用于將材料分離成生物化學(xué)實驗室中的亞組分的zui常用設(shè)備之一是離心機。離心機是一種高速旋轉(zhuǎn)液體樣品的裝置，因此產(chǎn)生強大的向心力，使得密度較大的材料比在正常重力下更快地向離心管底部移動。

離心機的類型。離心機類型的主要區(qū)別特征是速度和容量。在典型的生物化學(xué)實驗室中，您將找到三種不同的離心機（在您的生物化學(xué)教學(xué)實驗室也是如此）。zui小的是所謂的微型離心機。它們用于旋??轉(zhuǎn)1至2毫升塑料離心管，速度可達每分鐘12或13千轉(zhuǎn)。它們中有非常小的輕轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子是離心機的一部分，包含樣品管的孔），它們可以快速加速和減速。這些離心機非常便于低速到中速離心少量材料。

下一個常見尺寸的離心機是大型超速離心機。它們具有高達約20,000rpm的速度并且可以采用各種尺寸的管，這取決于轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子越大，zui大速度越慢）。典型的管子可以容納25或30毫升，但是使用正確的轉(zhuǎn)子可以運行大到幾百毫升的瓶子。

zui后，大多數(shù)生物化學(xué)實驗室都可以使用超速離心機。典型的現(xiàn)代版本可提供高達70,000 rpm的速度。再次，管的尺寸和zui大速度在轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間變化，但是可以獲得高達約60毫升的管尺寸。

離心后的理論。這里的想法非常直接和機械。如果您希望將較致密的材料與較不致密的材料分離，則需要一種力來區(qū)分不同密度的顆粒。想想有一塊巖石和一塊發(fā)泡膠的游泳池。巖石比水密，因此它下沉。聚苯乙烯泡沫塑料的密度低于水，因此它漂浮。密度當(dāng)然是每單位體積的質(zhì)量。所以，如果你的袋子里裝滿了巖石和發(fā)泡膠，而你想要將它們從另一個中分離出來，那就在地球引力的影響下將混合物倒入水中。巖石將取代水，因為它們對于給定的體積具有更大的質(zhì)量，并且重力將它們拉過水。另一方面，

然而，有許多東西的密度比巖石和發(fā)泡膠更接近，并且在地球引力下將它們分開要困難得多。此外，隨著隨機運動模糊由于密度引起的微小差異，擴散始終起作用。為了克服這個問題，或者有時只是為了使分離過程更快，zui好能夠產(chǎn)生比單獨使用地球引力更大的質(zhì)量（密度）相關(guān)力的方法。產(chǎn)生質(zhì)量依賴力的另一種方法是旋轉(zhuǎn)某物。正如你從物理學(xué)中所知道的，運動中的身體往往沿著直線路徑繼續(xù)運動，除非施加一些力來改變它的路徑。因此，為了迫使某些東西進入一個圓圈，我們必須施加力量將它拉向中心。總是會產(chǎn)生相等且相反的力，從中心推出。這是一種先天力，它只是物體的質(zhì)量乘以阻止它沿直線向外飛行所需的加速度。因此，具有較大質(zhì)量（對于給定體積）的物體將施加較大的力并且它們將比具有較低質(zhì)量/體積的物體更快地朝向容器的外邊緣移動。

保持物體沿直線路徑向外飛行所需的加速度由w 2 r 給出，其中希臘字母omega代表旋轉(zhuǎn)速度（見下面的單位），r是從旋轉(zhuǎn)軸到旋轉(zhuǎn)軸的距離。樣品的位置。為了獲得樣品感受到的力，我們將其乘以樣品的質(zhì)量：F = m w 2 r，其中F是力，m是質(zhì)量。請注意關(guān)于這個等式的兩件事。它與物體的質(zhì)量成線性比例，但力隨著轉(zhuǎn)速的平方而增加。因此，從1000 rpm到10,000 rpm，所涉及的力增加了100倍。

一些實際考慮。因此，假設(shè)我想以50,000轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)兩個30毫升的水管。涉及哪種力量？那么，為了比較，考慮當(dāng)坐在工作臺上時，重力加速對30毫升水施加的力。重力加速度約為10米/秒2（每秒平方10米）。30毫升水的質(zhì)量約為30克或約0.03千克。因此，1g（重力加速度的1倍）所涉及的力為0.3kg m / s 2或0.3牛頓。在50,000轉(zhuǎn)/分鐘怎么樣？shou先，我們需要進行一些單位轉(zhuǎn)換。50,000 rpm是50,000/60 =每秒830發(fā)。此外，為了使單位成功，我們必須將每秒輪數(shù)轉(zhuǎn)換為每秒弧度（有2 p完整圓形或圓形的弧度因此乘以該因子）。這給出了每秒5200弧度（這在等式中是歐米茄）。力為m w 2 r，因此總力為66,000 N（假設(shè)樣品距離旋轉(zhuǎn)中心約8 cm）。為了獲得比重力更大的次數(shù)，我們除以0.3（見上文）并得到大約220,000克。這意味著在50,000轉(zhuǎn)/分鐘下旋轉(zhuǎn)的水樣相當(dāng)于正常重力下的13,000磅卡車。

如果你看一下超速離心機，你會發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子（包含樣品的東西）坐在一根軸上。軸很小，實際上搖擺不定。你無法從這個軸懸掛13,000磅的卡車。那么它是怎樣工作的？它的作用是因為對稱性。您總是必須在具有相同總質(zhì)量的感興趣樣品的正對面。因此，兩個質(zhì)量塊和它們上的力平衡，軸感覺沒有扭矩。這個故事的寓意是你必須平衡離心管的管子。對于超速離心機運行，必須非常非常小心地平衡管子。對于超速離心機運行，我通常會嘗試將質(zhì)量控制在0.03克左右。較慢的離心機可以使用相應(yīng)不太嚴(yán)格的平衡程序。

轉(zhuǎn)子。有許多類型的轉(zhuǎn)子，但大多數(shù)屬于三類中的一類：固定角轉(zhuǎn)子，擺動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子和垂直轉(zhuǎn)子。大多數(shù)時候你會使用固定角度的轉(zhuǎn)子。偶爾使用擺動式鏟斗或垂直轉(zhuǎn)子，但不常使用任何形式（擺動鏟斗允許樣品擺動到水平面，從而提供盡可能長的粒子運動路徑。垂直轉(zhuǎn)子則相反 - 它們當(dāng)需要非常短的離心總路徑時使用。

離心應(yīng)用的類型。 離心機的使用方法有很多種。通常情況下，它們會被用來沉淀一些物質(zhì)，剩下的就是溶液。然而，人們還可以使用另外兩種常用的分離材料：平衡密度沉降和動態(tài)密度沉降。在**種情況下，材料要么層疊在一些材料之上，要么混合成一些材料，這些材料既可以預(yù)先形成密度梯度，也可以在高速旋轉(zhuǎn)時變成密度梯度。然后運行離心機，直到材料在管內(nèi)找到其特定密度的帶。動力學(xué)密度方法通常還涉及長程運行，其允許分子找到具有相同密度的介質(zhì)區(qū)域并達到平衡。在動態(tài)密度沉降中，您不會將梯度運行到zui后。