 容器:几种类型的容器，如试管、血袋、试管、离心管等，都装在转子中，使样品随着转子旋转而旋转。
- 控制面板:它的目的是控制不同的参数，如温度，转速(rcf或rpm)等。
- 锁:当试管破裂，或离心机在运行时出现其他问题时，锁存器会保持盖子闭合。
- 盖:离心机只有在盖上并锁上以防事故发生时才会旋转。
离心技术的类型
有两种类型的离心技术，即预备离心而且分析离心．预备离心处理分离和纯化成分，如组织、细胞、亚细胞结构、膜泡和其他生物化学颗粒。相比之下，分析离心是用来表征纯化的生物分子。
制备离心
以悬浮液为基础，制备式离心分为两种不同的类型。它们是:
i)差速离心
它根据形状、大小和密度来分离粒子。不同密度或大小的颗粒悬浮液将以不同的速度沉降，较大和密度较大的颗粒沉降得更快。在细胞悬浮液上进行一系列上升的离心力循环后，将产生一系列含有细胞的颗粒，沉降速率将下降。
ii)密度梯度离心
它根据颗粒的浮力密度或沉降速率来分离颗粒。样品混合物放置在预先成型的液体密度梯度(如CsCl)的顶部，用于DNA带和质粒、核蛋白和病毒的分离;NaBr和NaI用于脂蛋白的分离Per coll, Ficoll, Metrizamide, Dextran用于全细胞分离和蔗糖溶液用于分离DNase， RNase和蛋白酶。
密度梯度离心法的两种亚型是速率梯度离心法和等密度梯度离心法。
Rate-zonal离心
在密度梯度的顶部，样品被覆盖为一个小区域。不同质量的粒子在离心力作用下以不同速度运动。大小和质量是决定粒子沉降速度的主要因素。当粒子带在密度介质中下降时，随着快速沉降粒子通过较慢的沉降粒子，具有相当大小的粒子的区域就会形成。
等密度的离心
粒子的分离完全基于他们的密度等压分离，也被称为浮力或平衡分离。梯度介质的密度必须高于需要分离的颗粒。
颗粒在离心力的影响下从均匀混合的样品和密度梯度中迁移，直到它们的密度与周围介质的密度相等。离心后，具有一定密度的颗粒沉降，直到其密度与梯度介质的密度相等(即平衡位置)。
分析离心
目的是收集纺丝样品的特征信息(沉降速度、粘度、浓度等)，测定溶质的相对分子量，生物分子纯度，检测蛋白质结构的构象变化等。
离心机类型
台式或台式离心机
- 由于体积小，对于空间有限的小型实验室来说，它们非常方便。
- 这些是紧凑的，经常用于研究和临床实验室。
- 台式离心机配有一个盖子，盖住用于运行离心机的设备和一个带有试管架的转子。
气体离心机
- 它们被用来根据分子的质量来分离分子，并根据同位素来分离气体。
- 具体来说，它们用于铀-235和铀-238的提取和分离。
血细胞压积离心机
- Haematocrit离心机的转速在7000到15000转之间。
- 红细胞压积离心机的主要目的是计算血液中以体积为基础的红细胞百分比。它是用来生产血浆光度分析新生儿血液的胆红素浓度。
微型离心机
- 由于其高度紧凑的形式，它们的占地面积非常小，在工作站上占用的空间最小。
- 这些工作良好的小管(高达2.0毫升)，并经常用于生物应用。
- 它们被用来微滤少量的水样品，并持有颗粒状核酸，溶液中的蛋白质和其他物质。
冷冻离心机
- 这些离心机以最高速度运行，同时保持恒温。
- 该仪器的温度范围为-20 ~ -40摄氏度，可用于分析DNA、RNA、PCR、抗体等。
- 它们经常被用来快速收集沉淀物质，包括酵母细胞、叶绿体等。
高速离心机
- 高速离心机是一种离心机，它可以以更快的速度工作，在每分钟15,000到30,000转之间。
- 高速离心机包含一个调节温度和操作速度的装置，用于精细生物分子的关键分析。
- 这些离心机采用三种转子:固定角，摆动斗和垂直。
低速离心机
- 这些经常用于实验室的常规颗粒分选操作，最高速度为4000-5000转/分钟。
- 很少有温度调节的例子，它们经常在室温下运行。
- 这些离心机采用摆动斗和定角转子类型。
连续流式离心机
- 它能够在不影响沉降速率的情况下对大量样品进行离心。
- 它们还具有更大的容量，通过消除重复加载和卸载样品的需要来节省时间，这是标准离心机所必需的。
超速离心
- 超级离心机是一种高度发达和复杂的离心机，可以分离传统离心机无法快速分离的微小分子。
- 超离心转子转速可从60,000到150,000 rpm。
- 它们以组或连续流系统运行样品，并且更大。
超离心机的类型
- 制备超速离心
- 制备式超离心机是用来分离和分离实验中使用离心法的粒子的离心机。
- 当为超离心准备运行时，试管的内容物在离心程序后检查，而不是用于分析的离心机，在离心过程中检查。
- 分析超速离心
- 分析离心机是用于检测样品内部不同颗粒的超离心机。
- 它被用来对溶液中的大分子进行定性检查。
- 这些装置都装有感应装置，可以实时跟踪成分的旋转和运动，以计算沉降系数。
离心机操作程序
- 检查离心机，确保其运行正常，没有损坏，并且可以不受限制地移动。
- 选择合适的离心管或容器后，检查它们以确保没有瑕疵或裂缝。任何损坏或有瑕疵的管子或容器都应丢弃。
- 在管子中填充理想的液体。不要把管子或容器装得过满或过少。
- 检查离心管是否平衡;在秤上分别称每根管子的重量，以确认它们的重量相等。避免仅靠体积来平衡!对于含有不同样品类型或不同样品浓度的溶液尤其如此。
- 拧紧离心管的盖子。
- 在插入离心管之前，请确保离心管外观干燥、清洁。
- 保持离心机里的管子平衡。
- 关上盖子。确保盖子盖紧。
- 配置运行时间和速度。
- 当离心机似乎在运行，并以最大速度运行时，不要离开设备。检查是否有不寻常的震动或噪音。
- 一旦你听到奇怪的声音或感觉到强烈的震动，立即关闭离心机并取出样品。一个典型的原因是不平衡的离心机。不要使用离心机，直到它已经修复，如果问题没有消失，尽管离心机是正确的平衡。
- 离心完成循环后，待其停止转动后再打开盖子。在离心机停止转动之前，不要触摸或打开离心机的盖子。过早停止设备可能导致机械故障和伤害。
- 为了让离心过程中释放的气溶胶沉淀下来，最好在旋转停止后至少等待10分钟再打开盖子。
- 一旦离心机停止旋转，样品就可以从离心机中取出。
离心机的应用
- 离心机用于化学、生物学、生物化学和临床实验室，如测试各种血细胞的沉降率。
- 在乳制品工业中，它们被用来从牛奶中分离奶油(脂肪)，这个过程被称为搅拌。
- 大型离心机用于水处理，它将水中的泥浆和污泥旋转出来，以产生更清洁的水。同样，在石油钻塔中，固体物质从刚钻出的石油中分离出来。
- 此外，大型纺车被用来模拟高重力环境，为飞行员提供练习。因此，这些在航空和太空中很重要。
- 离心用于生产生物制品和原料药，并对药物进行生物制药分析。
- 它用于在沙拉搅拌器中清洗生菜后去除水分，并将粉笔粉与水分离。
- 它对分离用于核武器设计的同位素很有用。
离心机的优点
- 密闭操作，因而外观干净
- 快速启动和关机
- 自动化容易，必要时可连续操作
- 低资本成本与产能比
- 操作参数快速调整
- 灵活性高，性能突出
- 操作简单，安装方便
离心机的局限性
- 分离轻粒子(质量几乎可以忽略不计)是极其困难的。
- 离心机，尽管它是一种非常复杂的电气设备，在故障时需要专业服务，使设备维护极其困难和昂贵。
- 能耗高，因为它有很多功耗功能，如温度控制和转子旋转。
- 由于离心机每分钟的高转速，会产生噪音干扰。由于它使用旋转，振动是不可避免的，这将造成噪音污染，并阻止其在一些地区使用。
- 大多数情况下，当主设备出现故障时，需要一台备份机器来介入。
- 广泛使用聚合物
预防措施
- 操作前，始终检查离心机是否在合适的表面上。
- 当转子运行时，保持盖子关闭。
- 当离心机摇晃或振动时，拔下插头。
- 在使用它们之前，请确保管道与程序和设置正常工作。用于离心机的管子应该是配套的。
- 平衡的相邻和相反的载荷应用于对称加载管道。用质量而不是体积来平衡管子。
离心机例子
实验室离心机MC-20000 (Medline Scientific)
- 自动显示RCF值
- 配备微处理器控制，无刷电机，宽屏数字显示速度，时间，温度等。
- 内置的安全系统包括电子门锁、失衡、超速和超温警报。
ZENTRIMIX 380 R分析离心机(Andreas HETTICH GmbH & Co.KG)
- ZentriMix 380 R双离心机为研究和分析实验室的许多常见操作提供了便利。
- 在密封(无菌)小瓶中制造纳米颗粒或混合重的或难以混合的成分是两种常见的应用。
- 与典型的实验室振动筛相比，该振动筛的噪音水平最低。
实验室微量离心机5425 (Eppendorf SE)
- 离心机5425 R的升级冷却系统保证最佳的分离结果和一致的冷却在4°C，即使转子运行在其最高速度。
- 用Eppendorf Kit转子F-45-18-11-Kit在18个旋转柱和1.5或2.0 mL管中以18,565 x g的最大速度离心样品。
实验室离心机PURISPIN 6 (crystal)
- 优良的耐久性。
- 操作简单。
- 安静的操作。
- 紧凑的设计。
血库离心机NJ-12(乐普医疗科技)
- 最高转速:3000转/分。
- 高速精度。
- 噪音小。
- 整个程序的自动监督。
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