高数冷冻离心机原理及应用优秀课件.ppt

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1、高数冷冻离心机原理及应用第1页，本讲稿共28页v掌握离心分离的原理掌握离心分离的原理v熟悉离心机主机的基本构件及操作程序熟悉离心机主机的基本构件及操作程序v了解离心机的安全使用和日常保养了解离心机的安全使用和日常保养【实验目的【实验目的】第2页，本讲稿共28页离心分离原理离心分离原理重力分离重力分离重力分离重力分离离心分离离心分离离心分离离心分离地球引力地球引力地球引力地球引力离心力离心力离心力离心力沉淀池内沉淀池内沉淀池内沉淀池内 高速旋转的转鼓内高速旋转的转鼓内高速旋转的转鼓内高速旋转的转鼓内 需要很长时间，占用很多面积，特需要很长时间，占用很多面积，特需要很长时间，占用很多面积，特需要很

2、长时间，占用很多面积，特别当密度差很小、粘度较大时，分别当密度差很小、粘度较大时，分别当密度差很小、粘度较大时，分别当密度差很小、粘度较大时，分离难以实现。离难以实现。离难以实现。离难以实现。只需较短的时间即能获得重力沉降的只需较短的时间即能获得重力沉降的只需较短的时间即能获得重力沉降的只需较短的时间即能获得重力沉降的效果效果效果效果 【实验原理】【实验原理】第3页，本讲稿共28页 当悬浮液绕轴旋转时，悬浮中的微粒就同时受到背向转轴方向的离心力和正向转轴方向的介质浮力的双向作用，微粒的运动轨迹取决于所受合力的方向。根据物理学原理推导可知：F合=F离-F介=Vr4p2N2r/3600-Vs4p2

3、N2r/3600=V4p2N2r/3600（r-s）式中V表示微粒的体积，N表示每分钟的转数，r表示微粒至转轴的距离，p与s分别表示微粒与其介质的密度。当r=s时，F合=0，微粒受力平衡，故将维持距转轴恒定的距离转动，也就不可能被分离开；当rs时，F合s时，F合0，微粒主要受离心力作用而向远离转轴方向移动，直至沉淀到容器底部。因此，因此，rsrs是微粒从悬浮液中进行离心分离的基本条件。使用普通离心是微粒从悬浮液中进行离心分离的基本条件。使用普通离心机的根本目的就在于使这样的微粒从悬浮液中分离出来。机的根本目的就在于使这样的微粒从悬浮液中分离出来。离心力及其作用离心力及其作用第4页，本讲稿共28

4、页 从从理理论论上上讲讲，凡凡是是能能通通过过离离心心分分离离的的微微粒粒在在悬悬浮浮液液静静置置时时，受受重重力力与与浮浮力力的的共共同同作作用用也也能能自自动动沉沉降降而而得得以以分分离离，只只是是分分离离所所需需时时间间较较长长，效效果果较较差差，沉沉降降本本领领较较弱弱。一一般般常常用用相相对对离离心心力力（RCFRCF）的的大大小小来来表表示示离离心心分分离离的的本本领领强强弱弱。相相对对离离心心力力是是指指微微粒粒在在离离心心分分离离时时所所受的合力（受的合力（F F合合）与在静置分离时所受合力（）与在静置分离时所受合力（F F合合）的比值。）的比值。F F合合=Vrg-Vsg=V

5、g=Vrg-Vsg=Vg（r-sr-s）故故RCF=FRCF=F合合/F/F合合=4p=4p2 2N N2 2r/3600gr/3600g 由由于于4p4p2 2N N2 2r/3600r/3600就就是是微微粒粒处处的的角角加加速速度度，所所以以相相对对离离心心力力又又是是微微粒粒在在离离心心时时的的角角加加速速度度与与在在静静置置时时的的重重力力加加速速度度之之比比。很很明明显显，只只要要调调节节N N或或/和和r r就就可可影影响响RCFRCF的的值值，从从而而改改变变其其离离心心分离本领。实验中分离本领。实验中RCFRCF的值常用多少倍于重力加速度表示，如的值常用多少倍于重力加速度表示

6、，如1000g1000g。第5页，本讲稿共28页离心力与作用时间的积累效应离心力与作用时间的积累效应 微粒在悬浮液中被分离的速度快慢除与转动的转数大小有关外，还与离心时间长短有关，即离心力作用于微粒上具有时间积累效应。衡量时间积累效应高低的物理量常用冲量矩的大小来表示，冲量矩（Lt）的值等于离心力的力矩（L）与离心时间(t)的乘积，依物理学原理可推导出：Lt=（2pRn/60）2t，即冲量矩的大小与转速（N）的平方和时间的乘积成正比。由此可见，在同一离心转头的条件下（N，r一定），转动时间越长，冲量矩越大，分离效果越好。对同一悬浮液，因转动的时间不同而有不同的冲量矩，若调节影响冲量矩的两个可变

7、因子即转速(N)和时间（t），可以在较低转、速较长时间得到较高转速、较短时间同样的冲量矩，从而得到相同的分离效果。但是，若转速相差太大，则会受扩散作用影响而使较低转速离心的分离效果下降。第6页，本讲稿共28页 实实验验过过程程中中，欲欲使使沉沉淀淀与与母母液液分分开开，常常使使用用过过滤滤和和离离心心两两种种方方法法。但但在在下下述述情情况况下下，使用离心方法效果较好。使用离心方法效果较好。v 沉淀有粘性或母液粘稠。沉淀有粘性或母液粘稠。v 沉淀颗粒小，容易透过滤纸。沉淀颗粒小，容易透过滤纸。v 沉淀量过多而疏松。沉淀量过多而疏松。v 沉淀量很少，需要定量测定。或母液量很少，分离时应减少损失。

8、沉淀量很少，需要定量测定。或母液量很少，分离时应减少损失。v 沉淀和母液必须迅速分开。沉淀和母液必须迅速分开。v 一般胶体溶液。一般胶体溶液。第7页，本讲稿共28页离心技术概述离心技术概述 离心技术就其原理来说属于一种物理的技术手段，目前在农业、医药、食品卫生、生物制品、生物工程、细胞生物学、分子生物学和生物化学等诸多领域里得到了广泛的应用，使离心机，尤其是超速离心机已成为现代生物化学实验室中不可缺少的必备设备。为了满足生产、科研和教学的不同需要，不同类型、不同规格和不同用途的离心机应运而生，且随着整个科学技术的发展不断地得到改进、提高和更新。离心机的种类离心机的种类工业用途工业用途 低速（低

9、速（N 30,000 rpm）实验用途实验用途分析用途：分析超速离心机分析用途：分析超速离心机制备用途制备用途普通离心机普通离心机水平式离心机水平式离心机斜角式离心机斜角式离心机冰冻离心机冰冻离心机大容量冷冻离心机大容量冷冻离心机高速冷冻离心机高速冷冻离心机超高速冷冻离心机超高速冷冻离心机第8页，本讲稿共28页不同类型的离心机不仅具有不同的构造，而且具有不同的应用范围。普通离心机的最大转速在10000 rpm以下，最大相对离心力小于10000g，容量从几十毫升至几升，分离形式是固液沉降分离，转子有角式和外摆式，其转速不能严格控制，通常不带冷冻系统，于室温下操作。这种离心机多用交流整流电动机驱动

10、，电机碳刷易磨损，转速由电压调压器调节，起动电流大，速度升降不均匀，一般转头是置于一个硬质钢轴上，因此离心前精确平衡离心管及其内容物极为重要，否则易造成的离心机损坏。在现代实验室中，普通离心机通常在下列情况下用于物质的分离和提取：（1）沉淀有粘滞；（2）沉淀颗粒小，容易透过滤纸；（3）沉淀量过多而疏松；（4）沉淀量过少，而需要定量分析；（5）母液粘稠；（6）母液量很少，分离时需减少损失；（7）沉淀和母液需迅速分离；（8）一般胶体溶液。第9页，本讲稿共28页高速离心机能够对样品溶液中的悬浮物质进行高纯度的分离、浓缩、精制和提取，多用于血液、细胞、蛋白质、酶、病毒、激素等的分离制备和收集。高速冷冻

11、离心机一般最大转速为1000030000rpm，最大相对离心力为90000g左右，最大容量可达3升，分离形式也是固液沉降分离，转头配有各种角式转头、荡平式转头、区带转头、垂直转头和大容量连续流动式转头、一般都有制冷系统，以消除高速旋转时转头与空气之间摩擦而产生的热量，离心室的温度可以调节和维持在040，转速、温度和时间都可以严格准确地控制，并有指针或数字显示，通常用于微生物菌体、细胞碎片、大细胞器、硫酸铵沉淀物和免疫沉淀物等的分离与纯化工作，但不能有效地沉降病毒、小细胞器(如核蛋白体)或单个分子。第10页，本讲稿共28页 超速离心机目前主要用于：超速离心机目前主要用于：（1 1）测定生物大分子

12、和高分子聚合物的沉降系数（）测定生物大分子和高分子聚合物的沉降系数（S S）、扩散系数（）、扩散系数（D D）和）和分子量（分子量（M M）；）；（2 2）研究生物大分子的大小和形状；）研究生物大分子的大小和形状；（3 3）研究生物大分子的缔合、离解和降解；）研究生物大分子的缔合、离解和降解；（4 4）追随分离高分子的提纯过程，鉴定其均一程度，测定其组成和浓）追随分离高分子的提纯过程，鉴定其均一程度，测定其组成和浓度；度；（5 5）分离提纯血清脂蛋白；）分离提纯血清脂蛋白；（6 6）发现异常血清蛋白质成分等。）发现异常血清蛋白质成分等。第11页，本讲稿共28页离心机的构造与转速的关系构造低速离

13、心机 高速冷冻离心机 超速离心机壳体部分（转头室、转头）壳体部分（转头室、转头）控制部分（电机及传动装控制部分（电机及传动装置、速度控制、安全保护置、速度控制、安全保护装置）装置）冷冻部分（制冷机）冷冻部分（制冷机）真空部分（真空泵、扩散真空部分（真空泵、扩散泵）泵）辅助装置（增速辅助、密辅助装置（增速辅助、密度成型器）度成型器）：有；：有；：无。：无。第12页，本讲稿共28页Sigma3K-30高速冷冻离心机高速冷冻离心机Sigma1-15K高速冷冻离心机高速冷冻离心机第13页，本讲稿共28页简要说明简要说明A A所有相关参数，如转速、离心力、时间和温度均可以设定所有相关参数，如转速、离心力

14、、时间和温度均可以设定B B转速、离心力参数可以放大观察转速、离心力参数可以放大观察C C适用转头的参数可以检索显示适用转头的参数可以检索显示D D离心设定程序可以调用修改离心设定程序可以调用修改产品规格产品规格产品规格产品规格 H x W x D H x W x D H x W x D H x W x D 400 x 550 x 650 mm 400 x 550 x 650 mm 400 x 550 x 650 mm 400 x 550 x 650 mm 最大容量最大容量最大容量最大容量6 x 85 ml6 x 85 ml6 x 85 ml6 x 85 ml净重净重净重净重(无转子无转子无转

15、子无转子)100 kg100 kg100 kg100 kg电源电源电源电源230 V/50 Hz230 V/50 Hz230 V/50 Hz230 V/50 Hz电机电机电机电机免维护无碳刷电机免维护无碳刷电机免维护无碳刷电机免维护无碳刷电机噪音噪音噪音噪音64 dB64 dB64 dB64 dB离心功率离心功率离心功率离心功率700 W700 W700 W700 W制冷功率制冷功率制冷功率制冷功率560 W 560 W 560 W 560 W 最大转速最大转速最大转速最大转速30000 rpm30000 rpm30000 rpm30000 rpm最小转速最小转速最小转速最小转速100 rpm

16、100 rpm100 rpm100 rpm最快加速时间最快加速时间最快加速时间最快加速时间30 sec30 sec30 sec30 sec最小减速时间最小减速时间最小减速时间最小减速时间14 se c14 se c14 se c14 se c技术指标技术指标 Sigma3K-30高速冷冻离心机高速冷冻离心机第14页，本讲稿共28页详细说明：详细说明：1 1、台式高速冷冻离心机，最大离心力可达、台式高速冷冻离心机，最大离心力可达60000 g60000 g以上以上2 2、离心转速范围、离心转速范围100 rpm 100 rpm 30000 rpm 30000 rpm，设定步长，设定步长1 rpm

17、1 rpm3 3、所有可能的运行参数均可以任意设定、所有可能的运行参数均可以任意设定4 4、离心转头自动识别，可以防止转子过速运转、离心转头自动识别，可以防止转子过速运转5 5、多种规格角转头可选，适配离心管范围从微量管到、多种规格角转头可选，适配离心管范围从微量管到85 mL(1085 mL(10mL)6 6、可选配一种水平转头、可选配一种水平转头7 7、配置高效致冷系统，温度范围、配置高效致冷系统，温度范围-20-20 40408 8、无需离心机运转即可完成转头预冷、无需离心机运转即可完成转头预冷9 9、无碳刷免维护变频电机，使用寿命长、无碳刷免维护变频电机，使用寿命长1010、高品质的电

18、机系统、高品质的电机系统1111、自动离心机盖闭锁功能、自动离心机盖闭锁功能1212、产品符合、产品符合IEC 1010IEC 1010等国际安全标准等国际安全标准Sigma3K-30高速冷冻离心机高速冷冻离心机第15页，本讲稿共28页产品规格产品规格产品规格产品规格 H x W x D H x W x D H x W x D H x W x D 300 x 365 x 585 mm 300 x 365 x 585 mm 300 x 365 x 585 mm 300 x 365 x 585 mm 最大容量最大容量最大容量最大容量30 x 1.530 x 1.5-2.2mL2.2mL 净重净重净

19、重净重(无转子无转子无转子无转子)100 kg100 kg100 kg100 kg电源电源电源电源220 V/50 Hz220 V/50 Hz220 V/50 Hz220 V/50 Hz电机电机电机电机免维护无碳刷电机免维护无碳刷电机免维护无碳刷电机免维护无碳刷电机噪音噪音噪音噪音 56 dB(56 dB(最大转速时最大转速时最大转速时最大转速时)离心功率离心功率离心功率离心功率200 W200 W200 W200 W制冷功率制冷功率制冷功率制冷功率300 W 300 W 300 W 300 W 最大转速最大转速最大转速最大转速14000 rpm14000 rpm14000 rpm14000

20、rpm最小转速最小转速最小转速最小转速100 rpm100 rpm100 rpm100 rpm最快加速时间最快加速时间最快加速时间最快加速时间18 sec18 sec18 sec18 sec最小减速时间最小减速时间最小减速时间最小减速时间20 sec20 sec20 sec20 sec技技术术指指标标 Sigma1-15K-高速冷冻离心机高速冷冻离心机第16页，本讲稿共28页台式高速冷冻离心机，用于微量管的离心沉降处理24孔水平转头，用于1.5mL至2.2mL微量离心管的离心30孔或24孔角转头，包括离心盖40孔角转头，用于0.25mL至0.4mL微量离心管的离心最高转速时最低温度：4 免维护

21、无碳刷变频电机驱动，并具有“正常”和“柔和”制动功能液晶显示运行温度、离心速度和离心力及时间预设运行时间最长可达30分钟或持续运转以秒为单位显示“短时运转”钢制机身，保证安全性和稳定性，低噪音 顶盖关闭锁定装置，安全可靠，符合国际安全标准（IEC 1010）Sigma-1-15K-高速冷冻离心机高速冷冻离心机详细说明：详细说明：第17页，本讲稿共28页一、离心机的准备一、离心机的准备 在离心操作前必需首先准备好离心机。备机包括：1.机型的选择：即根据具体的实验要求选择水平式离心机或斜角式离心机。2.离心套筒的准备：检查离心套筒内是否有橡皮缓冲胶垫，胶垫上若附着碎玻璃等杂物应清除。3.离心机检查

22、：检查离心机安放是否平稳，转轴是否牢固，润滑是否良好，离心腔内有无异物，缸盖能否锁紧等。二、电源的准备二、电源的准备 电源应选择与离心机使用说明书相吻合的电源，电原插座必须有地线以保证离心安全。若实验室没有合适的电源，则应重新安装电源线，电源插座应靠近离心机以方便操作。三、平衡附件的准备三、平衡附件的准备 平衡附件包括：1.天平：普通离心机用11000的台秤进行离心平衡，台平上固定两个等重的烧杯，以备平衡之用。2.离心管和配平管：离心管用于装离心液，配平管用于装配乎液(注意：配平管的长度一般不宜超过离心管的长度，以避免水平离心时被转轴打碎)。3.烧杯与皮头吸管：烧瓶用来盛配平液，皮头吸管用来吸

23、配平液进行配平。四、离心液的准备四、离心液的准备 离心液应根据具体的实验要求进行准备。五、试机五、试机 在以上准备完成以后，应先让离心机进行空载运转，密切观察空载运转情况是否正常，在无异常时方可进行离心。【实验准备】【实验准备】第18页，本讲稿共28页1取离心管装上离心液放于一对重量相近的离心套筒的橡胶孔中，离心液面距离心管口至少应留2cm的距离，以免离心时离心液溅出。2调平称量天平，将置于离心机对称位置上的离心套筒、离心管及内盛物配平，相差不超过0.05克，将平衡好的离心套筒放于离心机支架对称位置的吊环中，上离心机缸盖，锁牢。3检查离心机是否安放平稳，电源开关及调速杆。4设置离心机的操作参数

24、（速度、时间、温度）。5插上电源插头，打开电门开关。6按Start键，离心机运行。，离心完毕，将调速杆缓慢退回到零位”，关掉电门，拔下电源插头，任离心机自停（切记：不能用手助停，以免沉淀物泛起、损坏离心转轴、碰伤人的肢体）。7待离心机完全停止转动后，打开缸盖取出离心套筒及离心管。8清洁离心套筒、离心管及离心腔。9.纪录离心机的使用情况。【实验操作】【实验操作】第19页，本讲稿共28页1.离心前必需将放置于对称位置上的离心套筒、离心管及离心液进行精确平衡，重量差不超过0.05克。对于高速和超速离心机，不仅要求重量平衡，而且要求配平液的密度与离心液的密度相等，以达到力矩平衡。2.离心机安放要求水平

25、、稳固，转轴上的支架要牢固，转轴润滑良好，吊栏应活动自如，保证离心机的正常运转。3.离心管盛液不宜过满，避免腐蚀性液体溅出腐蚀离心机，同时造成离心不平衡。4.离心开始前应检查转头是否拧紧。放入离心套筒后应紧盖、锁牢，防止意外事故的发生。离心完毕应关电门、拔掉电源插头任机自停，严禁用手助停，以免伤人损机，使沉淀泛起。5.注意离心机的保养和“四防”。离心机使用完毕，要及时清除离心机内水滴、污物及碎玻璃渣，擦净离心腔、转轴、吊环、套筒及机座。经常做好离心机的防潮、防过冷、防过热、防腐蚀药品污染，延长使用寿命。6.离心过程若发现异常情况应立即按Stop键，然后，再进行检查。如听到碎玻璃渣声响，可能是试

26、管被打碎，应重新更换试管。若整个离心机座转动起来，则是严重不平衡所至。若离心机不转动，则可能是电泳无电或保险丝烧断，应重新更换保险丝。若发生机械或电机故障，应报告指导教师请专门维修人员检修。【注意事项】【注意事项】第20页，本讲稿共28页一一.离离心心机机在在预预冷冷状状态态时时，离离心心机机盖盖必必须须关关闭闭，离离心心结结束束后后取取出出转转头头要要倒倒置置于于实实验验台台上上，擦擦干干腔腔内内余余水水，离心机盖处于打开状态。离心机盖处于打开状态。二二.转转头头在在预预冷冷时时转转头头盖盖可可摆摆放放在在离离心心机机的的平平台台上上，或或摆摆放放在在实实验验台台上上，千千万万不不可可不不拧

27、拧紧紧浮浮放放在在转转头头上上，因因为为一一旦误启动，转头盖就会飞出，造成事故！旦误启动，转头盖就会飞出，造成事故！三三.转转头头盖盖在在拧拧紧紧后后一一定定要要用用手手指指触触摸摸转转头头与与转转盖盖之之间间有有无无缝缝隙隙，如如有有缝缝隙隙要要拧拧开开重重新新拧拧紧，直至确认无缝隙方可启动离心机。紧，直至确认无缝隙方可启动离心机。四四.在在离离心心过过程程中中，操操作作人人员员不不得得离离开开离离心心机机室室，一一旦旦发发生生异异常常情情况况操操作作人人员员不不能能关关电电源源(POWER(POWER），要按），要按STOPSTOP。在预冷前要填写好离心机使用记录。在预冷前要填写好离心机使

28、用记录。五五.不得使用伪劣的国产离心管，不得使用老化、变形、有裂纹的离心管。不得使用伪劣的国产离心管，不得使用老化、变形、有裂纹的离心管。六六.在节假日和晚间最后一个使用离心机例行安全检查后方能离去。在节假日和晚间最后一个使用离心机例行安全检查后方能离去。七七.在仪器使用过程中发生机器故障，部件损坏情况时要及时与我们联系。在仪器使用过程中发生机器故障，部件损坏情况时要及时与我们联系。【离心机使用守则】【离心机使用守则】第21页，本讲稿共28页1离心机的保养应做到哪离心机的保养应做到哪“四防四防”?2普通离心机在使用前应先检查哪些项目普通离心机在使用前应先检查哪些项目?3离心平衡的要点有哪些离心平衡的要点有哪些?4离心机的操作全过程有哪些要点离心机的操作全过程有哪些要点?5.离心过程中发现异常情况首先应如何处理离心过程中发现异常情况首先应如何处理?6离心完毕为什么只能任机自停而不能用手或其它方法助停离心完毕为什么只能任机自停而不能用手或其它方法助停?7离心机使用完毕，还需做哪些善后工作离心机使用完毕，还需做哪些善后工作?8高速离心机主要由哪些系统构成高速离心机主要由哪些系统构成?9.离心操作的注意事项有哪些离心操作的注意事项有哪些?10.在使用高速离心机时试样为何必须等量、对称放置？在使用高速离心机时试样为何必须等量、对称放置？测测试试题题第22页，本讲稿共28页