離心機的工作原理

離心機的工作原理：

離心是利用旋轉運動的離心力以及物質的沉降系數或懸浮密度的差異進行分離、濃縮和提純生物樣品的一種方法。懸浮液在高速旋轉下，由于巨大的離心作用，使懸浮的微小顆粒以的速度沉降，從而使溶液得以分離，顆粒的沉降速度取決于離心機的轉速、顆粒的質量、大小和密度。

離心機是利用離心機的轉子高速旋轉產生強大的離心力，迫使液體中微粒克服擴散加快沉降速度，把樣品中具有不同沉降系數和浮力密度的物質分離開。

離心力：

     當物體所受外力小于運動所需要的向心力時，物體將向遠離圓心的方向運動。物體遠離圓心運動的現象稱為離心現象，也叫離心運動，離心運動是由于向心力消失或不足而造成的。

離心作用是根據在角速度下作圓周運動的任何物體都受到一個向外的離心力進行的。離心力（Fc）的大小等于離心加速度ω2 r與顆粒質量m的乘積，即：

式中ω是旋轉角速度，N是每分鐘轉頭旋轉次數，r 為離心半徑，m是質量。

 相對離心力（relative centrifugal force，RCF）

     相對離心力是指在離心力場中，作用于顆粒的離心力相當于地球重力的倍數，單位是 “g"。

由于各種離心機轉子的半徑或離心管至旋轉軸中心的距離不同，離心力也不同,因此在文獻中常用“相對離心力"或“數字×g"表示離心力,例如25000×g,表示相對離心力為25000。只要RCF值不變，一個樣品可以在不同的離心機上獲得相同的結果。一般情況下,低速離心時相對離心力常以轉速“rpm"來表示，高速離心時則以“g"表示。

液體中的微粒在重力場中的分離：

若想把生物樣品中的微粒從液體中分離出來，簡單的方法是將液體靜置一段時間，液體中的微粒受重力的作用，較重的微粒下沉與液體分開，這個現象稱為重力沉降。微粒在液體介質中的沉降將受到介質的浮力、介質阻力及擴散現象的影響。

沉降速度(sedimentation velocity)  指在強大離心力作用下，單位時間內物質運動的距離。即：

式中，為介質的密度，ρ為微粒的密度，g為重力加速度，f 為阻力系數。由上式可知，微粒的沉降速度與成正比，與阻力系數 f 成反比。

沉降時間：在實際工作中，常常遇到要求在已有的離心機上把某一種溶質從溶液中全部沉降分離出來需用多大轉速與多長時間可達到目的的問題。如果轉速已知，則需確定分離某粒子所需的時間即沉降時間。

K系數：是用來描述在一個轉子中，將粒子沉降下來的效率。K系數與離心轉速及粒子沉降的路徑有關，所以K系數是一個變數。

沉降系數：顆粒在單位離心力場作用下的沉降速度，其單位為秒。各種生物樣品的沉降系數差別很大，利用它們沉降系數的差別就可以應用離心技術來進行定性和定量的分析及分離制備。

液體中的微粒在離心力場中的沉降：

  在離心機中，離心管（centrifuge tube）放于離心轉頭里，當離心機開動時，離心管繞離心轉頭的軸旋轉，作圓周運動，在離心管內的樣品顆粒將同樣運動。

假如顆粒處于真空中，顆粒會沿切線方向飛去,也就是當離心管由圖中的0位轉到1位時，顆粒到達離心管底部A位。對于離心管而言，樣品顆粒由頂位移到了A位，也就是由離心管頂部移到了底部，這與重力場中的由高處落到低處相似。這種顆粒在圓周運動時的切線運動稱為離心沉降。

實際上顆粒是在介質中運動的，顆粒作切線運動時將由于介質的摩擦阻力，使其在離心管中依圖中虛線所示的曲線運動，當離心管由0位轉到2位時，顆粒由頂位移到B位。介質的阻力越大，顆粒的沉降速度越小、沉降的距離也越短。旋轉速度越大，顆粒在離心管中沉降越快。