离心技术原理与离心机分类

  离心现象是指物体远离圆心运动的现象，也称离心运动。应用离心沉降进行物质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（centri fuge）。离心技术主要用于各种生物样品的分离、纯化和制备，并随着分子生物学研究对分离设备日益增多的需要而有了很大的发展。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分（细胞、亚细胞器、病毒、激素、生物大分子等）。

一、离心技术原理

1.离心力 由于物体旋转而产生的脱离旋转中心的力即为离心力（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。离心作用是根据在一定角速度下做圆周运动的任何物体都受到一个向外的离心力进行的。通常，转头旋转速度（转速），用 r/min （revolution per minute, rpm）表示。

二、离心机分类

离心机通常有三种分类方法：①按转速分类：可分为低速、高速、超速离心机；②按用途分类：可分为制备型、分析型和制备分析两用型；③按结构分类：可分为台式、多管微量式、细胞涂片式、血液洗涤式、高速冷冻式、大容量低速冷冻式、台式低速自动平衡离心机等。最常用的是转速分类法。

低速离心机也称为普通离心机，结构较简单，由电动机、离心转盘（转头）、调速器、定时器、离心套管与底座等主要部件构成。低速离心机的最大转速在6000r/ min 左右，相对离心力近 6000×g，容量为几十毫升至几升，分离形式是固液沉降分离。临床实验室主要用作血浆、血清的分离以及脑脊液、胸腹腔积液、尿液等样本申有形成分的分离。

高速（冷冻）离心机通常有转动装置、速度控制系统、真空系统、温度控制系统、离心室、离心转头及安全保护装置等。由于高速离心机转速高，转头与空气摩擦产生热量，因而高速离心机都带有低温控制装置。离心室的温度可以调节，温度范围维持在0~40°C，转速、温度和时间都可以严格准确控制，并有指针或数字显示。高速离心机的最大转速为20000~25 000r/min，最大相对离心力 89000×g，最大容量可达3L，其分离形式为固液沉降分离。临床和基础研究实验室主要用作 DNA、RNA 的分离，对各种生物细胞、无机物容液、悬浮液及胶体溶液的分离、浓缩、样品的提纯等。 

超速离心机的最大转速可达50000~80 000r/min，相对离心力最大可达510 000×g。

离心机主要由驱动和速度控制系统、温度控制系统、真空系统和转头四部分组成。驱动装置是由水冷或风冷电动机通过精密齿轮箱或皮带变速，或直接用变频感应电机驱动，并由微机进行控制。此外，为防止转速超过转头最大规定转速而引起转头的撕裂或爆炸，超速离心机还有一个过速保护系统，离心腔采用能承受此种爆炸的装甲钢板以达到良好的密闭性能。

温度控制系统由安装在转头下面的红外线测量感受器直接并连续监测离心腔的温度，以保证更准确、更灵敏的温度调控。

超速离心机的离心容量可从几十毫升至2升，分离形式是差速沉降分离和密度梯度区带分离，主要是科研实验室或生物制药领域用于生物大分子、细胞器和病毒等的分离纯化能使亚细胞器分级分离，还可用于测定蛋白质及核酸的分子量、检测生物大分子的构象变化等