離心機工作原理和選型

時間：2023/2/21閱讀：2749

實驗室離心機應(yīng)用域廣泛，一般用于醫(yī)院化驗室、科研機構(gòu)化驗室、食品藥品檢驗化驗室、食品衛(wèi)生化驗室等各種實驗室。為大家介紹如何根據(jù)實驗需求選擇離心機、離心管類型，以及離心機操作注意事項和安全風(fēng)險防范。
一、離心機的分類
按結(jié)構(gòu)類型可分：臺式離心機和立式離心機(落地式離心機)
按分離方式可分：過濾離心機和沉降離心機
按速度快慢可分：低速離心機（<10000rpm/min）、高速離心機（10000-30000 rpm/min）、超高速離心機（>30000rpm/min）
按容量大小可分：微量離心機(微型離心機或迷你離心機)、小容量離心機、大容量離心機和超大容量離心機
按有無冷凍可分：冷凍離心機和常溫離心機
另外還按用途的不同進行分類。
二、如何選擇離心機的類型
1.當固相物料為結(jié)晶產(chǎn)品時，要求分離時結(jié)晶的破損程度低
要根據(jù)離心機須根據(jù)懸浮液(或乳濁液)中固體顆粒的大小和濃度、固體與液體(或兩種液體)的密度差、液體粘度、濾渣(或沉渣)的特性來選擇。
2.當分離物質(zhì)顆粒的直徑在1微米到50微米之間，可用低速離心機分離
轉(zhuǎn)速大約在4000轉(zhuǎn)/分鐘到7000轉(zhuǎn)/分鐘，相對離心力約為2000g到9420g，一般采用臺式低速離心機或落地式低速大容量離心機。
3.當分離動植物組織內(nèi)的等直徑約為0.1微米到1微米的物質(zhì)時，建議采用高速冷凍離心機，轉(zhuǎn)數(shù)為 10000轉(zhuǎn)/分鐘到20000轉(zhuǎn)/分鐘，離心力約為10000g到100000g。
4.當分離各種蛋白質(zhì)、DNA、RNA等直徑約為0.002微米到0.1微米的組分時，則需要用超速離心機，轉(zhuǎn)速在40000轉(zhuǎn)/分鐘以上，離心力要求達到100000g到400000g以上。
5.當物料含有苯、甲苯、石油醚、環(huán)戊烷；二氯乙烷、四氯化碳、甲醇、乙醇、、丙酮、環(huán)已酮、乙二醇-、乙二醇-丁醚、甲醛、乙醛、吡啶等易燃易爆的物品時，應(yīng)選擇防爆離心機
6.當分離一些有機活性物質(zhì)如酶等時，需要分離過程中保持恒溫時選擇冷凍離心機。
三、如何計算離心力
離心分離的沉降效果由相對離心力（RCF： Relative Centrifugal Force）決定。相對離心力定義為離心加速度與重力加速度的比值，按以下計算公式計算得出：（g: 重力加速度，R：離心半徑 cm，N: 轉(zhuǎn)速 rpm）

水平轉(zhuǎn)子、角轉(zhuǎn)子、垂直轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子離心
四、離心機安裝注意事項
1.離心機一般安裝在堅固的水平地面或者臺面，避免陽光照射的地方。通過調(diào)整4個腳輪旁邊的調(diào)整螺栓的高低，來調(diào)整離心機安裝處于水平位置，注意不要一個腳輪懸空。
2.離心機散熱量比較大，周圍不要堆放雜物，離心機離周圍物品至少30cm以上。同時，離心機盡量單獨放在一個房間，周圍絕對不要放有機試劑、易爆品、易燃品。
3.離心機應(yīng)使用穩(wěn)定的額定電壓，單個插座，外殼必須有可靠接地線。
五、如何選擇離心管
玻璃離心管：不能在高、超速離心機上使用，只適用于低速離心機。
PA管和PP管：化學(xué)性能穩(wěn)定，半透明，能耐高溫消毒。
PC管：透明度好，硬度大，能耐高溫消毒。但不耐強酸強堿及某些有機溶劑。主要用于5萬(轉(zhuǎn)/分)以上離心。
CN管：質(zhì)地較軟，透明，但不耐強酸強堿及某些有機溶劑，不能高壓消毒。適合于蔗糖、甘油等密度梯度離心。透明，利于收集。
鋼制離心管：強度大，不變形，能抗熱，抗凍，抗化學(xué)腐蝕，應(yīng)用廣泛，但使用時避免接觸強腐蝕性的化學(xué)藥品。
注意：
（1）塑料管使用有機溶劑必須符合與對應(yīng)材料的相容性規(guī)定，聚丙烯(PP)離心管(瓶)不能與汽油、煤油等接觸使用。聚碳酸酯(PC)離心管(瓶)不能與汽油、乙醛、丙酮、乙醇、異丁醇、甲酚等接觸使用。聚乙烯(PE)離心管(瓶)不能與硫酸(50%、75%)、苯、汽油、煤油等接觸使用。
（2）離心管在高溫高壓下消毒，離心管要和管帽分開，如果擰合后一起消毒，容易引起離心管的變形而在實驗過程中發(fā)生危險。
六、離心管安裝注意事項
1.使用各種離心機時，必須事先在天平上精密地平衡所有的離心管、離心管蓋、掛籃和適配件等。平衡時重量偏差不得超過離心機說明書上所規(guī)定的范圍。
（1）重量配平，一般精密平衡要求偏差不超過0.1g，常規(guī)應(yīng)用則要求一般不超過1g，重量偏差不得超過離心機說明書上所規(guī)定的范圍。
（2）密度配平，離心管內(nèi)填充的材料必須密度相近，否則載荷會不均勻地分布。
（3）轉(zhuǎn)子中盡量避免裝載奇數(shù)個離心管，當轉(zhuǎn)子只是部分裝載時應(yīng)均勻分布，以便使載荷均勻地分布在轉(zhuǎn)子體上。
（4）當為奇數(shù)個離心管時，加載平衡的平衡管內(nèi)必須采用密度相近的材料填充，例如，從培養(yǎng)基中離心細菌，可以用水平衡。但不可以用水來平衡氯化銫。
2.裝載溶液時，要根據(jù)離心溶液的性質(zhì)及體積選用適合的離心管依據(jù)離心機的具體操作說明進行。
3.當使用無蓋離心管時，液體不能裝得過多，以免離心時甩出，造成轉(zhuǎn)子不平衡、生銹或被腐蝕。
4.當使用蓋密封離心管要求抽真空時，一般要求必須將液體裝滿，以防止離心時塑料離心管的上部因真空變形。
七、如何選擇離心方法
常用的三種離心方法：差速離心法；速率區(qū)帶離心法；等密度區(qū)帶離心法。
1.差速離心法

差速離心法
差速離心法常用于生化樣品的粗制品提取利用不同的懸浮粒子在離心力場中沉降系數(shù)的差別，在同一離心條件下，不同粒子沉降速度不同，通過不斷增加相對離心力，使一個非均勻混合液體分散系統(tǒng)中各種大小、形狀不同的粒子分層沉淀。
操作過程中一般是在一離心后將上清液與沉淀分開，然后將上清液再在更高轉(zhuǎn)速條件下離心，分離出第二部分沉淀，如此往復(fù)逐加高轉(zhuǎn)速，逐分離出所需要的物質(zhì)。差速離心的分辨率不高，沉淀系數(shù)在同一個數(shù)量內(nèi)的各種粒子不容易分開，常用于生化樣品的粗制品提取。
2.速率區(qū)帶離心

速率區(qū)帶離心
速率區(qū)帶離心是一種不全部的沉降分離，沉降效果受物質(zhì)本身物理尺度的影響較大，一般應(yīng)用在物質(zhì)大小相異而密度相同的情況，是指根據(jù)待分離的粒子在離心力作用下，在梯度液中沉降速度的不同，離心后具有不同沉降速度的粒子處于不同的密度梯度層內(nèi)，形成幾條分開的樣品區(qū)帶，達到彼此分離的目的。
比如要從靜脈血中分離出單個核細胞，一種分離液Ficoll將血液中的所有單個核細胞（淋巴細胞和單核細胞）分為一個層，同時提取。而Percoll分離液將血液中淋巴細胞和單核細胞分為兩個梯度層，分別提取。梯度液在離心過程中以及離心完畢后取樣時，起著支持介質(zhì)和穩(wěn)定劑的作用，避免因機械振動而引起已分層的粒子重懸。
采用速率區(qū)帶離心法時，需要嚴格控制離心時間，既要有足夠的時間使各種粒子在介質(zhì)梯度液中形成區(qū)帶，又要避免任一待分離粒子形成沉淀狀態(tài)。
3.等密度區(qū)帶離心法

等密度區(qū)帶離心法
等密度區(qū)帶離心是指液體分散體系中不同顆粒存在浮力密度差時，在離心力場下，顆粒或向下沉降，或向上浮起，一直沿梯度移動到它們密度恰好相等的位置上，即等密度點，形成區(qū)帶的離心方法。
等密度區(qū)帶離心的離心效果取決于顆粒的浮力密度差，密度差越大，分離效果越好，與顆粒的大小和形狀無關(guān)，但后兩者決定著達到平衡的速率、時間和區(qū)帶的寬度。
等密度區(qū)帶離心方法的特點：
（1）與樣品粒子的密度有關(guān)；
（2）與樣品粒子的大小和其他參數(shù)無關(guān) ；
（3）轉(zhuǎn)速、溫度不變，則延長離心時間也不能改變這些粒子的成帶位置。
八、離心機使用注意事項及風(fēng)險預(yù)防
1.離心管平衡時，由于天平長時間使用而又未能校對，對稱放置的離心管不平衡超過了離心機允許的樣品稱量誤差。
2.離心過程中溶液填充不合理或者未蓋罐蓋，離心腔內(nèi)的高真空狀態(tài)造成離心管破裂和樣品液外溢，造成轉(zhuǎn)子不平衡而發(fā)生軸彎曲或斷軸事故。
3.離心管老化或?qū)⒏咚匐x心機離心管用在超速離心機上，導(dǎo)致離心管在運行時破裂，樣品液外溢造成失衡，使軸彎曲。
4.驅(qū)動軸和轉(zhuǎn)子等材料有內(nèi)傷未定期檢測，導(dǎo)致離心機發(fā)生事故。
5.使用甩平轉(zhuǎn)子時，不細心地將吊籃的序號與甩平轉(zhuǎn)子主體的序號裝錯，影響轉(zhuǎn)子的動平衡。
6.離心管帽內(nèi)橡膠密封環(huán)和轉(zhuǎn)子蓋橡膠密封環(huán)使用不當和消毒不當，如長時間使用內(nèi)部斷裂和高溫消毒(使用干燥箱烘烤)等處理而老化龜裂等缺陷導(dǎo)致密封失效，樣品在高速運轉(zhuǎn)時外溢，引起轉(zhuǎn)子在不平衡狀態(tài)下運行。
7.由于工作中粗心大意，轉(zhuǎn)子蓋沒有擰緊或是將轉(zhuǎn)子蓋和轉(zhuǎn)子柄互換，造成螺紋不吻合，當開機運行時，轉(zhuǎn)子蓋拋出而發(fā)生嚴重的斷軸事故。
8.離心管在裝樣時，因樣品液未裝滿或離心管帽沒有擰緊密封，在離心過程中離心腔內(nèi)的高真空狀態(tài)造成離心管變形、破裂和樣品液外溢，造成轉(zhuǎn)子不平衡而發(fā)生軸彎曲或斷軸事故。
9.由于原樣品的比重不等于配平液的比重，轉(zhuǎn)子動平衡失調(diào)而發(fā)生事故。
10.管帽混用(兩者比重不同)而發(fā)生事故。
11.對于各種材料的離心管，使用沒能仔細了解廠家要求的離心管使用范圍和消毒方法，采用化學(xué)溶劑和不適當?shù)南疽禾幚?，造成離心管在運行中溶脹、破裂而發(fā)生事故。
12.由于使用壽命管理不當和各種腐蝕損傷等，轉(zhuǎn)子在運行中發(fā)生爆裂。
13.由于粗心大意，安裝時未將驅(qū)動系統(tǒng)或其它系統(tǒng)的固定件去掉，并強行使儀器試運轉(zhuǎn)而發(fā)生斷軸和轉(zhuǎn)子爆炸事故。
實驗室科研過程中經(jīng)常使用各種化學(xué)藥品和儀器設(shè)備，會遇到有高低溫、高低壓的的實驗條件和高電壓、高頻和帶有輻射源的儀器設(shè)備，如果人員培訓(xùn)不足，很可能會導(dǎo)致安全事故。提醒大家一定要注意加強安全意識，定期檢測維護設(shè)備，積預(yù)防準備工作，避免上述安全隱患。

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