离心技术-
超现代实验技术：离心技术---精品管理资料
超速离心技术超速离心技术是利用物质的沉降系数、浮力、质量等方面的差异，利用强大的离心力场，使样品中的混合物得以分离、浓缩、纯化和鉴定的技术.离心技术现在已经成为分子生物学和生物化学研究中不可缺少的一项重要技术。
离心技术可分为制备型和分析型两类。
在生物学领域可以利用这种方法，分离提取各种细胞及其亚细胞物质，如细胞膜、细胞核、染色体、线粒体、叶绿体、溶酶体、核蛋白体等.也可以鉴定蛋白质、酶及核酸的纯度。
处理的样品可多可少，少至0.2mL以下。
离心技术的范围相当广泛。
目前，利用这种技术分离各种亚细胞物质、酶、病毒、质粒及各种核酸。
因此，为分子生物学、生物化学和医学的发展，提供了有利的手段。
自从1926年瑞典物理学家Svedberg制成世界上第一台超速离心机（45000转/分）到现在已有快80年的历史，在这期间，离心机的发展是非常迅速的。
特别是在50年代以后发展的更快，例如,美国贝克曼(Beckman）公司和杜邦苏凡尔（Dupont Sorvall）公司，英国测量科学设备公司（MSE）,日本的日立（HITACHI)公司以及德国的海吕斯（Heraeus）公司，都生产出各种离心机产品，如普通离心机、高速离心机和超速离心机。
从简单的低速高容量的制备离心机到用于精密分析的超速离心机，应有尽有。
美国贝克（Beckman）公司的超速离心机居世界领先地位，采用了大规模集成电路，计算机程序控制，分离—检测，全部实现自动化;最高转速可达13多万转/分钟，并配有各种型号的垂直转头、水平转头、固定角转头、区带转头、连续转头等，供用户选用，不但操作简单、节省时间，而且进一步提高了的分离效率。
此外,离心技术也有了很大的发展，有密度梯度离心技术和区带离心技术，为生物大分子的分离、纯化和鉴定提供了优越的手段。
虽然离心机的种类有多种，离心技术也多种多样，但是它们的工作原理基本相似。
在实际工作中用的最多的还是制备型离心。
本课程主要介绍制备型分离技术。
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
第五章-离心技术
离心技术离心技术离心是利用旋转运动的离心力以z离心是利用旋转运动的离心力，以及物质的沉降系数或浮力密度的差别进行分离、浓缩和提纯的项操作技进行分离、浓缩和提纯的一项操作技术。
主要内容z离心的基本原理z离心设备的分类z离心机的选择z 离心技术应用实例一、离心的基本原理z 利用转子高速旋转时所产生的强大离心力，加快颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数的或浮力密度差的物质分离开。
离心力）当离心机转子以一定的角速度z 离心力（F ）：当离心机转子以一定的角速度ω（弧度/秒）旋转，颗粒的旋转半径为r （厘米）时，颗粒所受的向外的力即离心力力即离心力。
2==F ma m rωω:旋转角速度ω: 旋转角速度r：旋转体离旋转轴的距离()2/sec n rad πω=60相对离心力（RCF）：又称分离因数，是衡量离心程度的相对离心力参数，是指在离心力场中，作用于颗粒的离心力相当于地球引力的倍数，单位是重力加速度g （980cm/秒2）。
RCF=ω2r/980=4π2n 2r/3600*980= 1.119*10-5n 2r222524 1.11910980r n r RCF n r ωπ−===×3600980×低速离心时常以每分钟的转数rpm （即n ）来作为离心力单n：转子每分钟的转数（rpm）位；而高速离心则以g 表示。
Dole&Cotzias制作了转子速度和半径相对应的离心力列线图半径相对离心力转数Sedimentation coefficient (S)沉降系数Sedimentation coefficient (S)z 离心沉降和重力沉降只是对沉降的作用力不同，离心沉降的速度v 2v S r ω=z其中S 即为沉降系数。
z S 表示单位离心场中粒子的移动速度。
2303S −沉降速度212221log log 2.303()r r v r t t ωω===−单位离心力zr 1:离心前粒子距离转轴的距离z r :离心后粒子距离转轴的距离2在实际应用时常在1010-13秒左右，故把S在实际应用时常在Svedberg单位，单位，秒称为一个Svedberg沉降系数10沉降系数-1310秒称为一个。
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
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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
离心技术离心技术是利用离心力，依据物质的沉降系数、扩散系数和浮力密度的差异而进行物质的分离、浓缩和分析的一种专门技术。
各种离心机是实现其技术目的的仪器保证。
离心技术是利用离心力，依据物质的沉降系数、扩散系数和浮力密度的差异而进行物质的分离、浓缩和分析的一种专门技术。
各种离心机是实现其技术目的的仪器保证。
离心技术就其原理来说属于一种物理的技术手段，目前在农业、医药、食品卫生、生物制品、生物工程、细胞生物学、分子生物学和生物化学等诸多领域里得到了广泛的应用，使离心机，尤其是超速离心机已成为现代生物化学实验室中不可缺少的必备设备。
为了满足生产、科研和教学的不同需要，不同类型、不同规格和不同用途的离心机应运而生，且随着整个科学技术的发展不断地得到改进、提高和更新。
现将离心机分类如下:1.不同类型的离心机不仅具有不同的构造，而且具有不同的应用范围。
普通离心机的最大转速在10000 rpm以下，最大相对离心力小于10000×g，容量从几十毫升至几升，分离形式是固液沉降分离，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。
这种离心机多用交流整流电动机驱动，电机碳刷易磨损，转速由电压调压器调节，起动电流大，速度升降不均匀，一般转头是置于一个硬质钢轴上，因此离心前精确平衡离心管及其内容物极为重要，否则易造成的离心机损坏。
在现代实验室中，普通离心机通常在下列情况下用于物质的分离和提取：（1）沉淀有粘滞；（2）沉淀颗粒小，容易透过滤纸；（3）沉淀量过多而疏松；（4）沉淀量过少，而需要定量分析；（5）母液粘稠；（6）母液量很少，分离时需减少损失；（7）沉淀和母液需迅速分离；（8）一般胶体溶液。
高速离心机能够对样品溶液中的悬浮物质进行高纯度的分离、浓缩、精制和提取，多用于血液、细胞、蛋白质、酶、病毒、激素等的分离制备。
超速离心机目前主要用于：（1）测定生物大分子和高分子聚合物的沉降系数（S）、扩散系数（D）和分子量（M）；（2）研究生物大分子的大小和形状；（3）研究生物大分子的缔合、离解和降解；（4）追随分离高分子的提纯过程，鉴定其均一程度，测定其组成和浓度；（5）分离提纯血清脂蛋白；（6）发现异常血清蛋白质成分等。
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RCF＝ G/g=(4π2N2r/3600)/980=1.12×10-5N2r N=1000(RCF/11.2r)1/2
一般，低速离心，转速以r/min表示； 高速离心，转速以重力加速度g表示。 计算颗粒相对离心力时，应注意离心管 与中心轴间的距离，即离心半径r的长度。离 心管所处的位置不同，沉降颗粒所承受的离 心力也不同。 因此，超速离心常用重力加速度的倍数 （×g）来代替转速（r/min），真正反映颗 粒在离心管中所受到的离心力。
•沉降系数（sedimentation coefficient, S）
S= υ /ω2r=(ρp-ρm)d2 8η
沉降系数是生物大分子的特征常数，与颗粒密度、 形状、大小，与介质密度、粘度，与温度、浓度都 有关系。
本课程主要介绍生物学实验所用的常用仪器及 其在生物研究中的应用。
主要包括：离心技术（超速和高速）； 光谱技术（紫外、原子、荧光）； 基因芯片技术 显微技术（Confocal，etc)； 定量PCR技术 蛋白质组学 液质联仪
参考书：
1、周先碗 胡晓倩 编 生物化学仪器分析与实验技术 化学工业出版社（第三版） 2、王立 汪正范 牟世芬 丁晓静 编著 色谱分析样品处理 化学工业出版社 3、师治贤 王俊德 编著 生物大分子的液相色谱分离和制备 科学出版社 （第二版） 4、 5、
（4）颗粒在离心场中的沉降
5种力：离心力，向心力，重力，浮力， 介质摩擦力
•离心力的产生
从理论上讲，只要颗粒的比重大于液 体就会发生沉降，但是对于分离生物材料 的样品，如细胞、细胞器、细菌、病毒、 蛋白质和核酸等生物大分子来说，由于颗 粒非常细小，依靠自然沉降是不能达到完 全分离的，只能通过离心力的作用才能使 它们沉降下来。
物体在围绕转轴以角速度旋转时，就产生 离心场，物体在离心场中受到离心力的作用。
离心场的受力：G＝ω2r
电机的速度以每分钟的转数（r/min）表示。
G＝ω2r＝4π2N2r/3600 (N为每分钟的转数，单位为r/min；G 的单位是cm/s2，正好与重力加速度g的单位 一致。)
•相对离心力（RCF）
结课方式： 考试（50%） 课程论文（50%）
第一章
离心技术
一、离心技术 二、离心机的种类 三、离心机和转头的维护 四、离心机的事故 五、离心技术在样品制备中的作用
一、离心技术
1.离心机发展历史 2.基本概念 3. 离心分离方法
1. 离心机发展历史
19世纪 20世纪 手摇离心机 蜂蜜、牛奶 超速离心机 生物学、医 学、制药工业等广泛应用。
•超速离心技术发展阶段
1923年 瑞典化学家 Svedberg 第一台具有
光学系统的分析超速离心机，最高转速达
45,000rpm。 1926年 Svedberg 测定马血红蛋白分子量，
首次证明蛋白质为均一的生物大分子。 1940年 Svedberg和同事Pederson撰写世界 上第一本有关离心技术的专著。
讲课老师 张学琴
内容 离心机 光谱
时间 9月12，14日
讲课地点
实验地点 生命科学大楼 4015 张学琴 生命科学大楼 4051 张学琴 生命科学大楼 2060 闫红 生命科学大楼 4012 刘毅敏 生命科学大楼 4051 张远涛
张学琴 芯片 凌毅 Confocal
刘毅敏
张 远 涛 ( 张 学 定量PCR仪 琴) 陈艳梅 蛋白质组学( 10月24，26日 含双向电泳 和数据分析) 李 溱 液质联仪 10 月 31 日， 11 月2日 张学琴 考试 11月16
1951年 Brakke M K 在差速离心的基础
上发展了速率区带离心法。
1955年Anderso源自 N G发明了区带转头，并用区带离心法首次证明DNA双螺旋结构 半保留复制的假说。
离心机制造工艺；区带转头；高强度 的钛合金的应用；半导体集成电路；计算 机技术的发展；高频调速电机的使用。 20世纪90年代中期
生命科学大 楼B080 9月19，21日 生 命 科 学 大 楼B080 9月26，28日 生 命 科 学 大 楼B080 10月10，12日 生 命 科 学 大 楼B080 10月17，19日 生 命 科 学 大 楼B080
生 命 科 学 大 生命科学大楼 楼B080 2069 陈艳梅
生 命 科 学 大 生命科学大楼 楼B080 2069李溱 生命科学大 楼B080
物体在沉降过程中，其下沉的力在某个时刻 总会与摩擦力、浮力达到平衡，使物体的受力 为零，此时物体在做匀速运动，此时的速度称为 临界速度。
（3）颗粒在重力场的运动
一个球型颗粒在具有重力场中的液体介质内， 受到地球引力、溶液浮力和溶液黏滞力的作用， 出现不同的运动（粘滞力和浮力向上，重力向 下）。 重力 Fg＝1/6πd3ρpg
碳素转头（超强超轻材料合成）， 抗拉强度比钛合金强。
1、基本概念 (1)、离心技术（Centrifuge Technique）: 利用物质在离心力作用下，按其沉降系 数不同而分离的一种技术。
(2)、沉降现象
任何物体受地球引力的作用都具有下沉 的现象，称为沉降现象。
υ=gt(g为重力加速度，980cm/s2)。
(d为颗粒直径，ρ为颗粒密度，g为重力加速度)。
粘滞力 Ff=-3πηdV (V为颗粒沉降速度) 浮力
Fb=-1/6 π d3ρm g
(ρm为介质密度)
当作用在颗粒上的总力为零时，颗粒做匀速运
动，即达到临界速度，作用力的关系式为：
Fg = Fb+Ff；
V＝d2(ρp-ρm)g/18η
V＝d2(ρp-ρm)g/18η
（a）、与颗粒直径d2的大小成正比，颗粒大 沉降快。 （b）、与颗粒和介质密度差(ρp-ρm)成正比， 密度之差越大，沉降越快。 （c）、当ρp>ρm，颗粒沉降速度为正值，即 颗粒在介质中往下沉；等于，做不定向运动； 小于，颗粒在介质中上浮。
（d）、与引力g成正比，速度随着引力 的增加而增加。
（e）、与介质粘度η成反比，速度随粘 度的增加而降低