离心技术

离心技术 离心(centrifugation)技术是将含有微小颗粒的悬浮液置于转头中，利用转头绕轴旋转所产生的离心力，将悬浮的微小颗粒按密度或质量的差异将其分离的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 一、 基本原理 1、重力场中的沉降 要把样品中的微粒从液体中分离出来，最简单的方法是将液体静置一段时间，液体中的微粒受重力的作用，使得较重的微粒下沉，与液体分开，这就是重力沉降。微粒在介质中的沉降受到介质的浮力、介质阻力及扩散现象的影响。根据阿基米德原理，物体在介质中受到浮力 作用，其大小等于物体所排开同体积介质的质量： （1） 使微粒下沉的力 若 > F向下，微粒下沉。 若 < F向上，微粒上浮。 若 = F为零，微粒处于平衡悬浮状态。 沉降过程中，当微粒在介质中向下移动的速度增加时，微粒与介质分子摩擦而产生阻力Ft，其大小与物体的运动速度成正比，即 微粒在重力场作用下在介质中开始沉降时，其速度很大，阻力也很大。微粒进行加速运动，当阻力增加到与微粒所受重力相当时，微粒运动的加速度为零，此时微粒 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为等速运动。通常把微粒等速沉降运动时的速度称为沉降速度，可写为： 样品的质量差别很大，质量越大的微粒在重力场中的沉降速度越大，质量的大小对微粒的沉降速度产生很大的影响。扩散作用是影响微粒沉降的另一个重要因素。微粒的扩散方向与重力沉降方向相反，微粒越小其扩散作用越大。如微粒的质且太小，扩散作用很强，当重力场中的沉降速度与扩散速度相当时，就观察不到明显的重力沉降。如要将这种质量很小的微粒沉降分离出来，只有在离心力场作用下才可能实现。 2、离心力 离心技术是根据微小颗粒物质在离心场中的运动行为建立并发展起来的。离心机的转头能够以稳定的角速度做圆周运动，从而产生一个强大的辐射向外的离心力场，它赋予处于其中的任何物体一个离心加速度，使之受到一个外向的离心力。离心机所产生的向心加速度（G），通常以如下方程式表示： 离心力Fc： 3、沉降速度 沉降速度是指在强大的离心力作用下，单位时间内物质颗粒沿半径方向运动的距离。 被分离物质颗粒在离心管中与转头一同旋转时承受着沿半径方向的直接离心力Fc的作用，由于颗粒处在液体介质中，还必须考虑浮力的作用，因此我们用有效质量来表示被分离颗粒物质在离心场中质量的大小，即 假定颗粒为球形，则 颗粒受Fc作用沿半径方向运动，当颗粒以速度v(cm/s)沉降时，又受到摩擦力(Ff)的作用。 f为摩擦系数，与介质的粘度( )和颗粒的线性大小有一定关系，对一个球形颗粒来说，按照Stoke’s定律 颗粒受Fc和 Ff的合力作用向管底沉降。当Fc=Ff时，颗粒达到其最终速度，并保持匀速运动。即 整理得 因为 所以 由此可以看出，颗粒沉降速度与三方面的因家有关： (1)颗粒本身的性质 沉降速度与颗粒直径和密度成正比。密度相同时大颗粒比小颗较沉降快，大小相同时，密度大的颗粒比密度小的沉降快。 (2)介质的性质 沉降速度与介质的粘度、密度成反比，介质粘度、密度大，则颗粒沉降慢。 (3)离心条件 颗粒沉降速度与离心时转速和旋转半径成正比。如果其他的条件不变，沉降速度随着r的增大而增大，在进行速度区带离心时，r对沉降速度的这种影响不利于达到满意的分离效果，所以需要在沿半径方向上相应地增加介质的密度和粘度以克服r的增加造成的影响。 4、沉降系数 沉降系数是指单位离心力作用下颗粒沉降的速度，以s来表示。 假定颗粒为球形 ，可看出：沉降系数s的值与颗粒的形状、大小和密度，以及离心所使用的介质的密度和粘度有关，而与转头的速度和类型无关。 5、沉降时间 样品颗粒完全沉降到管底内壁的时间tm，可以下列方程式表示： x2表示旋转中心到离心管底内壁的距离 x1表示旋转中心到样品溶液弯月面之间的距离 二、离心机的构造 离心机可按转速的大小(机头的额定最高转速)分为低速离心机(<10×103r/min),高速离心机(10×103-25×103 r/min)和超速离心机(>30×103 r/min)三种类型。离心机的基本构造大致分为离心室、驱动系统、制冷系统、真空系统、控制系统等五大部分。 常见离心转头的分类： 角度转头：是各种类型离心机的基本转头和最高速转头。角度转头中离心管的中心线与旋转轴的夹角一般在15到40度之间，角度转头常用铝或钛合金制作，呈圆锥形。角度转头具有强度高，重心低，运转平稳，离心时间短，寿命长，使用方便等优点。但角度转头具有壁效应，即靠近离心管外壁部形成强烈对流和涡旋，影响分离纯度。角度转头多用于速度沉淀制备离心及样品的浓缩等。 沉降颗粒在角度转子中离心时的行为和结果 水平转头：由铝合金或钛合金制成，转轴上装有吊篮，离心时将离心管放人吊篮中，当离心开始后，离心管中心线在转头加速过程中由与旋转中心线平行而逐渐变为垂直。即离心管方向与离心力方向一致，使得样品在离心过程中具有相对最长的粒子移动路径，同时减少了由于对流和涡旋而引起的壁效应，提高了分离纯度。由于离心管与转头旋转轴呈垂直位置，相应增加了沉降距离，所以离心时间也相应增长。 沉降颗粒在水平转头中离心时的行为和结果 垂直转头：是一种角度转头，离心管垂直放置。在这种转头中，样品的沉降距离特别短，对流也不明显，离心所需时间短。通常将离心管密封后垂直插人转头内。离心前，离心管中的样品液受重力的作用液面呈水平分布。离心时，由于离心力作用使液面由水平分布转为垂直分布，被分离颗粒沉降在后半管壁。这种由于离心作用使液面重新转向分布称为再定向。 离心管：不同材料的离心管耐酸碱、抗腐蚀、抗温变性能不同，能承受的压力也不一样，在使用前必须依据样品溶剂的化学性质和离心转速选择合适的离心管。常用的塑料离心管有聚乙烯管(PE)、纤维素管(CAB)、聚碳酸酯管(PC)和丙二醇酯管(PP)等。 三、离心方法 1、差速沉淀离心 差速沉淀离心指分步改变离心速度，用不同强度的离心力使具有不同质量的物质分批沉淀分离的方法，它适用于沉降速度差在一到几个数量级的混合样品的分离，对于差别较小的物质，差速离心难以得到满意的分离效果。 差速沉淀离心一般采用角度转头。在离心开始时，所有颗粒均匀地分布在整个离心管中，离心期间各种颗粒以不同速度向管底沉降，经一定时间后，最重的颗粒全部沉到管底，并得到不含这种颗粒的上清，将上清以更高速度离心一定时间，又可得到次轻的颗粒，逐渐增加离心速度，就可分批得到不同质量的物质，达到分离的目的。但是，每次得到的沉淀并不是均一的，这是由于各种大小和密度的颗粒在离心管中均匀分布，经一定时间离心后在全部最重的颗粒到达管底时，一部分较小较轻的颗粒也沉到管底混于该重颗粒之中，所以需要将沉淀再均匀地分散于溶剂中，以原来的沉淀条件再进行离心，获得的沉淀将更“纯”一些，这样反复几次就可得到较均一的沉淀，这个过程称为“洗”沉淀。每次洗出的上清合并起来以更高速度离心可分离下一个较轻的组分。 2、速度区带离心 速度区带离心是将样品置于一个平缓的介质梯度中沉降，该梯度的最大密度低于样品混合物的最小密度，样品颗粒按照其不同的沉降速率沉降，从而互相分离。离心一定时间后不同大小的颗粒将沉降在不同的层次，产生所谓区带。由于这种方法是根据颗粒的沉降速率来完成分离，且离心过程中形成区带，所以称作速度区带离心。这种方法适用于分离密度相似而大小有别的样品。 速度区带离心一般采用甩平转头或区带转头。不同大小颗粒的原始混合液加在事先装进甩平转头离心管中或者区带转头腔中的介质梯度上，在离心过程中最重的颗粒就迅速向离心管底或者区带转头的外周移动，形成一定宽度的区带，同时维持这种区带的形状不变，这便是第一层，称之为原始层。紧随第一层后，较轻颗粒形成一分离层;稍后又依次出现更轻颗粒的层次。离心一段时间后，具有不同沉降速率的颗粒就产生了彼此分离的区带。当区带沿离心半径形成最佳分布时停止离心，然后依次收集颗粒区带，所以离心结束时不形成沉淀。与差速沉淀离心法相比，速度区带离心法一次离心就能够同时分离纯化不同大小的颗粒，而不必分开进行。 3、等密度离心 等密度离心时样品被置于一个较陡峭的密度梯度中沉降，该梯度的最大密度高于样品混合物的最大密度，梯度的最小密度低于样品混合物的最小密度，当样品颗粒沿梯度运动到与颗粒的浮力密度相同的密度层时，就停止运动，这样经过一段较长时间的离心，样品中所有不同密度的颗粒就都将在各自的等密度区域中停止运动，从而分布在不同的密度梯度区域，即颗粒根据各自的浮力密度进行分级分离。由于这种离心是将样品颗粒沉降到介质中与其浮力密度相等的密度梯度区，故名之等密度离心。这种方法适用于分离大小相近而密度不同的样品。等密度离心一般使用角度转头或甩平转头。样品液通常和用来形成密度梯度的介质溶浓混合在一起装入离心管中，离心时，介质产生沿半径方向增加的密度梯度，样品颗粒则向等密度区运动。当所有颗粒都完全沉阵到各自的等密度区域后，停止离心，分部收集不同密度的溶液，即可得到被分离的样品颗粒。 四、离心机使用中特别的注意事项 第一，离心管平衡 对于普通离心机，对称于中心轴的两支离心管，平衡允许误差要≤0 .25g;如果使用的是超速离心机，并进行超速离心时，则离心管平衡允许误差要≤0 .1g。平衡时一定要注意把离心管盖一起放在台秤或天平上进行平衡，随时加好与之匹配的离心管盖。如果离心的样品份数较多时，平衡好的离心管最好用记号笔作标记，以免把平衡好的离心管不对称放置。 第二，放置离心管 把平衡好的离心管对称于转轴放入离心管仓，严禁放人奇数离心管，并拧紧转子盖。 五、目前实验室中的应用 普通离心机的基本构造一般都是马达驱动的、可以装载离心管的转头。最大转速一般为6000r/mi n。普通离心机有多种不同的型号和类别，它们的共同特点是:构造简单、低转速、无制冷系统、无真空系统、精密度低、廉价。每次离心装载容量可从10ml、50ml到几升。它主要用于固-液沉淀分离，从而得到可用的上清液或沉淀。通过这种离心机的离心可以收集易于沉降的大颗粒，或者是去除沉淀后得到上清液。 合成的DAST原料溶解在甲醇中，得到深红色溶液，将溶液在50℃保温10min后移入离心机，1500r/min持续离心15min后将上层清液取出，进行蒸发，出去一部分溶剂，多次重复后得到红色粉末颗粒。