高速冷冻离心机的原理及应用讲解

离心机的构造与转速的关系
构造 低速离心机 高速冷冻离心机 超速离心机
壳体部分（转头室、转头）
控制部分（电机及传动装 置、速度控制、安全保护 装置） 冷冻部分（制冷机） 真空部分（真空泵、扩散 泵） 辅助装置（增速辅助、密 度成型器）









：有； ：无。
Sigma 1-15K 高速冷冻离心机
技术操作Hale Waihona Puke Baidu练
高速冷冻离心机
【实验目的】

掌握离心分离的原理
熟悉离心机主机的基本构件及操作程序
了解离心机的安全使用和日常保养
【实验原理】
离心分离原理
重力分离 地球引力 沉淀池内 需要很长时间，占用很多面积，特 别当密度差很小、粘度较大时，分 离难以实现。
离心分离 离心力 高速旋转的转鼓内 只需较短的时间即能获得重力沉降的 效果
离心力及其作用
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=Vr×4p2N2r/3600-Vs×4p2N2r/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
实验过程中，欲使沉淀与母液分开，常使用过滤和离心两种方法。 但在下述情况下，使用离心方法效果较好。

沉淀有粘性或母液粘稠。 沉淀颗粒小，容易透过滤纸。 沉淀量过多而疏松。 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。 沉淀和母液必须迅速分开。 一般胶体溶液。
离心技术概述
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 平衡附件包括：1.天平：普通离心机用1／1000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，皮头吸管用来吸配平液进行配平。 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 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。
就不可能被分离开；
当r<s时，F合<0，微粒主要受向心力作用，故而将向转轴方向移动，直
至浮到介质表面；
当r>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，r>s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。
【实验准备】
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：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。
从理论上讲，凡是能通过离心分离的微粒在悬浮液静置时，受重力与浮 力的共同作用也能自动沉降而得以分离，只是分离所需时间较长，效果较差， 沉降本领较弱。一般常用相对离心力（RCF）的大小来表示离心分离的本领强 弱。相对离心力是指微粒在离心分离时所受的合力（F合）与在静置分离时所 受合力（F’合）的比值。 F’合= Vr×g- Vs×g= Vg×（r-s） 故RCF= F合/F’合=4p2N2r/3600g 由于4p2N2r/3600就是微粒处的角加速度，所以相对离心力又是微粒在离 心时的角加速度与在静置时的重力加速度之比。很明显，只要调节N或/和r就 可影响RCF的值，从而改变其离心分离本领。实验中RCF的值常用多少倍于重 力加速度表示，如1000×g。
电机 免维护无碳刷电机 最大转速 30000 rpm
噪音 <64 dB 最小转速 100 rpm
离心功率 700 W 最快加速时间 30 sec
制冷功率 560 W 最小减速时间 14 se c
Sigma 3K-30 高速冷冻离心机 详细说明： 1、台式高速冷冻离心机，最大离心力可达60000 g以上 2、离心转速范围100 rpm ～ 30000 rpm，设定步长1 rpm 3、所有可能的运行参数均可以任意设定 4、离心转头自动识别，可以防止转子过速运转 5、多种规格角转头可选，适配离心管范围从微量管到85 mL(10mL) 6、可选配一种水平转头 7、配置高效致冷系统，温度范围-20℃~ 40℃ 8、无需离心机运转即可完成转头预冷 9、无碳刷免维护变频电机，使用寿命长 10、高品质的电机系统 11、自动离心机盖闭锁功能 12、产品符合IEC 1010等国际安全标准
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）2×t，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。
低速（N < 10,000 rpm） 工业用途 高速（N = 10,000 ~ 30,000 rpm） 超高速（N > 30,000 rpm） 水平式离心机 普通离心机 斜角式离心机 制备用途 实验用途 冰冻离心机 大容量冷冻离心机 高速冷冻离心机 超高速冷冻离心机 分析用途：分析超速离心机
离心机的种类
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。
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。 高速冷冻离心机一般最大转速为10000～30000rpm，最大相对离心力为 90000×g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 0～40℃，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。
超速离心机目前主要用于： （1）测定生物大分子和高分子聚合物的沉降系数（S）、扩散系数 （D）和分子量（M）； （2）研究生物大分子的大小和形状； （3）研究生物大分子的缔合、离解和降解；
（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 和浓度；
（5）分离提纯血清脂蛋白；
（6）发现异常血清蛋白质成分等。
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10000×g，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，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。
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。
【实验操作】
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（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。
Sigma 1-15K-高速冷冻离心机
技术指标
产品规格 H x W x D 300 x 365 x 585 mm 最大容量 30 x 1.5-2.2mL 净重( 无转子 ) 100 kg 电源 220 V / 50 Hz
电机 免维护无碳刷电机 最大转速 14000 rpm
噪音 <56 dB (最大转速时) 最小转速 100 rpm
Sigma 3K-30 高速冷冻离心机
Sigma 3K-30 高速冷冻离心机 简要说明 A－所有相关参数，如转速、离心力、时间和温度均可以设定
B－转速、离心力参数可以放大观察
C－适用转头的参数可以检索显示 D－离心设定程序可以调用修改 技术指标
产品规格 H x W x D 400 x 550 x 650 mm 最大容量 6 x 85 ml 净重( 无转子 ) 100 kg 电源 230 V / 50 Hz
离心功率 200 W 最快加速时间 18 sec
制冷功率 300 W 最小减速时间 20 sec
Sigma-1-15K-高速冷冻离心机
详细说明： 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）
9. 纪录离心机的使用情况。
【注意事项】
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、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 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。