离心机
离心机
5.1.3 沉降离心机液体动力学基本方程
及沉降分离过程
5.1.3.1 基本方程 离心力场中流体流动的特性与规律可用一般 流体力学的原理和方程求解。不同之处在于 必须引入离心力场的特性。联系到离心机转 鼓内流体流动的特点，采用随动圆柱坐标系 （ r 、φ 、 Ｚ）来表示各参变数间的关系。
Exit
r Z
Exit
同时该元素的质量变化为： 1 rdrd dZ
二者应相等，将等式除以 rdrd dZ 后得到连 续性方程式如下
1 1u1r 1u r 1uZ 0 t r r r Z
t
对于不可压缩流体以及无限小的微体元素， 可以认为是一常数，因此上式可写成：
（1）连续方程 连续方程式是根据质量守恒的一般原理推导 出来的，它说明一个系统内的质量不随时间 而改变，或系统内质量如有改变，其值必然 等于流进和流出该系统的质量之差。现取离 心机的内部流场中圆柱坐标系中三对相邻坐 标面所接触的液体体积一微元作为研究系统。 如图5-6所示。该元素的体积为 dV rdrd dZ 流经该元素的液体的流进和流出的液体质量 之差为： 1u1r 1u r 1uZ drd dZ
Exit
（4）哥氏力
当研究回转运动的特性时，除了离心力，必 须注意到可能出现的哥氏力。哥氏加速度是 哥氏力的来源，哥氏加速度是出于质点不仅 作圆周运动，而且也作径向运动或周向运动 所产生的。 由理论力学可知，当牵连运动为匀角速度定 轴运动时，哥氏力加速度的大小为
ak 2u
式中 u为质点相对于转鼓的径向速度或周向 速度。
以下两种情况 ①液体相对于转鼓无周向滞后现象：
Exit
设若转鼓进料口处有加速装置，可以认为液 体角速度与转鼓相同，无滞后现象，则 而可 由基本方程加边界条件得到
简述离心机的种类和用途
简述离心机的种类和用途离心机是一种利用离心力将混合物分离成不同组分的设备，广泛应用于化工、制药、食品、环保等行业。
根据其结构和功能特点，可以分为以下几种类型：一、桶式离心机桶式离心机是最常见的一种离心机，其结构简单，操作方便。
它主要由电动机、转子、滤布袋和底座等部件组成。
在工作时，混合物通过进料管进入转子内部，并随着高速旋转的转子产生离心力而分离成不同组分。
其中较轻的液体经过滤布袋排出，较重的固体则沉积在桶底。
二、批式离心机批式离心机与桶式离心机类似，但其结构更加复杂。
它通常由多个转子和滤布袋组成，并能够同时处理多个样品。
批式离心机适用于需要分批次进行实验或生产的场合。
三、连续式离心机连续式离心机可以实现持续不间断地处理混合物。
它通常由旋转鼓和螺旋输送器两部分组成。
混合物通过旋转鼓进入离心区域，并随着高速旋转的鼓产生离心力而分离成不同组分。
其中较轻的液体从离心区域排出，较重的固体则由螺旋输送器带出。
四、超高速离心机超高速离心机是一种专门用于分离微小颗粒的设备。
它通常能够达到高达100,000转/分钟以上的转速，可以实现对细胞、病毒等微生物进行快速有效地分离。
五、制药用离心机制药用离心机是一种专门用于制药行业中药物提取和纯化的设备。
它通常具有较大的容积和高效的分离能力，可以实现对大量样品进行快速有效地处理。
六、食品用离心机食品用离心机通常被应用于奶制品、果汁等食品加工行业中。
它可以通过分离脂肪、蛋白质等组分来实现产品质量的升级。
七、环保用离心机环保用离心机主要被应用于废水处理和污泥脱水等领域。
它可以通过分离水和固体颗粒来实现废水的净化和污泥的脱水。
总之，离心机是一种十分重要的分离设备，广泛应用于各个行业中。
不同类型的离心机具有不同的特点和应用场合，可以根据需要进行选择。
离心机的操作及注意事项
离心机的操作及注意事项
1、离心机的操作
（1）各种离心机在使用前，要行平衡处理，其重量差不能超过规定范围，以免在使用过程中出现问题。
（2）离心机工作时，应有人看守，不能擅自离开，并随时观察情况，如有异常应立即停机检查，并排除故障。
（3）转头的转速是有规定的，不能超过规定范围，否则会损坏转头。
（4）溶液装载时，应选用合适的离心管，且量不能太多，以防运行时被甩出，使得转头不平衡，影响离心机的正常工作。
（5）转头使用过后要清洗擦干净，以保持清洁，并要小心存放，以免被损坏。
如果长时间不用的话，那么应在上面涂上一层光腊，以防出现变形或者老化等现象。
2、离心机的注意事项
（1）离心机在使用前要进行检查，特别是对转子、离心管等，如有问题则不能使用，应行处理。
（2）离心杯要等量进行灌注，以免造成离心机的不平衡。
（3）离心机会用时，其运行时间不能超过60分钟。
（4）离心机要有接地处理，如果机器不使用，那么应拔掉电源插头。
离心机的种类及用途
离心机的种类及用途离心机是一种常用的机械分离设备，它通过离心力将混合物中的不同成分分离开来。
目前市场上常用的离心机种类有以下几种：1. 桶形离心机桶形离心机又称为刀刃式离心机，它是一种常见的离心机型号。
它通常由一个大桶、一个转子和一套动力系统组成。
在开始工作之前，混合物被倒入到转子中心的容器中，转子开始旋转，离心力的作用下，杂质和其他固体物质被分离出来，最终沉降到容器的底部，纯液体则留在容器内。
2. 直线离心机直线离心机是一种离心式分离设备，它通常用于粘稠的混合物中，因为它能够快速地沉淀悬浮的固体杂质，从而使液体分离出来。
与其他离心机不同，直线离心机是沿着一条直线旋转的，它不仅可以用于实验室内的实验室，也适用于工业上的生产和制造。
3. 超高速离心机超高速离心机是一种高速旋转的离心式分离设备，它通常用于药物研究、细胞培养和生物化学实验中。
超高速离心机可以旋转到10,000转/分钟以上的速度，可以分离出非常微小的分子和细胞。
4. 微型离心机微型离心机是一种重要的实验室工具，通常被用于细胞生物学和分子生物学实验中。
这种离心机非常小，可以容纳微毫升乃至微升级别的材料，可以在非常短的时间内分离出分子和细胞。
除了上述常见的几种离心机外，还有许多其他类型的离心机，比如离心膜分离机、超速离心机和压滤离心机等。
每种离心机都有其独特的特点和适用范围，可以根据需要选择最适合的离心机。
离心机的用途也非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 医药制造离心机在医药制造中起着非常重要的作用。
它可以用于制造药品和疫苗，提取药物和植物中的有用成分，检测细胞毒性等。
2. 实验室研究在化学实验、生物学实验和分子生物学实验中，离心机是一个必不可少的工具。
它可以用于分离DNA、RNA和蛋白质等分子，也可以用于离心培养基、悬液和混合液等。
3. 食品加工离心机也可以用于食品加工中。
例如，在牛乳和酪蛋白中添加羟基乙基纤维素，通过离心可以去除悬浮的蛋白质和其他杂质，使得牛乳成分更加稳定，产品呈现出更好的口感和质量。
离心机的操作及注意事项
离心机的操作及注意事项离心机是一种常用于生物化学、医学、生物技术等领域的实验仪器，主要用于分离和纯化生物学样品中的细胞、细胞器、蛋白质、核酸等物质。
正确操作离心机是确保实验结果准确性和个人安全的重要环节，以下是离心机的操作及注意事项：操作步骤：1. 首先，将离心机放置在水平、稳定的台面上，并确保离心机的电源线已正确插入并接通电源。
2. 打开离心机的盖子，根据实验需求选择合适的转子并正确安装在离心机的转子槽中。
3. 将待离心的样品装入离心机转子的样品管中，并确保样品管内的样品均匀分布。
4. 关上离心机的盖子，并根据实验需要设定好离心机的转速和离心时间。
5. 启动离心机，待离心机达到设定的转速后开始计时，离心结束后关闭离心机并停止转子的旋转。
6. 打开离心机的盖子，小心取出样品管，注意避免离心机停止后样品管内的离心沉淀混合。
7. 根据实验需要将样品进行后续处理，如取上清液、废弃离心沉淀等。
注意事项：1. 在操作离心机时，应注意离心机的转子和样品管的最大转速，不得超出其额定转速范围，以免发生事故。
2. 离心机转子的平衡性很重要，应确保离心样品的重量均匀分布在转子的两侧，避免转子的偏心现象。
3. 在离心机工作时，应注意离心机的噪音和振动情况，如发现异常应立即停机检查。
4. 在取出离心机转子内的样品时，应小心轻放，避免碰撞造成离心机转子的损坏。
5. 离心机转子内的样品管在离心时会受到离心力的作用，离心结束后取出时应小心，以免离心样品的沉淀被扰动。
6. 在离心机停止工作后，应及时清洁离心机的转子和离心机内部，确保离心机的干净和卫生。
7. 离心机的使用和维护应按照离心机的使用说明书进行，避免误操作和损坏离心机。
总的来说，正确的操作离心机和严格遵守离心机的使用规范是保证实验准确性和个人安全的重要保障，离心机的操作及注意事项需要严格遵守和重视，以确保离心机的正常运转和实验的顺利进行。
离心机的使用方法和注意事项
离心机的使用方法和注意事项离心机，这个名字听起来有点高大上，但其实它在我们日常实验中用得非常广泛。
它的主要功能就是通过高速旋转，将液体中的固体或不同密度的成分分离开来。
就像是把水和沙子分开一样简单。
但别小看这个小家伙，它使用起来可得注意些细节，不然可能会出问题哦。
1. 使用前的准备1.1 检查离心机状态在开工之前，首先得检查一下离心机的状态。
看看它有没有什么损坏的地方，尤其是转子和盖子这些重要部件。
动手之前，最好把机器上的尘土擦拭干净，保持干爽。
如果发现有不正常的噪音，或者机器的震动很大，那就得赶紧找人维修了。
要是机器坏了，实验可就白做了。
1.2 确认离心管离心管的选择也很关键。
选用的离心管必须是干净的，不能有裂缝或者污染。
每次使用后都要认真清洗，保持卫生。
放置液体的时候，要注意液体的量要均匀，不要装得太满，也不能太少。
否则在高速旋转时可能会出现不平衡的情况，这对离心机是个大挑战。
2. 离心操作步骤2.1 装载样品把装好样品的离心管放进离心机的转子里，要确保每根管子都放得稳稳的。
一般来说，离心机的转子上都有指示，告诉你如何合理地放置样品。
有些离心机是根据样品的重量自动调整转速的，但大部分还是需要手动设置。
2.2 设定参数接下来，要设定离心机的参数，包括转速和时间。
记得根据实验要求，选择合适的转速和时间。
比如，分离血液成分时，可能需要3000转/分钟的速度，而分离某些细胞时，可能需要6000转/分钟。
根据需要进行调整，但千万别乱调，按照说明书上的参数操作是最稳妥的。
2.3 启动和监控一切准备就绪后，就可以启动离心机了。
启动后，要时刻关注离心机的运行状态。
如果机器出现异常的响声或震动，立马停止操作，检查原因。
别让它继续运行下去，否则可能会对样品产生影响，甚至可能损坏机器。
3. 使用后的处理3.1 取出样品离心结束后，千万别急着打开离心机的盖子，等它完全停止旋转后再打开。
否则，样品可能会因为惯性晃动，导致结果不准确。
离心机工作原理
离心机工作原理引言概述：离心机是一种常见的分离设备，广泛应用于化工、制药、食品等行业。
它的工作原理基于离心力的作用，通过旋转运动将混合物分离成不同密度的组分。
本文将详细介绍离心机的工作原理。
正文内容：1. 离心机的基本原理1.1 离心力的作用离心机的工作原理基于离心力的作用。
当离心机高速旋转时，离心力将混合物中的组分分离开来。
离心力的大小与离心机的转速和半径有关，离心机转速越高，离心力越大。
1.2 离心机的结构离心机主要由转子、离心机壳体和电机组成。
转子是离心机的核心部件，它通过电机驱动高速旋转。
离心机壳体用于固定转子，并通过密封装置防止混合物泄漏。
1.3 离心机的分类根据离心机的用途和结构特点，可以将离心机分为不同类型。
常见的离心机包括离心脱水机、离心沉降机、离心过滤机等。
它们在分离原理和应用领域上有所不同。
2. 离心机的工作过程2.1 原料进料在离心机工作前，需要将待分离的混合物放入离心机的转子中。
通常，原料会通过进料管道进入离心机。
2.2 旋转分离离心机启动后，电机带动转子高速旋转。
在旋转过程中，离心力将混合物中的组分分离开来。
密度较大的组分会被推向离心机壳体的边缘，而密度较小的组分则留在转子内部。
2.3 组分收集离心机分离后，需要将不同密度的组分进行收集。
通常，密度较大的组分会通过出料口排出，而密度较小的组分则会留在转子内。
3. 离心机的应用领域3.1 化工行业离心机在化工行业中广泛应用于液固分离、液液分离和固液分离等过程。
例如，在制药工艺中，离心机可用于提取药物、分离悬浮液等。
3.2 制药行业离心机在制药行业中用于药物的分离、纯化和浓缩等过程。
它可以快速分离出药物中的杂质，提高药物的纯度和质量。
3.3 食品行业离心机在食品行业中常用于澄清果汁、分离乳脂肪、脱水蔬菜等。
它可以有效分离食品中的固体和液体组分，提高食品的品质和口感。
总结：离心机是一种基于离心力的分离设备，通过高速旋转将混合物分离成不同密度的组分。
离心机分类及工作原理
离心机分类及工作原理
离心机根据其分类依据可以分为离心式离心机和管式离心机。
1. 离心式离心机：离心式离心机是最常见的一种离心机，其工作原理是基于离心力的作用。
离心机内部设有一个转盘，样品放置于转盘上方的离心机管中。
当离心机启动后，转盘开始快速旋转，由于离心力效应，样品受到离心力的作用而被迫远离旋转轴。
离心力使得样品中的物质沉积到管的底部形成沉淀，而较轻的物质则留在上层液体中，实现物质的分离。
2. 管式离心机：管式离心机是一种专门用于离心分离微量样品的离心机。
它通常采用旋转圆盘式离心构造，样品放置在离心管内，并通过离心力使样品沉淀分离。
与离心式离心机相比，管式离心机由于其设计和构造的特殊性，可以更好地适应微量样品的离心分离需要。
无论是离心式离心机还是管式离心机，其工作原理都是基于离心力的作用。
当离心机启动后，转盘或圆盘开始快速旋转，离心力的产生引起样品中物质的分离。
根据物质的密度和大小，其沉降速度不同，从而实现物质的分离。
离心过程一般采用多次重复旋转-停止-取样的步骤，以获得更好的分离效果。
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注：RCF即相对离心力。
三、密度梯度离心 (isodensity
centrifugation)
密度梯度离心 (isodensity centrifugation)：
又称为区带离心，是将样品溶液臵于一个由梯度 材料形成的密度梯度液体柱中，离心后被分离组 分以区带层分布于梯度柱中。
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三、密度梯度离心 (isodensity
6 000g×10min 10 000g×10min 20 000g×10min 100 000g×10min
重线粒体，细胞膜碎片
线粒体，溶酶体，过氧化物酶体，完整高尔 基体 线粒体，溶酶体，过氧化物酶体，高尔基体 溶酶体，过氧化物酶体，高尔基体膜，大的 高密度小泡（如粗面内质网） 从内质网而来的所有小泡，细胞膜，高尔基 体，核内体等
16
此外，根据RCF值（g值）、rpm值和r值之间的关系，可以从图A 图B中大致读出各种数值。
三、液体中的微粒在离心力场 中的沉降
由于转头的形状和设计，离心管中从管顶至管底各点到 旋转中心的距离是不同的，为了计算相对离心力的数值 可用平均相对离心力来表示，即同一离心转头部和底部 所受离心力的平均值。 离心机常有多种不同形状的转头，其各自所反映的离心 力场的大小和离心沉降距离也不一样，在实际工作中应 根据分离要求正确选择使用。
三、密度梯度离心 (isodensity centrifugation)
优点
① 分离效果好，可一次获得较纯颗粒。
② 适应范围广，能象差速离心法一样分离 具有沉降系数差的颗粒，又能分离有一 定浮力密度差的颗粒。 ③ 颗粒不会挤压变形，能保持颗粒活性。
常用介质：氯化铯、蔗糖、多聚蔗糖、甘油。
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（1）速率区带离心法
实际上，颗粒在介质中作切线运动时，将 受到介质的摩擦阻力，使颗粒在离心管中作曲 线运动。
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三、液体中的微粒在离心力场 中的沉降
颗粒在离心管中的沉降速度与离心机 转速有关，旋转速度越快，颗粒沉降越快。
mω2r=m(2πN/60)2r=4π2N2rm/3600
m: 颗粒质量; ω: 旋转角速度； N: 每分钟转头旋转次数； r: 离心半径
五、离心机的分类与结构
普通离心机：最大转速6000rpm左右，容量为
几十毫升至几升。转子有角式和外摆式，其转速 不能严格控制，通常不带冷冻系统，于室温下操 作，用于收集易沉降的大颗粒物质，如红血球、 酵母细胞等。
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五、离心机的分类与结构
高速离心机：最大转速为20000～25000rpm，
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三、液体中的微粒在离心力场 中的沉降
一般情况下，低速离心时常以转速“rpm”来表示， 高速离心时则以“g” 表示。 计算颗粒的相对离心力时，应注意离心管与旋转 轴中心的距离“r”不同，即沉降颗粒在离心管中所 处位臵不同，则所受离心力也不同。因此在报告超 离心条件时，通常总是用地心引力的倍数“×g”代 替每分钟转数“rpm”，因为它可以真实地反映颗 粒在离心管内不同位臵的离心力及其动态变化。 科技文献中离心力的数据通常是指其平均值 （RCFav），即离心管中点的离心力。
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四、沉降系数
沉降系数 (sedimentation coefficient):是指 单位离心力场中样品的沉降速度。它与样品 的质量和密度成正比。
名称
细胞 细胞核 线粒体 微粒体 DNA RNA 蛋白质
沉降系数（S）
>107 4x106~107 2~7x104 102~1.5x104 10~120 4~50 2~25
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四、分析离心法
分类
沉降速度法：主要用于样品纯度检查。
沉降平衡法：常用的测量绝对分子量的方法。
等密度区带分析离心法：主要用在核酸的
分析和研究中。
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超 速 离 心 机 工 作 原 理 图 解
转 轴
光 源
液 面
沉降 界面
沉降 物质
平 衡 池
转 头
样 品 池
沉降界 面峰
光学 系统
浓度对距离的图谱
14
三、液体中的微粒在离心力场 中的沉降
由上式可见，只要给出旋转半径r，则RCF和 rpm之间可以相互换算。 但是由于转头的形状 及结构的差异，使每台离 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 在计算是规定旋转半径均 用平均半径“rav”代替：
rav=( r min＋rmax) / 2
(velocity sedimentation)
原理
根据分离的粒子在梯度液中沉降速度（s) 不同，使具有不同沉降速度的粒子处于不同的 密度梯度层内分成一系列区带，达到彼此分离 的目的。 离心时，由于离心力的作用，颗粒离开原 样品层向下沉降最后形成一系列界面清楚的不 连续区带，沉降系数越大，往下沉降越快，所 呈现的区带也越低，离心必须在沉降最快的大 颗粒到达管底前结束。
离心运动是由于向心力消失或不足而造 成的。
7
8
二、液体中的微粒在重力场中 的分离
颗粒静臵一段时间后，受重力场影响会 开始沉降运动。粒子越重，下沉越快。反之 密度比液体小的粒子就会上浮，这个现象为 重力沉降。
沉降速度(sedimentation velocity)：微粒
在重力场中下降的速度。
它的影响因素：微粒的大小、形态、密 度、液体的粘度和重力场的强度。 如实验室制备血清时就可以采用室温静臵的 方法得到。
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（1）速率区带离心法
(velocity sedimentation)
用途
分离密度相近而沉降速度不等的细胞或 细胞器。
操作注意事项
① 先在离心管中装入密度梯度介质。然后将预分离样 品混入一起离心。 ② 梯度液在离心过程中及离心完毕应该避免因为震动 而引起的粒子再混合。 ③ 离心的时间要严格控制，如果时间过长，所有样品 可能全部到达离心管的底部；离心时间不足，样品 则还没有完全分离。
F=mv2/r=mrω2=ρVrω2
v:线速度;
ω:旋转角速度(弧度／秒) ;
r:旋转体离旋转轴的距离(cm) ; m:颗粒质量;
ρ:物体密度;
V:物体体积
6
一、圆周运动与离心现象
当物体所受外力小于圆周运动所需要的 向心力时，物体将向远离圆心的方向运动。
离心现象：物体远离圆心运动的现象称
为离心现象，也叫离心运动。
centrifugation)
分类
按照离心分离原理，密度梯度离心又 可分为两种类型： 速率区带离心法（连续密度梯度离心法)
等密度离心法（不连续密度梯度离心法）
28
速率区带离心法是根据样品中不同组分粒子所
具有的不同体积尺寸大小和不同沉降系数进行分离。
等密度区带离心法是根据样品组分的密度差别
进行分离纯化。
沉降平衡法 等密度区带分析离心法
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二、差速离心法 (differential
centrifugation)
差速离心法 (differential centrifugation method)：是利用样品中各种组分的沉降系
数不同(S)而进行分离，又称差分离心或差级 离心。
22
二、差速离心法 (differential
分离分析仪器
离心机 (centrifuge)
基础医学院
刘芸
内容提纲
一、离心机的工作原理
二、常用的离心方法
三、离心机的分类与结构
四、离心机的使用和维护
五、离心方法的进展
2
引 言
离心现象是指物体在离心力场中表 现的沉降现象。
应用离心沉降进行物质的分析和分 离的技术就称为离心技术。
实现离心技术的仪器是离心机 (centrifuge)。
最大容量可达3升。转头多样。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0～40C。通常用 于微生物菌体、细胞碎片、大细胞器、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(如核蛋白体)或单个分子。
40Biblioteka 五、离心机的分类与结构 超速离心机：转速可达50000～80000rpm，
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（2）等密度离心法
(isopycnic sedimentation)
收集区带的方法
例如：
（1） 用注射器和滴管由离心管上部吸出。 （2） 有针刺穿离心管底部滴出。 （3） 用针刺穿离心管区带部份的管壁，把样品 区带抽出。 （4）用一根细管插入离心管底，泵入超过梯度 介质最大密度的取代液，将样品和梯度介质压出， 用自动部分收集器收集。
force）是指在离心场中，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” 。 例如25000×g，则表示相对离心力为25000。 相对离心力 RCF的值 （g值）取决于转子的转 速 （rpm）和旋转半径 （r, 以mm计算），可用如 下公式表示
（rpm ：revolutions per minute每分钟转数，r/min）
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四、分析离心法
分析性离心法： 是为了研究生物大
分子的沉降特性和结构的一种离心方法。 因此它使用了特殊的转子和检测手段， 以便连续监视物质在一个离心场中的沉 降过程，从而确定其物理性质。
如果离心机装上一个光学系统，应用特殊 的透光离心池，就可以观测离心池中样品颗粒 离心沉降的过程，进而对样品进行直接的定性 和定量分析。
12
三、液体中的微粒在离心力场 中的沉降
通常为了使离心力场和重力场相比较， 提出了相对离心力场（简称 R.C.F）的概念。
R.C.F.=mω2r/mg= ω2r/g
相对离心力场是离心力场与重力场的比 值，即R.C.F.的值表示离心力场相对于多少 个g。
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三、液体中的微粒在离心力场 中的沉降