离心技术
离心技术的原理
离心技术的原理离心技术是一种在分子生物学、化学和其他领域广泛应用的分离技术。
它的原理是利用离心力使物质在液体中分层，从而分离出不同密度的物质。
下面将分步骤介绍离心技术的原理。
第一步：样品制备在离心技术中，首先需要制备好样品，样品通常是混合物，其中包含需要分离的两种物质。
样品可以是液体、气体或悬浮物。
第二步：选择离心机和离心管选择适合的离心机和离心管也是十分重要的。
离心机通常有两种类型：传统离心机和流式离心机。
传统离心机旋转速度通常在1000-20000g之间，主要用于离心小样品；而流式离心机旋转速度可以达到100000g 以上，主要用于大样品的分离。
离心管的材质也需要进行选择，常见的材质有聚丙烯、玻璃、石英等，材质的选择要根据需要进行特定的应用。
第三步：加载样品将样品转移到离心管中，注意不要使管子超过标记线。
加载样品之前，应该洗净离心管，以免影响离心结果。
第四步：定义离心参数为了得到最佳的分离效果，需要定义离心参数，并且不同的离心参数会影响到分离过程中的离心力、转速和时间。
定义好离心参数之后需将离心管放在离心机中，并运行到定义的参数。
第五步：分离物分层并分离样品在加速时，由于离心力与中心轴线距离不同，将会分层，分离出不同密度的物质。
离心结束后，均匀提取样品，分离物质。
总之，离心技术是在科学研究中广泛使用的一种分离技术。
其原理是通过离心力使不同密度的物质在液体中分层，从而达到分离不同物质的目的。
正确选用离心机和离心管、加载样品并定义离心参数是成功进行离心实验的关键。
生物化学实验技术(6)离心技术
使用及应用
离心时，转鼓滤布内装入待过滤的悬浮液。 离心时，转鼓滤布内装入待过滤的悬浮液。当转速逐渐加快而高速运转 鼓内悬浮液受离心力作用，液体穿过滤布被甩出转鼓外。 时 ， 鼓内悬浮液受离心力作用 ， 液体穿过滤布被甩出转鼓外 。 滤液经外壳 下部排出．固体则留在布袋内，从而达到固液分离目的。 下部排出．固体则留在布袋内，从而达到固液分离目的。 这类采用间歇式人工卸料的离心机结构及操作均较简单，性能良好。 这类采用间歇式人工卸料的离心机结构及操作均较简单 ， 性能良好 。 其缺点是取出滤饼费力、耗时，而且由于驱动和制动装置设在转鼓下面， 其缺点是取出滤饼费力 、 耗时 ， 而且由于驱动和制动装置设在转鼓下面 ， 容易引起液体渗漏腐蚀及带来维修保养的不便。为了克服以上缺点， 容易引起液体渗漏腐蚀及带来维修保养的不便 。 为了克服以上缺点 ， 人们 设计了上悬式离心机，这种离心机的传动系统安装在转鼓上方，具有稳定、 设计了上悬式离心机 ， 这种离心机的传动系统安装在转鼓上方 ， 具有稳定 、 卸料较快、固体颗粒破碎少和不受液体腐蚀的优点。 卸料较快、固体颗粒破碎少和不受液体腐蚀的优点。 在生化、微生物工业中，过滤式离心机已用于味精、柠檬酸、 在生化 、 微生物工业中 ， 过滤式离心机已用于味精 、 柠檬酸 、 抗菌 素及某些生化药物和酶制剂等结晶或较大固体颗粒的过滤，脱水效率很高。 素及某些生化药物和酶制剂等结晶或较大固体颗粒的过滤 ， 脱水效率很高 。
二、沉降式离心机
这类离心机品种较多．根据其结构又可分为管式、钵式、 这类离心机品种较多．根据其结构又可分为管式、钵式、碟片式 和倾析式。它们的卸料方式也很多，如人工、离心力、刮刀、螺旋、 和倾析式。它们的卸料方式也很多，如人工、离心力、刮刀、螺旋、 喷嘴、自动卸料等。 喷嘴、自动卸料等。 1．台式或地面式普通离心机 这是一类结构最简单的实验室常用的 ． 中速离心机，转速在3， 低、中速离心机，转速在 ，000~6，000rpm 。其转子一般用角式 ， 或外摆式，多用交流整流子电动机驱动， 或外摆式，多用交流整流子电动机驱动，但电动机的碳刷易磨损而 导致离心机损坏；转速是用电压调节器调节，起动电流大， 导致离心机损坏；转速是用电压调节器调节，起动电流大，速度升 降不够均匀。操作一般在室温下进行，但个别机种也配有冷却装置， 降不够均匀。操作一般在室温下进行，但个别机种也配有冷却装置， 如贝克曼公司的TJ 台式离心机的可调温度为0~20℃。 如贝克曼公司的 -6R台式离心机的可调温度为 台式离心机的可调温度为 ℃ 2. 高速冰冻离心机 这类实验室常用的离心机最高转速可达 ， 这类实验室常用的离心机最高转速可达18， 000~25，000 rpm，因此需有冷却离心腔的致冷设备，并用热电偶 ， ，因此需有冷却离心腔的致冷设备， 监测腔内的温度，一般温度控制在0~4℃。 其转动部分是各种角式 监测腔内的温度 ， 一般温度控制在 ℃ 或外摆式转子，有的还配备区带转子、连续流动式转子或其它转子。 或外摆式转子，有的还配备区带转子、连续流动式转子或其它转子。 速度控制比台式离心机精密准确。 操作方式除间歇式外也有连续式。 速度控制比台式离心机精密准确。 操作方式除间歇式外也有连续式
离心技术
s（秒）=
dx/dt w2x
=
2r2(p- m)
9
颗粒直径
dx: 颗粒与转轴中心的距离 r:
dt：颗粒沉降所需时间
w: 角速度 X: 转子半径
p : 颗粒密度
m : 溶液介质密度
： 溶液介质粘度
S =1×10-13s
8
决定沉降速度的因素：
颗粒大小；颗粒密度；溶液介质密度和粘度
9
2.相对离心力（RCF）：重要指标
29
2.细胞破碎
* 渗透压冲击
* 超声波振荡
* 机械力研磨或剪切
* 反复冻融
原则：只需破碎细胞膜，保留完整细胞器
30
3.细胞结构成分的分步分离
一系列的差速离心＋密度梯度离心
差速离心：分离细胞器
梯度离心：纯化细胞器
31
4.离心方法的选择
根据分离细胞器的性质：
匀浆物中各类细胞器大小不同：
差速离心
上清中各类细胞器大小有差别：
速率区带离心
上清中各类细胞器密度有差别：
等密度离心
32
密度梯度离心
梯度离心需要的设备
离心机：低速、高速、超高速 转头： 介质： 水平、固定角、垂直 蔗糖, Ficoll, Percoll, Accudenz (Nycodenz),
Metrizoate
介质的梯度形成装置和收集装置
33
5.分离细胞器的鉴定和评价
35
6.举例:细胞核分离
原理： 细胞核特征：体积大，沉降系数大； 密度高，可通过浓蔗糖，分离容易。 分离设计： • 细胞破碎（机械匀浆，渗透溶胀，表面活性剂），
释放细胞核，光镜鉴定释放效果。
• 离心，光镜鉴定分离效果
离心技术
五、离心机使用注意事项 使用前应将负荷平衡， 1. 使用前应将负荷平衡 ， 重量误差越小 越好 严禁空转， 2. 严禁空转，启动时转速由低至高逐步 调节，严格高速启动。 调节，严格高速启动。 选择合适的转头，控制转速。 3. 选择合适的转头，控制转速。 保护转头，防止碰撞、擦伤、 4. 保护转头，防止碰撞、擦伤、防止异 污垢进入、用毕立即清洁。 物、污垢进入、用毕立即清洁。 低温离心样品时, 5. 低温离心样品时 , 先将空转头预冷一 定时间。温度± 定时间。温度±0℃。 发现异常如噪声，应立即停机检查。 6. 发现异常如噪声，应立即停机检查。 离心机结构及使用方法——实习 六、离心机结构及使用方法 实习 离心机的应用——自学 七、离心机的应用 自学
2、离心机的分类 ：按离心机应用范围分为四类： 、 离心机的分类：按离心机应用范围分为四类： 普通离心机、专用离心机、制备离心机和分析用离心机， 普通离心机、专用离心机、制备离心机和分析用离心机， 按离心速度即离心机转速分为： 按离心速度即离心机转速分为： 普通离心机：转速小于5000转/min，在室温下运 ① 普通离心机：转速小于 转 ， 主要用于红细胞，微生物细胞，粗大沉淀物， 行，主要用于红细胞，微生物细胞，粗大沉淀物，细胞 细胞膜等的沉淀分离。 核、细胞膜等的沉淀分离。 高速离心机：转速为5000～20000转/min，通常 ② 高速离心机：转速为 ～ 转 ， 备有致冷和温控装置。适用于各种生物细胞、病毒、 备有致冷和温控装置。适用于各种生物细胞、病毒、血 清蛋白等有机物、无机物溶液， 清蛋白等有机物、无机物溶液，悬浮液及胶体溶液等样 品的分离，浓缩、提取制备工作。 品的分离，浓缩、提取制备工作。它是细胞和分子生物 水平研究的基本工具。 水平研究的基本工具。 ③ 超 速 离 心 机 ： 转 速 为 20000 ～ 90000 转 /min 。 Ultrcentrifuge因它能产生超强的离心力场而达到独特的 因它能产生超强的离心力场而达到独特的 分离纯化目的。它是分离、纯化、分析、 分离纯化目的。它是分离、纯化、分析、鉴定生物大分 子的重要技术手段 。 如 DNA/RNA 杂交分子的分离 ， HDL的分离。 的分离。 的分离
离心技术的原理及应用
离心技术的原理及应用1. 离心技术的概述离心技术是一种以离心力为基础的分离过程，通过利用离心力将混合物的不同组分分离出来。
离心技术被广泛应用于生物化学、制药、环保、食品加工等领域，可用于固体颗粒的分离、液相溶液的分离、精炼和浓缩等。
2. 离心技术的原理离心技术的原理基于离心力的作用。
离心力是由于转动物体的离心力产生的一种力。
物体在离心力作用下，会被推向物体固定轴线的外侧，形成离心效应，使得混合物的不同组分被分离开来。
离心技术通常通过离心机实现。
离心机的核心部件是转子，可以用来容纳试样。
转子围绕着离心机轴线高速旋转，产生强大的离心力，使得试样中的不同组分被分离开来。
3. 离心技术的应用离心技术在各个领域都有广泛的应用，下面列举了其中几个常见的应用：3.1 生物化学领域•分离DNA / RNA：离心技术可以用于从细胞中分离出DNA或RNA，用于基因测序、基因工程等领域的研究。
•分离蛋白质：离心技术可以用于从混合的生物样本中分离出特定的蛋白质，用于进一步的分析和研究。
3.2 制药领域•药物纯化：离心技术可以用于从化学合成或发酵得到的混合药物中分离出纯的活性成分。
•药物制剂：离心技术可以用于将固体颗粒与液体分离，制备出药物颗粒或胶体。
3.3 环保领域•污水处理：离心技术可以用于将污水中的固体颗粒与液体分离，提高水质。
•垃圾处理：离心技术可以用于将垃圾中的有机物与无机物分离，实现垃圾的资源化利用。
3.4 食品加工领域•榨汁：离心技术可以用于将水果中的果汁与果渣分离，制作果汁。
•提取物质：离心技术可以用于从食材中提取有营养或有药用价值的物质，用于食品加工。
4. 离心技术的优点•分离效果好：离心技术可以将混合物中的不同组分快速、高效地分离出来。
•操作简单：离心技术的操作相对简单，不需要复杂的设备和步骤。
•适用性广：离心技术可以适用于多种样本类型和领域，具有广泛的应用性。
5. 离心技术的局限性•样品量有限：离心技术的样品容量一般有限制，不适合处理大量的样品。
离心技术原理
离心技术原理
离心技术是一种常用的分离方法，它基于物质在离心力作用下的不同沉降速度来实现分离目的。
离心技术的原理主要涉及两个方面：离心力和沉降速度。
首先，离心技术利用离心机产生的离心力来加速分离物质。
离心机通常由一个旋转的容器和一个电动机组成。
当电动机启动时，容器以高速旋转。
由于离心力是与旋转速度的平方成正比的，因此高速旋转能够产生强大的离心力。
离心力是指物体在旋转运动中受到的离心加速度，它的作用是将物质向外推离离心轴线。
离心机的设计目的是使离心力尽可能均匀地作用于容器内的物质，以实现有效的分离效果。
其次，离心技术利用不同物质的沉降速度来实现分离。
沉降速度是指物质在液体中下沉的速度，它取决于物质的密度、形状和粒径等因素。
在离心过程中，由于离心力的作用，密度较大或较大颗粒的物质会沉降得更快，而密度较小或较小颗粒的物质则沉降得较慢。
通过调整离心机的转速和离心时间，可以控制不同物质的沉降速度，从而实现物质的分离。
总之，离心技术利用离心力和物质的沉降速度来实现分离。
离心机通过旋转产生离心力，将物质分离为不同的组分，使得密度大的物质向外沉降，密度小的物质留在上层。
离心技术在生物医学、化学、环境等领域具有广泛的应用，例如可用于细胞分离、DNA提取、蛋白质纯化等。
离心技术
2.高速离心机 制冷设备温度控制在0-4℃范围内 制动器 实际速度和温度可通过仪表显示 配有一定类型及规格的转子 最高转速在25,000rpm以下 常用于生物大分子的分离制备
3.超速离心机 驱动和速度控制 温度控制 真空系统 转子 常用于分离亚细胞器、病毒粒子、DNA、 RNA和蛋白质分子。 在分离时无须加入可能引起被分离物质结 构改变的物质。
在一般情况下，样品的沉降特征可以用 沉降系数来表示: S是指单位离心场中粒子移动的速度。
沉降速度 S= = dx/dt
单位离心力
ω2 x
若ω用2πn/60表示则：
2.1×102logX2/X1
S=
n2 (t2-t1)
X 1: X 2:
离心前粒子离旋转轴的距离 离心后粒子离旋转轴的距离
S在实际应用时常在10-13秒左右，故把 沉降系数10-13秒称为一个Svedberg单位， 简写S，量纲为秒。
（二）.转子(Rotor) 固定角式转子(fixed-angle rotor) 水平转子(swing-out rotor) 垂直转子(vertical rotor) 带状转子(zonal rotor) 连续转子(continuous rotor)
转子的材质： 铝质 较轻,耐受强度较弱,适合在较低 的转速下使用; 不锈钢 耐受强度最好,但材质本身太重； 钛合金 耐受强度不错,重量也比不锈钢轻。
2.等密度离心法(isopynic centrifugation) 又称等比重离心法,依粒子密度差进行分 离,等密度离心法和上述速率区带离心法合称 为密度梯度离心法。
3.经典式沉降平衡离心法 用于对生物大分子分子量的测定、纯 度估计、构象变化。
(一).差速离心法 1、原理 利用不同的粒子在离心力场中沉降的 差别,在同一离心条件下,沉降速度不同,通 过不断增加相对离心力,使一个非均匀混合 液内的大小、形状不同的粒子分部沉淀。 操作过程中一般是在离心后倾倒的办 法把上清液与沉淀分开,然后将上清液加高 转速离心,分离出第二部分沉淀,如此往复 加高转速,逐级分离出所需要的物质。
离心技术
一、基本原理
沉降-扩散平衡： 沉降-扩散平衡： 利用沉降-扩散协同作用可将不同质量的物质分开； 利用沉降-扩散协同作用可将不同质量的物质分开；
自然条件下的沉降是由重力场作用，重力场强度有限， 自然条件下的沉降是由重力场作用 ， 重力场强度有限 ， 当 质量小到一定程度时，沉降速度<<扩散速度， <<扩散速度 质量小到一定程度时，沉降速度<<扩散速度，微粒就不能沉 降分离。 降分离。 离心：借助高速旋转产生比重力场更大的离心力场, 离心：借助高速旋转产生比重力场更大的离心力场,加大沉 淀作用，使更小的微粒也能沉淀。 淀作用，使更小的微粒也能沉淀。 离心力场的优点: 离心力场的优点 *远大于重力场 远大于重力场 *可调节大小 可调节大小
水平转头
垂直转头
o转头停止和运动时， 转头停止和运动时， 离心管都是呈垂直放 置的， 置的，适合用于密度 梯度离心。 梯度离心。 o特点；离心结束时， 特点；离心结束时， 液面和样品区带要作 九十度转向， 九十度转向，因而降 速要慢。 速要慢。介由于样品 颗粒沉降距离最短， 颗粒沉降距离最短， 离心所需时间也短。 离心所需时间也短。
第二节 制备离心技术
（一）差速离心法
1Hale Waihona Puke 差速离心法：逐渐增加离心速度, 或低速与高速交替进行离心，使沉降系数 差速离心法：逐渐增加离心速度, 或低速与高速交替进行离心， 不同的颗粒在不同速度或不同离心时间下分离的方法。 不同的颗粒在不同速度或不同离心时间下分离的方法。 2、特点：离心介质的浓度均一；离心速度改变 特点：离心介质的浓度均一； 3、用途：用于分离大小相差10S的样品颗粒的初步分离 用途：用于分离大小相差10S 4、优点：操作容易，通过倾倒就可将上清液和 优点：操作容易， 沉淀分离，而且可用大容量的角转子。 沉淀分离，而且可用大容量的角转子。 • 缺点：需经多次离心，沉淀不纯，分离效果差， 缺点：需经多次离心，沉淀不纯，分离效果差， 沉淀大量堆集在离心管底部， 沉淀大量堆集在离心管底部，颗粒受挤压 易失活。 易失活。 5、应用中的主要问题：离心时间和离心速度的选择 、应用中的主要问题：
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概述
离心技术：利用转鼓高速转动所产生的离心力来实 现悬浮液、乳浊液的分离或浓缩的分离技术。
主要用于固液、液液分离过程
离心分离原理：相对密度差；沉降系数、质量及浮力等因子的不同
离心沉降 利用固液两相的 无孔转鼓 悬浮液
相对密度差
或管子
离心过滤 利用离心力并通 有孔转鼓 悬浮液 过过滤介质
离心分离 利用不同溶质颗 无孔转鼓 不同相对 和超离心 粒在溶液各部分 或管子 密度液体
意义：衡量离心设备的离心程度的重要技术参数，用 于离心机的分类
Dole Cotzias转换列线图t
离心分离原理
离心沉降系数（S） 单位离心力作用下粒子的沉降速率
（单位s ，1S=10-13s） —常用20℃纯水中的沉降系数SW,20为标准表示
离心时间
—已知Байду номын сангаас速时
K因子（澄清因子）
估计粒子从离心杯上最近转轴处到最远处所需的时间 —与转子大小和速率有关，是转子的效率因子 转子说明书
分布的差异
离心力：
第一节 离心分离原理
一、离心沉降原理
离心沉降速度：
球形颗粒沉降的受力情况
离心沉降速率：在强大离心力的作用下，单位时间内物 质运动的距离。
离心分离原理
相对离心力（RCF） 在离心力场的作用下，颗粒所受的离心力相
当于地球重力的倍数，单位是重力加速度g。
离心分离因子Fr，离心分离因数Fr，离心力强度 ——离心力/重力；离心加速度/重力加速度
第九章
概述
固液分离：第一选择为过滤，第二选择为离心分离。 应用： A、难过滤的发酵液（d小、大、过滤v慢）、甚至不能过
滤的悬浮液，及忌用助滤剂、或助滤剂无效的悬浮液； B、其他难分离的固液分离； C、互不相溶的液—液分离，如液液萃取； D、不同密度固体或乳浊液的密度梯度分离，如超离心分离 缺点： A、分离得到的不是滤饼一样的半干物，而是浆状物； B、处理量小； C、设备复杂，价格贵，分离成本高。
常用于抗生素、酶、氨基酸、酵母、淀粉、微生物或单细胞蛋白质等
碟片式离心机
Ｃ、活门（活塞）排渣碟片离心机
操作：断续式 应用：
A、可用于难分离的物料； B、悬浮液分离。 主要技术参数： A、固体浓度＜5％ ； B、颗粒d为0.1-500um； C、固液密度差＞0.01g/cm3 ； D、处理能力达40m3/h； E、离心力强度5000-9000g。
——生化分离常用高速冷冻离心机
（一）离心机分类
（二）离心机转子及附件
离心分离设备
二、离心沉降设备
沉降式离心机 ——实验室用
瓶式离心机 ——工业用
无孔转鼓离心机 -管式 -多室式 -碟片式 -卧螺式 (decanter)
离心沉降设备类型
离心分离设备
1.瓶式离心机
实验室常用 低、中速离心机，转速一般
在3000～6000rpm
转子常为外摆式或角式 操作：一般在室温下，也有
配备冷却装置的冷冻离心机
离心分离设备
2.管式离心机
操作：间歇式或连续式，还可以冷却 应用：A、液-液分离(连续式)；
B、低固体含量(<1%)的固-液分离。 主要技术指标： A、离心管直径40-150mm，长径比4-8； B、离心力强度15000-65000g； C、处理能力100-400 L/h； D、适应的颗粒直径0.01-100m，固液密度
离心分离设备
5、螺旋卸料沉降离心机
操作：连续式 ——立式、卧式
应用： A、固液分离； B、高浓度的大颗粒。 主要技术参数： A、分离因子＜6000g；转鼓直径--900mm； B、适应的颗粒直径2um-5mm，固体含量1-50%； C、固液密度差＞0.05g/cm3； D、处理量可达60t/h； E、操作温度高，可＞300C；操作压力一般为常压。
常用于抗生素、疫苗、维生素、生物碱甾类化合物 及梭状芽孢杆菌等
碟片式离心机
Ｂ、喷嘴排渣碟片离心机
操作：连续式 应用：
多用于悬浮液的浓缩。 主要技术参数： A、固体浓度＜25％ ； B、颗粒d为0.1-100um； C、转鼓直径达900mm； D、喷嘴2-24个，直径0.5-3.2mm； E、浓缩比达5-20。
差＞0.01g/cm3，固体含量＜1%。
常用于微生物菌体和蛋白质的分离等。
管式离心机 Tubular bowl
离心分离设备
3.多室离心机
操作：间歇式，粒度筛分，澄清的分 离液经溢流口或由向心泵排出
应用： A、液-液分离； B、固相浓度小于５％的固—液分离。
主要技术参数： A、3-7个分离室（若干同心圆分隔成）； B、分离因子2000-8000g； C、处理能力2.5-10 m3/h； D、颗粒d >0.1m，固体浓度<５％。
离心分离原理
二、离心过滤原理
离心过滤是将 料液送入有孔 的转鼓并利用 离心力场进行 过滤的过程， 以离心力为推 动力完成过滤 作业，兼有离 心和过滤的双 重作用。
第二节 离心分离设备
一、离心分离设备概述
离心机分类： ——离心力 （或转速） ——使用温度 ——容量与用途 ——放置方式 ——排渣方式
常用于胰岛素及胰酶分离、淀粉精制、污水处理
离心分离设备
三、离心过滤设备
离心过滤机 设有一个开孔转鼓，
可以分离固体密度大 于或小于液体密度的 悬浮液。可分连续式 和间歇式 a——分批立式轴 b——分批卧式轴 c——连续锥形滤网 d——连续推送式
离心过滤设备类型
离心分离设备
可用于难分离的物料，如大肠杆菌。
碟片式离心机
D、活门（活塞）排渣喷嘴 碟片离心机
操作：断续式 应用：
A、澄清作业； B、细胞收集。 主要技术参数： A、离心速度比相同直径的活塞机大23-30%； B、离心力强度可达15000g。
可用于酶制剂、疫苗、胰岛素等生产中的澄清；酶生产中细菌的收集； DNA的收集与澄清。
常用于抗菌素液-液萃取分离，果汁和酒类饮料的澄清等。
离心分离设备
4.碟片式离心机
A、10-100个锥顶角为60-100的锥形碟片； B、碟片间距很短0.5-2.5mm。
碟片式离心机
Ａ、人工排渣碟片离心机
操作：间歇式 应用：
A、液-液分离； B、固相浓度小于2％的固—液分离； C、澄清作业。 主要技术参数： A、固体浓度1-2％ ； B、离心力很高。