离心技术2012课程学习.pptx

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1、会计学1离心离心(lxn)技术技术2012第一页，共41页。1.1 离心离心(lxn)技术技术基本原理基本原理离心技术离心技术（centrifugal technique）是）是根据颗粒根据颗粒(kl)在作匀在作匀速圆周运动时速圆周运动时受到一个外向受到一个外向的离心力的行的离心力的行为而发展起来为而发展起来的一种分离技的一种分离技术。术。第1页/共41页第二页，共41页。n n？第2页/共41页第三页，共41页。影响颗粒在离心场中的沉降速度的因素有：影响颗粒在离心场中的沉降速度的因素有：影响颗粒在离心场中的沉降速度的因素有：影响颗粒在离心场中的沉降速度的因素有：颗粒半径颗粒半径颗粒半径颗粒半

2、径rprp、颗粒形状（影响摩擦力、颗粒形状（影响摩擦力、颗粒形状（影响摩擦力、颗粒形状（影响摩擦力f f）、颗粒与介质的密）、颗粒与介质的密）、颗粒与介质的密）、颗粒与介质的密度差（度差（度差（度差（p-p-m m）、一定温度条件）、一定温度条件）、一定温度条件）、一定温度条件(tiojin)(tiojin)下悬浮介下悬浮介下悬浮介下悬浮介质的粘度系数（质的粘度系数（质的粘度系数（质的粘度系数（）、离心加速度）、离心加速度）、离心加速度）、离心加速度 2r2r。在确定的离心操作中，沉降速率则主要取决于悬浮颗粒受在确定的离心操作中，沉降速率则主要取决于悬浮颗粒受在确定的离心操作中，沉降速率则主要

3、取决于悬浮颗粒受在确定的离心操作中，沉降速率则主要取决于悬浮颗粒受到离心力的大小。到离心力的大小。到离心力的大小。到离心力的大小。第3页/共41页第四页，共41页。离离心心力力（centrifugal force，Fc）离离心心作作用用是是根根据据(gnj)在在一一定定角角度度速速度度下下作作圆圆周周运运动动的的任任何何物物体体都都受受到到一一个个向向外外的的离离心心力力进进行行的的。离离心心力力（Fc）的的大大小小等等于于离离心心加加速度速度2r与颗粒质量与颗粒质量m的乘积，即：的乘积，即：是旋转角速度：是旋转角速度(弧度弧度/秒秒)；r：颗颗粒粒离离开开旋旋转转中中心心的的距距离离(cm)

4、；m：质量：质量(克克)。第4页/共41页第五页，共41页。相对离心力（相对离心力（相对离心力（相对离心力（relative centrifugal forcerelative centrifugal force，RCFRCF）离离离离心心心心力力力力因因因因离离离离心心心心管管管管至至至至旋旋旋旋转转转转轴轴轴轴的的的的距距距距离离离离不不不不同同同同而而而而不不不不同同同同，因因因因此此此此用用用用“相相相相对对对对离离离离心心心心力力力力”表表表表示示示示离离离离心心心心力力力力，若若若若RCFRCF值值值值不不不不变变变变，一一一一个个个个(y(y )样样样样品品品品可在不同的离心机上

5、获得相同的结果。可在不同的离心机上获得相同的结果。可在不同的离心机上获得相同的结果。可在不同的离心机上获得相同的结果。第5页/共41页第六页，共41页。RCF是是离离心心场场转转化化为为重重力力加加速速度度的的倍数。倍数。r：离离心心转转子子(zhun z)的的半半径径距距离离（cm）；）；g：重力加速度（：重力加速度（980cm/sec2）；）；rpm：转转子子(zhun z)每每分分钟钟的的转转数。数。第6页/共41页第七页，共41页。Dole和和Cotzias制制作作了了与与转转子子速速度度和和半半 径径 相相 对对 应应 的的 离离 心心 力力 的的 转转 换换(zhunhun)列线图

6、。列线图。在在用用图图将将离离心心机机转转数数换换成成相相对对离离心心力力时时，先先在在离离心心机机半半径径标标尺尺上上取取已已知知的的离离心心机机半半径径和和在在转转数数标标尺尺上上取取已已知知的的离离心心机机转转数数，然然后后将将这这两两点点间间划划一一条条直直线线，在在图图中中间间RCF标标尺尺上上的的交交叉叉点点，即即为为相相应应的离心力数值。的离心力数值。第7页/共41页第八页，共41页。例例已已知知离离心心机机转转数数为为2500rpm，离离心心机机的的半半径径为为7.7cm，将将两两点点连连接接起起来来交交于于RCF标标尺尺，此此交交点点(jiodin)500g即是即是RCF值。

7、值。相相 对对 离离 心心 力力(g)RCF=1.11910-5rrpm2。第8页/共41页第九页，共41页。离心分离方法离心分离方法(fngf)差速离心法差速离心法 利利用用不不同同的的粒粒子子在在离离心心力力场场中中沉沉降降的的 差差 别别，在在 同同 一一 离离 心心 条条 件件(tiojin)下下，沉沉降降速速度度不不同同，通通过过不不断断增增加加相相对对离离心心力力，使使一一个个非非均均匀匀混混合合液液内内的的大大小小、形形状状不同的粒子分部沉淀。不同的粒子分部沉淀。操操作作过过程程中中一一般般是是在在离离心心后后用用倾倾倒倒的的办办法法把把上上清清液液与与沉沉淀淀分分开开，然然后后

8、将将上上清清液液加加高高转转速速离离心心，分分离离出出第第二二部部分分沉沉淀淀，如如此此往往复复加加高高转速，逐级分离出所需要的物质。转速，逐级分离出所需要的物质。第9页/共41页第十页，共41页。差差速速离离心心的的分分辨辨率率不不高高，沉沉淀淀系系数数在在同同一一个个数数量量级级内内的的各各种种粒粒子子不不容容 易易 分分 开开，常常 用用 于于 其其 他他 分分 离离(fnl)手段之前的粗制品提取。手段之前的粗制品提取。关关键键是是选选择择适适合合于于各各分分离离(fnl)物的离心力。物的离心力。例例如如用用差差速速离离心心法法分分离离(fnl)已已破碎的细胞各组份。破碎的细胞各组份。第

9、10页/共41页第十一页，共41页。第11页/共41页第十二页，共41页。速率速率(sl)区带离心法区带离心法速速率率区区带带离离心心法法是是在在离离心心前前于于离离心心管管内内先先装装入入密密度度梯梯度度介介质质（如如蔗蔗糖糖、甘甘油油、KBr、CsCl2等等），待待 分分 离离 的的 样样 品品(yngpn)铺铺 在在 梯梯度度液液的的顶顶部部、离离心心管管底底部部或或梯梯度度层层中中间间，同同梯梯度度液液一一起起离心。离心。第12页/共41页第十三页，共41页。第13页/共41页第十四页，共41页。离离心心后后在在近近旋旋转转轴轴处处（r1）的的介介质质密密度度最最小小，离离旋旋转转轴轴

10、最最远远处处（r2）介质的密度最大；）介质的密度最大；但但介介质质最最大大密密度度必必须须小小于于样样品品中中粒粒子的最小密度，即子的最小密度，即Pm。这这种种方方法法是是根根据据分分离离的的粒粒子子在在梯梯度度(t d)液液中中沉沉降降速速度度的的不不同同，使使具具有有不不同同沉沉降降速速度度的的粒粒子子处处于于不不同同的的密密度度梯梯度度(t d)层层内内分分成成一一系列区带，达到彼此分离的目的。系列区带，达到彼此分离的目的。第14页/共41页第十五页，共41页。第15页/共41页第十六页，共41页。等密度等密度(md)离心法离心法 等等密密度度离离心心法法是是在在离离心心前前预预先先配配

11、制制介介质质的的密密度度梯梯度度，此此种种密密度度梯梯度度液液包包含含了了被被分分离离样样品品中中所所有有粒粒子子的的密密度度，待待分分离离的的样样品品铺铺在在梯梯度度液液顶顶上上或或和和梯梯度度液液先先混混合合，离离心心开开始始后后，当当梯梯度度液液由由于于离离心心力力的的作作用用逐逐渐渐形形成成底底浓浓而而管管顶顶稀稀的的密密度度梯梯度度，与与此此同同时时原原来来(yunli)分分布布均均匀匀的的粒粒子子也也发发生重新分布。生重新分布。第16页/共41页第十七页，共41页。当当管管底底介介质质的的密密度度大大于于粒粒子子的的密密度度，即即mP时时粒粒子子上上浮浮；在在管管顶顶处处Pm时时，

12、则则粒粒子子沉沉降降，最最后后粒粒子子进进入入到到一一个个它它本本身身的的密密度度位位置置即即Pm，此此时时dx/dt为为零零，粒粒子子不不再再移移动动，粒粒子子形形成成纯纯组组份份的的区带。区带。与与样样品品粒粒子子的的密密度度有有关关，而而与与粒粒子子的大小的大小(dxio)和其他参数无关。和其他参数无关。第17页/共41页第十八页，共41页。体体系系到到达达平平衡衡状状态态后后，延延长长离离心心时时间间和和提提高高转转速速也也不不能能改改变变粒粒子子的的成带位置。成带位置。但但提提高高转转速速可可缩缩短短达达到到(d do)平平衡衡的的时时间间，离离心心所所需需时时间间以以最最小小颗颗粒

13、粒到到达达等等密密度度点点（即即平平衡衡点点）的时间为基准，有时长达数日。的时间为基准，有时长达数日。此此法法一一般般应应用用于于物物质质的的大大小小相相近近，而而密密度度差差异异较较大大时时。常常用用的的梯梯度度液是液是CsCl2。第18页/共41页第十九页，共41页。第19页/共41页第二十页，共41页。离心离心(lxn)设设备备离心机可为工业用和离心机可为工业用和实验用离心机。实实验用离心机。实验用离心机又分为验用离心机又分为制备性和分析性离制备性和分析性离心机。心机。制备性离心机主要制备性离心机主要(zhyo)用于分离用于分离各种生物材料和分各种生物材料和分子，分离的样品容子，分离的样

14、品容量比较大。量比较大。分析性离心机一般都分析性离心机一般都带有光学系统，用带有光学系统，用于研究生物大分子于研究生物大分子和颗粒的理化性质。和颗粒的理化性质。分析性离心机都是分析性离心机都是超速离心机。超速离心机。第20页/共41页第二十一页，共41页。离心机的种类离心机的种类(zhngli)普普 通通 离离 心心 机机：转转 速速(zhun s)20006000rpm，RCF可可 达达6000g；容容量量为为几几十十毫毫升升至至几几升升，分分离离形形式式是是固固液液沉沉降降分分离离，转转子子有有角角式式和和外外摆摆式式，转转速速(zhun s)控控制制不不严严格格，一一般般无无制制冷冷系系

15、统统，用用于于收收集集易易沉沉降降的的大大颗颗粒粒物物质质，如红血球、酵母细胞等。如红血球、酵母细胞等。第21页/共41页第二十二页，共41页。普普通通离离心心机机以以交交流流电电动动机机驱驱动动(q dn)，电电机机碳碳刷刷易易磨磨损损，利利用用电电压压调调压压器器调调节节转转速速，起起动动电电流流大大，速速度度升升降降不不均均匀匀，一一般般转转头头是是置置于于一一个个硬硬质质钢钢轴轴上上，因因此此必必需需进进行行精精确确平平衡衡，以以免免损损坏坏离离心机。心机。第22页/共41页第二十三页，共41页。高高 速速(o s)离离 心心 机机：转转 速速2000025000rpm，RCF可可 达

16、达89000g，最最大大容容量量可可达达3升升，分分离离形式是固液沉降分离。形式是固液沉降分离。第23页/共41页第二十四页，共41页。超超速速离离心心机机：转转速速5000080000rpm，RCF可可 达达600000g；离离心心容容量量由由几几十十ml至至2L，分分离离的的形形式式(xngsh)是是差差速速沉沉降降分分离离和和密密度度梯梯度度区区带带分分离离，可可进进行行亚亚细细胞胞器器分分级级分分离离，病病毒毒、核核酸酸、蛋蛋白白质质和和多多糖糖等等生生物物大大分分子的分离。子的分离。按按性性能能可可分分为为分分析析型型、制制备备型型和和分分析制备型三种。析制备型三种。第24页/共41

17、页第二十五页，共41页。第25页/共41页第二十六页，共41页。离心机的组成离心机的组成(z chn)及使用及使用离离心心机机一一般般由由：主主机机、转转头头(zhun tu)、离心管组成。、离心管组成。第26页/共41页第二十七页，共41页。角角式式转转头头(zhun tu)：离离心心管管腔腔与与转转轴轴成成一一定定倾倾角角的的转转头头(zhun tu)。第27页/共41页第二十八页，共41页。缺缺点点：由由于于颗颗粒粒在在沉沉降降时时先先沿沿离离心心力力方方向向撞撞向向离离心心管管，然然后后沿沿管管壁壁滑滑向向管管底底，因因此此(ync)管管的的一一侧侧会会出出现现颗颗粒粒沉沉积积而而产产

18、生生“壁壁效效应应”，壁壁效效应应易易使使沉沉降降颗颗粒粒受受突突然然变变速速所所产产生生的的对对流流扰扰乱乱而而影影响响分分离效果。离效果。第28页/共41页第二十九页，共41页。水平式转头：转水平式转头：转头是由吊着的头是由吊着的4或或6个自由活个自由活动的离心套管动的离心套管构成。当转头构成。当转头转速达到转速达到(d do)200800rpm时，吊时，吊桶荡至水平位桶荡至水平位置，适用于密置，适用于密度梯度区带离度梯度区带离心。心。第29页/共41页第三十页，共41页。优点：梯度物质可放优点：梯度物质可放在保持垂直的离心在保持垂直的离心管中，离心时被分管中，离心时被分离的样品离的样品(

19、yngpn)带垂直带垂直于离心管纵轴，有于离心管纵轴，有利于离心结束后由利于离心结束后由管内分层取出已分管内分层取出已分离的各样品离的各样品(yngpn)带。带。缺点：颗粒沉降距离缺点：颗粒沉降距离长，离心所需时间长，离心所需时间也长。也长。第30页/共41页第三十一页，共41页。垂直转头：其离心管是垂直放置，垂直转头：其离心管是垂直放置，样品颗粒的沉降距离最短，离心样品颗粒的沉降距离最短，离心所需时间所需时间(shjin)也短，适合用也短，适合用于密度梯度区带离心。于密度梯度区带离心。第31页/共41页第三十二页，共41页。连续流动转头：可用于大量培养液连续流动转头：可用于大量培养液或提取液

20、的浓缩或提取液的浓缩(nn su)与分离，与分离，转头与区带转头类似，由转子桶转头与区带转头类似，由转子桶和有入口和出口的转头盖及附属和有入口和出口的转头盖及附属装置组成，离心时样品液由入口装置组成，离心时样品液由入口连续流入转头，在离心力作用下，连续流入转头，在离心力作用下，悬浮颗粒沉降于转子桶壁，上清悬浮颗粒沉降于转子桶壁，上清液由出口流出。液由出口流出。第32页/共41页第三十三页，共41页。离心管主要以塑料离心管主要以塑料(slio)、玻璃、玻璃或不锈钢制成，塑料或不锈钢制成，塑料(slio)离离心管常用材料有聚乙烯（心管常用材料有聚乙烯（PE），），聚碳酸酯（聚碳酸酯（PC），聚丙烯

21、（），聚丙烯（PP）等，等，PP管性能较好。管性能较好。第33页/共41页第三十四页，共41页。使用使用(shyng)离心机离心机的注意事项的注意事项离心时要保证离心管的对称平衡。离心时要保证离心管的对称平衡。例例 如如，当当 离离 心心 转转 速速 达达 1000050000rpm时时，如如果果(rgu)对对称称管管相相差差1g，转转头头半半径径5cm，根根据据离离心力公式：心力公式：F=mRCF，查表，查表 10000rpm时时 的的 RCF=6000，代代入公式入公式 F=16000=6kg 50000rpm时时RCF=150000，F=150kg此此时时引引起起两两边边不不平平衡衡可可

22、达达6150kg，对对离离心心机机将将造造成成很很大大的的损损伤伤，缩短离心机的使用寿命。缩短离心机的使用寿命。第34页/共41页第三十五页，共41页。普通普通(ptng)离心机注离心机注意事项意事项离心前必须仔细检查转头各孔内离心前必须仔细检查转头各孔内有无异物。有无异物。离心管必须仔细，对称平衡。离心管必须仔细，对称平衡。机内若不清洁，离心管要用塑料机内若不清洁，离心管要用塑料薄膜封口薄膜封口(fng ku)。必须慢起动，然后逐渐加速。必须慢起动，然后逐渐加速。离心时不准打开离心机盖。离心时不准打开离心机盖。停止离心时不许用手刹车。停止离心时不许用手刹车。第35页/共41页第三十六页，共4

23、1页。高速高速(o s)冷冻离心机冷冻离心机注意事项注意事项未经过培训和考核者不能使用。未经过培训和考核者不能使用。选择合适的转头和转速，绝不可选择合适的转头和转速，绝不可超速使用。超速使用。选择合适的温度选择合适的温度(wnd)，通常，通常4，除有机溶剂外不要低于零，除有机溶剂外不要低于零下，以免冰冻，损坏离心管和转下，以免冰冻，损坏离心管和转头。头。第36页/共41页第三十七页，共41页。离心管内装载的溶液量必须合适，离心管内装载的溶液量必须合适，不锈钢管无盖，只能不锈钢管无盖，只能(zh nn)装装2/3，塑料管可装至，塑料管可装至“肩肩”部。部。管盖需盖严不能漏液。若离心管管盖需盖严不

24、能漏液。若离心管盖密封性差，液体不能加满（高盖密封性差，液体不能加满（高速离心且使用角度头），防止外速离心且使用角度头），防止外溢失去平衡和污染转头及离心腔。溢失去平衡和污染转头及离心腔。空管离心会变形。塑料管使用有空管离心会变形。塑料管使用有机溶剂必须符合规定。机溶剂必须符合规定。第37页/共41页第三十八页，共41页。由由于于超超离离时时需需抽抽真真空空，因因此此液液体体一一定定要要加加满满离离心心管管，以以避避免免离离心心管管变形。变形。使使用用角角度度头头时时要要加加转转头头盖盖，否否则则离离心心腔腔内内会会产产生生涡涡流流阻阻力力并并引引起起(ynq)摩摩擦擦升升温温，影影响响离离心

25、心机机的使用寿命。的使用寿命。第38页/共41页第三十九页，共41页。离心管必须对称放置，称重平衡离心管必须对称放置，称重平衡(pnghng)偏差偏差0.1g。不能无转头空转不能无转头空转.离心时不能打开机盖，不能扒扶离心时不能打开机盖，不能扒扶在离心机上，如有异常声音和振在离心机上，如有异常声音和振动时立即停机。动时立即停机。第39页/共41页第四十页，共41页。转头使用后必须及时由转头室中转头使用后必须及时由转头室中取出、擦干，用擦孔棒将管孔仔取出、擦干，用擦孔棒将管孔仔细细(zx)擦净。如有溶液溢出必擦净。如有溶液溢出必须清洗干净，擦净转头室内凝水，须清洗干净，擦净转头室内凝水，开盖凉干转头室。开盖凉干转头室。离心机使用后登记。离心机使用后登记。第40页/共41页第四十一页，共41页。