当前课程知识点:基础生物化学实验 > 第二章 生命科学三大必备仪器的使用 > 第七节 离心机的设计原理和使用规范 > 离心机的设计原理和使用规范
早在18世纪的时候
有一位英国的军事工程师
他发明了一种
可以用于确定
阻力的旋转臂装置
这个就被认为是离心机的雏形
1864年的时候
有一个人提出了一种乳制品
离心机
把奶油和牛奶分离的想法
他的兄弟随后就把这个想法付诸了实践
并且在1875年展出了一台乳汁提取机
在随后的100多年中
离心机
逐步被广泛的应用于生物学
医学
制药等领域的研究和生产之中
离心机制造业取得
了很大的发展
根据不同的应用场景
离心机的
结构和操作性能各异
但是它的基本结构变化并不大
所有的离心机
都可以看成是具有快速旋转容器的机器
通过旋转对容器中产生离心场
内容物在离心场中受到离心力
的作用而被分离
我们把离心力用大写的G来表示
其大小
就可以通过这个公式来计算
其中ω为角速度
r为
旋转力臂半径
由于离心机的
驱动系统都是用电机
而电机的速度通常以
每分钟的转速N来表示
我们把角速度和转速的关系
带入离心力的公式
就可以得到下面这个公式
其中R为旋转力臂半径
N为
每分钟的转速
在这个公式里
如果离心力转速的时间单位换成秒的话
就可以整理成这样
此时离心力
加速度的单位是厘米每秒的二次方
可以看出离心力加速度的单位
与重力
加速度的单位是一致的
所以离心力可以用重力
加速度的倍数来表示
我们通常把这种称之为相对
离心力
用RCF来表示
通过一系列的计算
我们就得到了
相对离心力
和转速的公式
一般情况下
低速离心
转速单位
以每分钟的转动次数RPM来表示
而高速离心则会以重力加速度G
的倍数来代替转速
相对离心力也可以
通过这个公式计算
也可以通过离心机
转速与
相对离心力的
列线图直接查出来
在这张图里
N为
离心机 每分钟的转数
单位为r/min
RCF为
相对离心力
以重力加速度的倍数来表示
一般用G或×G表示
R为离心机
转子的半径
对于角转子来说
指的就是转子的半径
而对于水平转子来说
指的是从离心管中轴底部内壁到离心机
转轴
中心的距离
单位
是厘米
查离心参数的具体方法是
先在R标尺上取已知的半径
然后在N标尺上找到我们计划离心的转速
半径和转速的
连线
与RCF标尺上的交叉点
即为此
半径转速下的离心力数值
举个例子
比如我们的离心半径是5厘米
在这里标记一下
计划使用的转速是4000转每分钟
那么这两个点
的连线与
RCF标尺的交叉
我们就可以查阅
那么这两个点的连线与RCF标尺的交叉点
我们就可以查出来
它的相对离心力是900G
同样的
如果我们也可以设计好
对离心力
而查转速
同学们可以自己试一试
那么问题又来了
我们都知道样品装在离心管
里有一定的高度
所以位于上层
的液体距离
中心轴的半径短
而位于管底的液体距离中心轴的半径长
他们所受的离心力是一样的吗
请注意离心管上层和下层的
相对离心力
确实是不同的
所以一般离心
数据通常指的是
相对
离心力的平均值
也就是距离离心管
中点处的离心力
各位同学也注意到了
我们刚才讲到了两种转子
分别是水平转子和角转子
水平转子的样品管被装入
各个桶或者是托盘中
这些桶或托盘在转子静止的时候垂直悬挂
当转子开始旋转的时候
会向外摆动到水平位置
溶液中的组分相对管壁的位置
在水平转子离心的过程中
和离心后不会发生改变
离心的效果很好
可以用于细胞
细胞器的
分离和密度梯度离心
也可以用于酶标板的离心
而角转子
它其中离心管与离心机中轴
之间会有一个固定的角度
一般从14度到45度之间不等
离心的过程中
液体中的物质颗粒会碰到管壁
然后再沿着管壁到管底形成沉淀
角转子可以让我们快速的收集沉淀
但是由于管壁的作用
在离心管中会形成对流
所以对于沉降
速度接近的物质会有影响
因此适合
离心沉降
速度有显着差异的颗粒样品
比如微生物 细胞或者生物大分子等
因为离心
转速通常很高
如果离心的过程中旋转不平衡
就会引发中心轴偏移
严重的时候甚至会引起轴承断裂
或者转子飞出而非常危险
因此在使用的过程中请
特别注意平衡离心管
务必确保放入
离心机对侧
的一对离心管完全等重
并且根据转子的设计要求
稳妥的固定和盖盖子
以上我们就介绍了离心机的
设计原理和基本使用规范
我们将在后面的学习中详细的
讲解实际操作中的注意事项
请同学们继续学习
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