第四章 离心技术
离心技术的操作方法
离心技术的操作方法离心技术是一种将混合物中的各种成分分离的物理分离方法。
它是利用离心力的作用，使高密度的组分沉积到离心管底部，而低密度的组分则上浮到离心管顶部，从而实现它们之间的分离。
离心技术在化学、生物、医学等领域中得到广泛应用，具有操作简便、分离效果好等优点。
以下是离心技术的操作方法：首先，准备好实验所需的离心机和离心管。
离心机是用来提供离心力的设备，而离心管则是用来装载混合物的容器。
然后，将混合物均匀地倒入离心管中。
为了保证混合物均匀，可以轻轻摇晃离心管或使用移液管将混合物抽取到离心管中。
接下来，将装有混合物的离心管放入离心机的离心盘中。
离心盘是用来固定离心管的部分，离心机启动时会旋转离心盘，从而产生离心力。
然后，根据分离物性质的不同，选择合适的离心参数。
离心参数包括离心时间、离心力等。
离心时间是指离心机运转的时间，它根据混合物的组成和离心力的大小来确定。
离心力是指离心机产生的离心力的大小，它与离心机的转速和离心半径有关。
根据需要，可以调整离心时间和离心力来达到最佳的分离效果。
然后，启动离心机，让其旋转。
离心机开始旋转后，产生的离心力会使离心管中的混合物发生分离。
高密度的组分会沉积到离心管底部，而低密度的组分则上浮到离心管顶部。
最后，当离心机停止旋转后，离心管中的分离物便会形成分层。
根据需要，可以使用移液管将所需的分离物转移到另一个容器中。
对于离心管顶部的上清液，可以小心地利用移液管将其吸取出来。
对于离心管底部的沉淀，可以倾斜离心管，将其中的液体小心地倒掉，然后将沉淀用移液管转移到另一个容器中。
此外，还需要注意一些操作细节。
例如，在装载混合物时，应注意离心管的容量，不要超过其容积的限制。
在调整离心参数时，应选择适当的离心时间和离心力，避免过分离或不完全分离。
在启动离心机后，应注意观察离心机的运转情况，确保其稳定运转。
总之，离心技术是一种常用的物理分离方法，通过利用离心力使混合物中不同密度的组分分离。
50-习题作业-第四讲离心技术与离心机作业习题及答案
第四讲 离心技术与离心机习题作业一、名词解释1．离心现象2．重力沉降3．沉降速度4．扩散现象5．沉降系数6．K系数二、简答题1. 什么是离心技术， 离心技术主要用于哪些方面？2. 简述离心机的工作原理。
3. 什么是离心现象？4. 什么是差速离心法？其优、缺点是什么？5. 简述速率区带离心法和等密度区带离心法6.分析型超速离心机的工作原理是什么？7. 离心机的转头一般分为几类，各叫什么名称?8. 对不同离心方法选择的要求是什么?9. 在使用离心机时应注意哪些问题?10.怎样对离心机进行维护保养？习题作业答案一、名词解释1．离心现象：物体远离圆心运动的现象称为离心现象,也叫离心运动。
2．重力沉降：液体中的微粒受重力的作用，较重的微粒下沉与液体分开，这个现象称为重力沉降。
3．沉降速度：在强大离心力的作用下，单位时间内物质的运动的距离。
4．扩散现象：在介质中，扩散是由于微粒的热运动而产生的质量迁移现象,主要是由于密度差引起的，这种现象称为扩散现象。
5． R·C·F：即相对离心力，是指在离心力场中，作用于颗粒的离心力相当于地球重力的倍数，单位是重力加速度“g”6．沉降系数：是指颗粒在单位离心力场作用下的沉降速度，其单位为“s”。
7．K系数：是用来描述在一个转子中，将粒子沉降下来的效率。
也就是溶液恢复成澄清程度的一个指标。
二、简答题1．什么是离心技术，离心技术主要用于哪些方面？答：应用离心沉降进行物质的分析和分离的技术称为离心技术,实现离心技术的仪器是离心机。
离心技术主要用于各种生物样品的分离、纯化和制备，在细胞生物学和分子生物学的每一进程中，总可见到离心技术的运用。
2.简述离心机的工作原理。
答：（1）离心是利用旋转运动的离心力以及物质的沉降系数或浮力密度的差异进行分离、浓缩和提纯生物样品的一种方法。
（2）悬浮液在高速旋转下，由于巨大的离心力作用，使悬浮的微小颗粒以一定的速度沉降，从而使溶液得以分离。
离心技术
s（秒）=
dx/dt w2x
=
2r2(p- m)
9
颗粒直径
dx: 颗粒与转轴中心的距离 r:
dt：颗粒沉降所需时间
w: 角速度 X: 转子半径
p : 颗粒密度
m : 溶液介质密度
： 溶液介质粘度
S =1×10-13s
8
决定沉降速度的因素：
颗粒大小；颗粒密度；溶液介质密度和粘度
9
2.相对离心力（RCF）：重要指标
29
2.细胞破碎
* 渗透压冲击
* 超声波振荡
* 机械力研磨或剪切
* 反复冻融
原则：只需破碎细胞膜，保留完整细胞器
30
3.细胞结构成分的分步分离
一系列的差速离心＋密度梯度离心
差速离心：分离细胞器
梯度离心：纯化细胞器
31
4.离心方法的选择
根据分离细胞器的性质：
匀浆物中各类细胞器大小不同：
差速离心
上清中各类细胞器大小有差别：
速率区带离心
上清中各类细胞器密度有差别：
等密度离心
32
密度梯度离心
梯度离心需要的设备
离心机：低速、高速、超高速 转头： 介质： 水平、固定角、垂直 蔗糖, Ficoll, Percoll, Accudenz (Nycodenz),
Metrizoate
介质的梯度形成装置和收集装置
33
5.分离细胞器的鉴定和评价
35
6.举例:细胞核分离
原理： 细胞核特征：体积大，沉降系数大； 密度高，可通过浓蔗糖，分离容易。 分离设计： • 细胞破碎（机械匀浆，渗透溶胀，表面活性剂），
释放细胞核，光镜鉴定释放效果。
• 离心，光镜鉴定分离效果
离心技术
五、离心机使用注意事项 使用前应将负荷平衡， 1. 使用前应将负荷平衡 ， 重量误差越小 越好 严禁空转， 2. 严禁空转，启动时转速由低至高逐步 调节，严格高速启动。 调节，严格高速启动。 选择合适的转头，控制转速。 3. 选择合适的转头，控制转速。 保护转头，防止碰撞、擦伤、 4. 保护转头，防止碰撞、擦伤、防止异 污垢进入、用毕立即清洁。 物、污垢进入、用毕立即清洁。 低温离心样品时, 5. 低温离心样品时 , 先将空转头预冷一 定时间。温度± 定时间。温度±0℃。 发现异常如噪声，应立即停机检查。 6. 发现异常如噪声，应立即停机检查。 离心机结构及使用方法——实习 六、离心机结构及使用方法 实习 离心机的应用——自学 七、离心机的应用 自学
2、离心机的分类 ：按离心机应用范围分为四类： 、 离心机的分类：按离心机应用范围分为四类： 普通离心机、专用离心机、制备离心机和分析用离心机， 普通离心机、专用离心机、制备离心机和分析用离心机， 按离心速度即离心机转速分为： 按离心速度即离心机转速分为： 普通离心机：转速小于5000转/min，在室温下运 ① 普通离心机：转速小于 转 ， 主要用于红细胞，微生物细胞，粗大沉淀物， 行，主要用于红细胞，微生物细胞，粗大沉淀物，细胞 细胞膜等的沉淀分离。 核、细胞膜等的沉淀分离。 高速离心机：转速为5000～20000转/min，通常 ② 高速离心机：转速为 ～ 转 ， 备有致冷和温控装置。适用于各种生物细胞、病毒、 备有致冷和温控装置。适用于各种生物细胞、病毒、血 清蛋白等有机物、无机物溶液， 清蛋白等有机物、无机物溶液，悬浮液及胶体溶液等样 品的分离，浓缩、提取制备工作。 品的分离，浓缩、提取制备工作。它是细胞和分子生物 水平研究的基本工具。 水平研究的基本工具。 ③ 超 速 离 心 机 ： 转 速 为 20000 ～ 90000 转 /min 。 Ultrcentrifuge因它能产生超强的离心力场而达到独特的 因它能产生超强的离心力场而达到独特的 分离纯化目的。它是分离、纯化、分析、 分离纯化目的。它是分离、纯化、分析、鉴定生物大分 子的重要技术手段 。 如 DNA/RNA 杂交分子的分离 ， HDL的分离。 的分离。 的分离
离心技术的原理及应用
离心技术的原理及应用1. 离心技术的概述离心技术是一种以离心力为基础的分离过程，通过利用离心力将混合物的不同组分分离出来。
离心技术被广泛应用于生物化学、制药、环保、食品加工等领域，可用于固体颗粒的分离、液相溶液的分离、精炼和浓缩等。
2. 离心技术的原理离心技术的原理基于离心力的作用。
离心力是由于转动物体的离心力产生的一种力。
物体在离心力作用下，会被推向物体固定轴线的外侧，形成离心效应，使得混合物的不同组分被分离开来。
离心技术通常通过离心机实现。
离心机的核心部件是转子，可以用来容纳试样。
转子围绕着离心机轴线高速旋转，产生强大的离心力，使得试样中的不同组分被分离开来。
3. 离心技术的应用离心技术在各个领域都有广泛的应用，下面列举了其中几个常见的应用：3.1 生物化学领域•分离DNA / RNA：离心技术可以用于从细胞中分离出DNA或RNA，用于基因测序、基因工程等领域的研究。
•分离蛋白质：离心技术可以用于从混合的生物样本中分离出特定的蛋白质，用于进一步的分析和研究。
3.2 制药领域•药物纯化：离心技术可以用于从化学合成或发酵得到的混合药物中分离出纯的活性成分。
•药物制剂：离心技术可以用于将固体颗粒与液体分离，制备出药物颗粒或胶体。
3.3 环保领域•污水处理：离心技术可以用于将污水中的固体颗粒与液体分离，提高水质。
•垃圾处理：离心技术可以用于将垃圾中的有机物与无机物分离，实现垃圾的资源化利用。
3.4 食品加工领域•榨汁：离心技术可以用于将水果中的果汁与果渣分离，制作果汁。
•提取物质：离心技术可以用于从食材中提取有营养或有药用价值的物质，用于食品加工。
4. 离心技术的优点•分离效果好：离心技术可以将混合物中的不同组分快速、高效地分离出来。
•操作简单：离心技术的操作相对简单，不需要复杂的设备和步骤。
•适用性广：离心技术可以适用于多种样本类型和领域，具有广泛的应用性。
5. 离心技术的局限性•样品量有限：离心技术的样品容量一般有限制，不适合处理大量的样品。
离心技术
离心技术离心技术是利用离心力，依据物质的沉降系数、扩散系数和浮力密度的差异而进行物质的分离、浓缩和分析的一种专门技术。
各种离心机是实现其技术目的的仪器保证。
离心技术是利用离心力，依据物质的沉降系数、扩散系数和浮力密度的差异而进行物质的分离、浓缩和分析的一种专门技术。
各种离心机是实现其技术目的的仪器保证。
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。
现将离心机分类如下:1.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。
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。
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。
离心技术
所以 rpm = 1000 RCF 11.2r
利用此公式可以进行相对离心力和转数的计算，例如：已 知 一 个 离 心 机 转 头 的 半 径 r=254mm (25.4cm), 速 度 rpm=4200, 求RCF？
根据公式 RCF ＝ 11.2r(rpm 1000)2
RCF = 11.2 25.4 (4200 1000)2 = 5018g
二级真空系统。这种泵的真空度可达133.322 10-3pa
3.3.4光学系统：
a 转头识别：通过离心腔内的光学扫描系统，对安装的转 头进行扫并把扫描的信号与本机设定的转头比较以此识别 。 b测速：通过转头底黑白相间的花边进行测定， c沉降带检测：通过光学系统将运行中的离心状态显示出 来。
3.3.5控制系统： 控制系统是离心机的指挥中心。 a速控：包括设速、测速、控速等 设速：是在离心前设定离心时所需速度。 测速：在离心机启动后通过光电检测器测定运行的真实 速度 控速：包括提速、恒速、限速、减速等。 b温控：包括制冷启动、恒温、加温除霜
4转头的基本参数与性能
4.1转头K因子：
转头K因子是转头的常数，它表示转头大小和转速之间的关系。出 厂时就被标定了，以表示每个转头的分离性能。用公式表示为： (rmax/rmin ) S＝2.533 1011ln──── (rpm)2.T S：表示颗粒的沉降系数(单位：Sec) rmax：为转头最大半径(单位：cm) rmin：为转头最小半径(单位：cm) rpm：为转头的允许速度(单位：转/分)
超速离心
1概述 2离心的基本理论 3离心机的分类与构造 4转头的基本参数与性能 5离心技术 6安全操作与离心机的保养
1概述
1.1离心技术过程的发展
离心技术(课件)
离心技术概述离心技术的基本原理离心机的主要构造和类型制备性超速离心的分离方法密度梯度液的选择分析型超速离心机离心操作的注意事项第一节概述一、离心技术的概念离心技术是根据一组物质的密度和在溶液中沉降系数不同（浮力不同），用不同离心力使其从溶液中分离、浓缩和纯化的方法。
二、离心技术的应用分离出化学反应后的沉淀物，天然的生物大分子、无机物、有机物，在生物化学以及其它的生物学领域,常用来收集细胞、细胞器及生物大分子物质。
第二节离心技术的基本原理一、离心力（F）F = m·a = m·ω2 r a —粒子旋转的加速度，m —沉降粒子的有效质量ω—粒子旋转的角速度，r—粒子的旋转半径( cm )二、相对离心力（RCF）RCF 就是实际离心力转化为重力加速度的倍数RCF=F离心力/F重力=mω2r/mg=ω2r/g g为重力加速度（980.7cm/sec2)在离心管的不同部位距旋转中心轴的距离也不同,那么在一定的转速下其RCF值也各不相同三、沉降系数(S) S是指单位离心场中粒子移动的速度。
S在实际应用时常在10-13秒左右，故把沉降系数10-13秒称为一个Svedberg单位，简写S，量纲为秒。
通过分析型离心机可以测得某种悬浮颗粒或生物高分子的沉降系数沉降系数S的两个重要用途1、预计沉降时间对已知S值的物质，可计算出在离心管中完成沉降所需要的时间2、测定物质分子质量由测得的某物质的沉降系数，可计算出其分子质量：四、沉降时间Ts第三节离心机的分类和结构一、离心机的分类１、按工作原理分为制备型（用于分离）和分析型２、按离心速度分为：普通<6000 rpm，6000ｇ高速离心机<25000rpm，<89000g超速离心机>25000rpm，（最大85000rpm，600，000g）３、按特殊用途分为大容量、低温冷冻、立式台式、连续流动式。
二、离心机的结构１、转动装置：超速离心机主要由驱动和速度控制、温度控制、真空系统和转头四部分组成。
离心技术简介
离心技术简介1.离心技术悬浮在液体中颗粒的运动速度取决于：①应用力——液相中的颗粒处在一支平稳的试管内，会受到地球重力的作用而运动。
②固液相的密度差——密度小于液相的颗粒悬浮在上面，密度大于液相的颗粒则沉降下来。
③颗粒的大小与形状。
④介质的黏滞度。
就大多数生物颗粒（细胞、细胞器或分子）而言，受重力作用的悬浮或沉降的速度太慢，就无法应用于物质速度（g＝ m·s－2）的倍数的分离。
所以常使用离心机对物质进行分离。
离心机是一种通过使样品绕离心转轴的中心旋转而在其上产生一个远大于地球重力的仪器。
不同大小、形状和密度的颗粒会以不同的速度沉降。
颗粒的沉降速度取决于离心机的转速及颗粒与中心轴的距离。
2.离心分离常见的一些方法（一）差速沉降（沉淀）法将一混合悬浮液以一定的RCF（RCF又称为相对离心力，RCF取决于转子的转数和旋转半径），离心一定的时间后，混合物将会被分为沉淀和上清液两部分。
这种方法被广泛应用于从细胞匀浆中分离细胞器。
（二）密度梯度离心法下列技术使用了密度梯度，即离心管中的溶液从管顶到管底密度逐渐增加。
①差速区带离心法。
将样品置于平缓的预制备的密度梯度介质上，进行离心，较大的颗粒将比较小的颗粒更快地沉降，通过梯度介质，形成几个明显的区带（条带）。
这种方法有时间限制，在任一区带到达管底之前必须停止离心。
②等密度离心法。
这种技术根据其浮力密度的不同分离物质。
几种物质可通过离心法形成密度梯度（如蔗糖、CsCl等）。
样品与适当的介质混合后离心——各种颗粒在与其等密度的介质带处形成沉降区带。
这种方法要求介质梯度应有一定的陡度，要有足够的离心时间形成梯度颗粒的再分配，进一步离心对其不会有影响。
使用一根细的巴氏滴管或带有细长针头的注射器可收集一个密度梯度内的条带。
另一种方法可将试管刺穿，将内含物分段逐滴收集到几个管中。
需要更精确的研究时，可以再进行更精确的分离。
离心技术
不同的细胞器、大分子和病毒的密度及相应的沉降系数
常见物质的沉降系数
可溶蛋白 1-60s 真核生物核糖体 80s 微粒体 100-1000s 线粒体 10000-100000s 核酸 4-100s 病毒 60-1000s 烟草花叶病毒 200s
概述
技术要点：
制备超离心的关键是如何根据颗粒和介 质的性质以及转子的某些参数来确定转速 和离心时间。
Equilibrium density-gradient centrifugation 平衡密度梯度离心
原理 当不同颗粒存在浮力密度差时，在离
心力场下，在密度梯度介质中，颗粒或 向下沉降，或向上浮起，一直移动到与 它们各自的密度恰好相等的位置上形成 区带，从而使不同浮力密度的物质得到 分离。
介质的密度梯度范围必需包括所有待分离粒 子的密度。样品可以铺在密度梯度液柱上面 或均匀分布在密度梯度介质中。离心过程中 粒子移至与它本身密度相同的地方形成区带。
对称平衡：当离心转速达 1 － 5 万（rpm / min）
时，如对称管相差 1 g ，转头半径 5 cm ，则离心
力公式
F=m × RCF
查表得: 1 万（ rpm / min ） RCF=6000 代入公式 F=1 × 6000=6 ( kg )
5 万（ rpm / min ） RCF=150000 代入公式 F=1 × 150000=150 (kg )
因为它可以真实地反映颗粒在离心管内不同位置的离 心力及其动态变化。
由于离心管中从管口到管底与旋转 中心的距离是不同的，所以在同样转速 时，管口和管底所受到的离心力也有差 别。
例如：在某个角度转头中，离心管 口到旋转中心的距离为4.8cm，而离心 管底到旋转中心的距离是8.0cm，当转 速为12000 r/min时，离心管口和离心 管底所受到的相对离心力RCF分别是： RCF（管口）=
《离心分离技术》PPT课件
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1
固液分离：第一选择为过滤，第二选择为离心分离。 应用：
A、难过滤的发酵液（d小、大、过滤v慢）、甚至不能过 滤的悬浮液，及忌用助滤剂、或助滤剂无效的悬浮液；
B、其他难分离的固液分离； C、互不相溶的液—液分离，如液液萃取； D、不同密度固体或乳浊液的密度梯度分离，如超离心分离 缺点： A、分离得到的不是滤饼一样的半干物，而是浆状物； B、处理量小； C、设备复杂，价格贵，分离成本高。
其中Rmax为转子最大半径；Rmin为转子最小半径。
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二、 离心沉降设备
离心机可分为工业用离心机和实验用离心机。 实验用离心机又分为制备性离心机和分析性离心机。 制备性离心机主要用于分离各种生物材料，每次分离的 样品容量比较大; 分析性离心机一般都带有光学系统，主要用于研究纯的 生物大分子和颗粒的理化性质，依据待测物质在离心场中的 行为（用离心机中的光学系统连续监测），能推断物质的纯 度、形状和相对分子质量等。分析性离心机都是超速离心机。
密度梯度系统：
梯度介质有足够大的溶解度，不与分离组分反应，不会 引起分离组分的凝集、变性或失活。
样品铺在密度梯度溶液表面，离心后形成若干条界面清
楚的不连果好，可一次获得较纯颗粒； ②适应范围广，既能分离具有沉淀系数差的颗粒，
又能分离有一定浮力密度的颗粒； ③颗粒不会积压变形，能保持颗粒活性，并防止
离心过程中区带的位置、形状随离心时间而改变
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2
离心分离
离心是利用旋转运动的离心力以及物质的沉降系数或浮 力密度的差异进行分离、浓缩和提纯的一种方法。
离心沉降
离心过滤
离心分离 和超离心
利用固液两相的相 无孔转鼓或
离心技术
转头可分为：角度转头，垂直转头，水平 转头可分为：角度转头，垂直转头， 转头。 转头。 离心管及其管帽是转头重要的附件，制造 离心管及其管帽是转头重要的附件， 离心管的材料主要有特种玻璃， 离心管的材料主要有特种玻璃，塑料和不 锈钢。 锈钢。
制备性超速离心技术
制备性超速离心主要利用离心机转子高速旋转时所产生的强大 制备性超速离心主要利用离心机转子高速旋转时所产生的强大 离心力，加快颗粒的沉降速度， 离心力，加快颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数或浮力 密度差的物质分开。 密度差的物质分开。 沉降系数指单位离心力作用下颗粒沉降的速度。 沉降系数指单位离心力作用下颗粒沉降的速度。沉降系数用 指单位离心力作用下颗粒沉降的速度 svedberg表示 简称S 量纲为秒，1S单位等于 表示， 单位等于1 svedberg表示，简称S，量纲为秒，1S单位等于1×10-13秒， 沉降速度是指在强大离心力作用下， 沉降速度是指在强大离心力作用下，单位时间内物质运动的 距离。 距离。 制备超离心的关键是如何根据颗粒和介质的性质以及转子的 某些参数来确定转速和离心时间。 某些参数来确定转速和离心时间。 颗粒沉降的时间和速度取决于：离心力、 颗粒沉降的时间和速度取决于：离心力、颗粒的大小形状和 密度、沉降介质的密度和黏度。 密度、沉降介质的密度和黏度。
已破碎的细胞
500g,10’
沉淀（细胞核） 沉淀（细胞核）
上清液
10 000g,10’
上清液 沉淀（细胞膜碎片、 沉淀（细胞膜碎片、 线粒体、溶酶体） 线粒体、溶酶体） 沉淀（核糖核蛋白体） 沉淀（核糖核蛋白体）
100 000g,3h
上清液（ 上清液（可 溶性组分） 溶性组分）
密度梯度离心
密 度 升 高
梯度混合器
第四章 离心技术
第四章离心技术离心机是利用物体高速旋转时产生强大的离心力，使置于该旋转体中的悬浮颗粒发生沉降或漂浮，从而使某些颗粒达到浓缩或与其他颗粒分离之目的。
离心机的种类繁多，用途各异，本章只介绍生物离心机的基本原理、方法及其在医学检验上的应用。
一、离心理论1、离心分离的原理将处于悬浮状态的细胞、细胞器、病毒和生物大分子等称为“颗粒”。
每个颗粒都有一定大小、形状、密度和质量。
当离心机转子高速旋转时这些颗粒在介质中发生沉降或漂浮，它的沉降速度与作用在颗粒上的力的大小和力的方向有关。
颗粒除受到离心力(F c)外，还受到颗粒在介质中移动时的摩擦阻力(F f)、与离心力方向相反的浮力(F B)、颗粒处于重力场之下的重力(F g)和与重力方向相反的浮力(F b)。
各力的作用方向见图4—1。
此外，颗粒还受到周围介质小分子的作用力，当颗粒很小时，介质分子对颗粒的作用力十分明显，要使这种小颗粒沉降，需要更大的离心力。
本节只讨论比介质分子大得多的颗粒，因此介质作用力不予考虑。
下面将对各个力作详细的分析。
RF bF gF CF BF f图 4-1 F C：离心力 F B：浮力；F f:摩擦阻力；F g：重力；F b：由重力引起的浮力。
1）离心力离心力(F c)的大小等于离心加速度ω2R与颗粒质量m的乘积，即：F c＝mω2R (4–1)其中ω是旋转角速度（弧度/秒）,R是颗粒离旋转中心的距离（cm），m是质量（克）。
2）重力重力(F g)是颗粒质量与重力加速度的乘积用下式表示：F g＝mg (4–2)重力的方向与离心力的方向互相垂直，同离心力相比显得十分小，可以忽略不计。
例如：离开旋转中心12cm的颗粒，在N＝1,000转/分时离心，产生的离心力比重力大134倍。
因为：F c/F g＝mω2R/mg＝ω2R/g＝(2πN/60)2R/980＝(2×3.1416×1000/60)2×12/980＝134如在超速离心机中进行离心分离，其离心力更大，重力更可以忽略不计。
4离心技术
第三节 离心的基本方法
离心分离是制备生物样品广泛应用的重要手段。如分离活
体生物、细胞器、生物大分子、小分子聚合物等。
根据这个公式，相对离心力（RCF）和每分钟转数（N）
之间便可以互换，这种互换关系是很有实用价值的。
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第一节 离心技术原理
1. 相对离心力（RCF）
一般情况低速离心转速单位以 rpm 表示，高速离心则以重力加
速度g表示。 在计算颗粒的相对离心力时，应注意离心管与中心轴之间的距
（详见本页备注）
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高速离心机：
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超速离心机：
组成：
驱动和速度控制 温度控制 真空系统 转头
增加真空系统，这是它与高速离 心机的主要区别。 常用于分离亚细胞器、病毒粒子 、 DNA 、 RNA 和蛋白质分子 。 在分离时无须加入可能引起被分 离物质结构改变的物质。
ω — 粒子旋转的角速度 r — 粒子的旋转半径 Fc — 离心力
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第一节 离心技术原理
1. 相对离心力（RCF）
由于转头有不同的制造商制造，半径不同，故用相对离心
力来表示离心力的大小。 RCF (×g) = Fc/F重力 = mG/mg = r· ω2/g = 1.119×10-5· N2· r =11.2r(N/1000)2 也有：
缺点是样品和介质直接接触转头，耐腐蚀要求高，操 作复杂。
离心分离技术
碟片的结构是：
1.碟片用薄的不锈钢冲成；
在说明离心条件时，低 速离心通常以转子每分钟的 转数表示（r/min） ，如 4000 rpm ；
而在高速离心时，特别 是在超速离心时，往往用相 对离心力来表示，如65000g。
3、沉降系数（sedimentation coefficient，s） 根据1924年Svedberg对沉降系数下的定义：颗粒在单
位离心力场中粒子移动的速度。以Svedberg表示，简称S。
沉降系数S与分子量M有对应关系：
R——气体常数；T——温度（K）；S——沉降系数（s）；D——粒子 扩散系数；υ——粒子的偏比容（粒子密度的倒数）；ρ——溶剂密度。
4、沉降速度（sedimentation velocity） 沉降速度是指在强大离心力作用下，单位时间内物质运
同一样品在不同的离心机上离心力不同
2、相对离心力（relative centrifugal force，RCF） 常用“相对离心力”或“数字×g”表示离心力，只要
RCF值不变，一个样品可以在不同的离心机上获得相同的结 果。
RCF就是实际离心场转化为重力加速度的倍数。
式中X为离心转子的半径距离，以cm为单位；g为地球重力 加速度（980cm/sec2）；n为转子每分钟的转数（rpm）。
流量Q, 规模
规格、台数
气溶胶,活cell
密封灭菌设计
离 心 机 的
实验四离心技术及物质代谢实验
离心技术是利用离心力对生物样品进 行分离和纯化的技术。
通过选择合适的离心条件（如转速、 离心时间、温度等），可以实现对生 物样品中不同组分的有效分离和纯化。
在高速旋转的离心机中，不同密度的 组分由于受到不同的离心力而产生不 同的沉降速度，从而实现组分的分离。
实验步骤概览
准备实验材料和器具
离心管、离心机、待分离的生物 样品等。
04 实验结果分析
数据收集与整理
01
02
03
数据记录
准确、完整地记录实验过 程中收集到的数据，包括 离心前后的物质质量、离 心时间、转速等。
数据整理
将实验数据整理成表格或 图表形式，便于后续分析。
数据核查
对实验数据进行核查，确 保数据的准确性和可靠性。
结果分析方法
统计分析
运用统计学方法对实验数据进行处理和分析，如 计算平均值、标准差等。
离心技术是指利用离心机的高速旋转 产生的离心力，使不同密度的物质在 离心场中沉降速度不同，从而实现物 质分离、纯化、浓缩等目的的技术。
离心技术是一种广泛应用于生物学、 医学、化学和工业生产领域的实验技 术。
离心技术的分类
根据转速和离心力的大小，离心技术可分为低速离心、高速离心、超速离心和超 离心。
配制离心介质
根据需要选择合适的介质，如生 理盐水、缓冲液等。
样品处理
将待分离的生物样品进行适当处 理，如破碎、溶解等。
数据分析
对收集到的组分进行分析，如测 量其浓度、活性等。
组分收集
根据离心结果，收集不同密度的 组分。
离心操作
设定离心条件，将处理后的样品 放入离心机中进行分离。
02 离心技术介绍
离心技术的定义
医学课件实验四-离心技术及物质代谢实验
然后以硫酸肼为稳定剂，保护磷酸丙糖不致自
发分解，使其不能向其他方向变化，结果磷酸
丙糖在反应体系中堆积，从而与2，4－二硝基 苯肼反应生成相应的苯腙，后者在碱性溶液中 溶解呈紫红色，可借此鉴定丙糖之生成。
【实验方法】
取试管3支，编号，按下表进行操作． 记录三管所发生的情况，并加以简要的分析． CCL3COOH的作用：强酸，使糖酵解的全部酶失活。 一碘醋酸的作用：使3－磷酸甘油醛脱氢酶失活。 硫酸肼的作用：稳定磷酸丙糖，使其不向其它方向转变。
制备性离心机
普通离心机：< 6000rpm 高速离心机： 6000～20000rpm 超速离心机：≥20000rpm
主要构造 转头，离心管和管帽，制冷系统，真空系 统，制动装置，指示表盘
转头
1．角式转头
2．荡平式转头： 这种转头是由吊着的4或6个自由活动的吊桶(离心套管)构成。
3．区带转头： 区带转头无离心管，主要由一个转子桶和可旋开的顶盖组成。 4．垂直转头： 其离心管是垂直放置的。 5．连续流动转头： 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 装置组成。
实验四 离心技术及物质代谢实验
离心技术
概念： 根据物质沉降系数、质量、浮力因素等的不同， 应用离心力使物质分离、浓缩、提纯的方法。 应用： 分离、提纯、鉴别生物高分子；分离线粒体、染 色体、微粒体、溶酶体等亚细胞物质。
基本原理
2 rpm F m a m r ， 60 2 2
每个转头各有其最高允许转速和使用累计期限，使
用转头时要查阅说明书，不得过速使用。
装载溶液时，要根据各种离心机的具体操作说明进行， 根据待离心液体的性质及体积选用适合的离心管，有 的离心管无盖，液体不得装得过多，以防离心时甩出， 造成转头不平衡、生锈或被腐蚀;而制备性超速离心机 的离心管，则常常要求必须将液体装满，以免离心时 塑料离心管的上部凹陷变形。
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第四章 离心技术离心机是利用物体高速旋转时产生强大的离心力，使置于该旋转体中的悬浮颗粒发生沉降或漂浮，从而使某些颗粒达到浓缩或与其他颗粒分离之目的。
离心机的种类繁多，用途各异，本章只介绍生物离心机的基本原理、方法及其在医学检验上的应用。
一、离心理论1、离心分离的原理将处于悬浮状态的细胞、细胞器、病毒和生物大分子等称为―颗粒‖。
每个颗粒都有一定大小、形状、密度和质量。
当离心机转子高速旋转时这些颗粒在介质中发生沉降或漂浮，它的沉降速度与作用在颗粒上的力的大小和力的方向有关。
颗粒除受到离心力(F c )外，还受到颗粒在介质中移动时的摩擦阻力(F f )、与离心力方向相反的浮力(F B )、颗粒处于重力场之下的重力(F g )和与重力方向相反的浮力(F b )。
各力的作用方向见图4—1。
此外，颗粒还受到周围介质小分子的作用力，当颗粒很小时，介质分子对颗粒的作用力十分明显，要使这种小颗粒沉降，需要更大的离心力。
本节只讨论比介质分子大得多的颗粒，因此介质作用力不予考虑。
下面将对各个力作详细的分析。
1）离心力离心力(F c )的大小等于离心加速度ω2R 与颗粒质量m 的乘积，即：F c ＝mω2R (4–1)其中ω是旋转角速度（弧度/秒）,R 是颗粒离旋转中心的距离（cm ），m 是质量（克）。
2）重力重力(F g )是颗粒质量与重力加速度的乘积用下式表示：F g ＝mg (4–2)重力的方向与离心力的方向互相垂直，同离心力相比显得十分小，可以忽略不计。
例如：离开旋转中心12cm 的颗粒，在N ＝1,000转/分时离心，产生的离心力比重力大134倍。
因为：F c /F g ＝mω2R/mg ＝ω2R/g ＝(2πN/60)2R/980＝(2×3.1416×1000/60)2×12/980＝134如在超速离心机中进行离心分离，其离心力更大，重力更可以忽略不计。
同时颗粒由重力而产生的浮力(F b )也可忽略不计。
3）介质的摩擦阻力b F g F C F BF f介质对颗粒的摩擦阻力(F f)用Stocke阻力方程表示：F f＝6πηr p dR/dt （4–3）其中η是介质的粘滞系数(厘泊，cP)；r p是颗粒的半径(cm)；dR/dt是颗粒在介质中的移动速度(cm/s)，又称为沉降速度，即单位时间内颗粒沉降的距离。
上述方程只适用于球形颗粒，但不少生物颗粒并非球形，有椭球形、扁球形、棒形或线形等，这使情况更复杂。
对于椭球形颗粒的Stocke阻力方程应改写成为：F f＝6πηr p(dR/dt)f/f0（4–4）其中f0为球形摩擦系数，f为同球形等体积的扁球形或椭球形的摩擦系数。
从f/f0可以得出，颗粒偏离球形程度越大，f越大，则阻力F f值也越大。
4）浮力在重力场中，浮力的定义是指被物体所排开周围介质的重量。
但在离心场的情况下，颗粒的浮力与离心力方向相反，为颗粒排开介质的质量与离心加速度之乘积。
用下式表示：F B＝P m(m/P p)ω2R＝P m/P p mω2R （4–5）其中P p为颗粒密度(g/cm3)，P m为介质密度(g/cm3)，m/P p为介质的体积，Pm (m/P p)为颗粒排开介质的质量。
综上所述，在离心场中，作用于颗粒上的力主要有离心力F c、浮力F B和摩擦阻力F f。
当离心转子从静止状态加速旋转时，原来处于悬浮状态的颗粒如果密度大于周围介质的密度，则颗粒离开轴心方向移动，即发生沉降；如果颗粒密度低于周围介质的密度，则颗粒朝向轴心方向移动，即发生漂浮。
无论沉降或漂浮，离心力的方向与摩擦阻力和浮力方向相反；当离心力增大时，反向的两个力也增大，到最后离心力与摩擦阻力和浮力平衡，颗粒的沉降(或漂浮速度)达到某一极限速度，这时颗粒运动的加速度等于零，速度dx/dt变成恒速运动。
那么F c＝F B＋F f（4–6）将式4–1，4–3，4–5代入式4–6得mω2R＝6πηr p dR/dt＋(P m/P p)mω2R （4–7）其中球形体积V为4πr p3/3，m＝VP p＝(4πr3p/3)P p故4–7式可写成：(4πr p3/3)(P p)(ω2R)＝6πηr p dR/dt＋(4πr3/3)(P p)(ω2R)整理后得：dR/dt＝4r p2 (P p－P m)/18ηω2R （4–8）或者：V＝dR/dt＝d2(P p－P m)18ηω2R （4–9）上式d为颗粒直径(厘米)，对于非球形颗粒还应考虑f/f0的摩擦系数比，得：dR/dt＝d2(P p－P m)/(18ηf/f0)ω2R （4–10）从式4–10可见：①颗粒的沉降速度与颗粒直径的平方、颗粒与介质的密度差和离心加速度成正比，而与介质的粘滞度、颗粒偏离球形的程度成反比；②当颗粒的密度P p大于介质密度P m 颗粒发生沉降；当P p＜P m时，颗粒漂浮；当P p＝P m时，颗粒不沉不浮；③在离心加速度ω2R不变的情况下，颗粒的沉降速度主要决定于颗粒的直径大小和颗粒的形状，而颗粒的密度所起的作用较小。
2、沉降系数1924年，Svedberg定义沉降系数为颗粒在单位离心力场作用下的沉降速度。
即：S＝(dR/dt)/ω2R （4–11）沉降系数的物理意义是颗粒在离心力作用下从静止状态到达极限速度所经过的时间。
沉降系数的单位用svedberg表示，量纲为秒，1 svednerg＝10-13秒，简称S。
将式4–10二边同除以ω2R，得到沉降系数的表示式：S＝(dR/dt)/ω2R＝d2(P p－P m)/(18ηf/f0) （4–12）从上式可知：在给定的介质中沉降系数的大小主要是由颗粒直径的平方和摩擦系数f/f0所决定。
3、相对离心力和离心时间1）相对离心力(RCF)：是指在离心力场中，作用于颗粒的离心力相当于地球引力的倍数。
重力加速度g=980厘米/秒2。
故RCF的公式如下：RCF＝Fc/F g＝mω2R/mg＝ω2R/g＝(2πrpm/60)2R/980＝1.118×10-5R(rpm)2如以N代表rpm，同上式可转化为：RCF＝1.118×10-5RN2（4–13）其中R为离心转子的半径距离（cm），N为转速（转/分）。
一般情况下，低速离心时常以rpm来表示，超速离心则以g表示。
计算颗粒的相对离心力时，应注意离心管与旋转中心的距离R。
由于转子的形状及设计差异，离心管的口部和底部到旋转轴中心距离差异很大。
如：离心管口R＝4.8厘米，管底R＝8.0厘米，rpm＝12000RCF口部＝1.118×10-5×(12000)2×4.8＝7737×gRCF底部＝1.118×10-5×(12000)2×8.0＝12891×g由此所见，作用于离心管口部和底部的离心力相差近乎一倍。
这不仅说明了超速离心时用g 代替rpm的原因，也说明了R应指旋转轴中心到某被分离物质颗粒在离心管中所处位置的距离，该颗粒所受到离心力随其在管中的移动而变化。
科技文献中，离心力的数据常指其平均值，即离心管中点的离心力。
为了便于进行转速和相对离心力之间的换算，Dole和Cotzias在式4–13的基础上制作了三者关系的列线计算图4–2，图示法较公式法计算方便。
已知离心转子的半径、转速和相对离心力中的任意两个数值，可以求得第三个数值。
在列线计算图中找到两数值对应的点位置，过两点作直线，直线与第三条列线相交，交点的数值即为所求第三者的值。
2）沉降时间(t)：在某一个介质中使一种球形颗粒从液体的弯月面沉降到离心管底部所需要的离心时间。
沉降时间与沉降速度成反比。
t＝18η/[ω2d2(P p－P m)]ln(R max/R min) （4—14）Rmax和Rmin分别代表转轴中心至离心管底部和液面的距离。
转子半径相对离心力转速图4–2 离心机转数与离心力的列线图如果已知某种颗粒的沉降系数(S)，则可估计其沉降时间(t)t＝1/S［(lnR max－1nR min)/ω2］（4—15）离心时间是由实验要求所决定，为了避免不稳定颗粒的凝聚、挤压损伤或变性失活，并使扩散所导致的区带加宽现象减弱，在保证分离的前提下，应尽可能缩短离心时间。
相反，分离某些沉降较快的大颗粒时，为了达到预期的分离效果，往往使用粘度较大的梯度，以阻止颗粒的过度沉降，并延长离心时间。
4、离心机的分类目前在生物医学领域内常用的离心机种类繁多，按其离心转子能达到最高转速分类有：低速离心机(在6,000rpm以下)、高速离心机(在25,000rpm以下)和超速离心机(在30,000rpm以上)。
目前商售大型超高速离心机最高转速达100,000rpm，相对离心力803000×g。
在超速离心机中，根据用途不同，又可分为制备型超速离心机、分析型超速离心机及制备分析两用型超速离心机。
近年制备型与分析型界限在逐步消失，出现制备分析两用机，通过更换转子和装上光学附件进行分析工作。
用制备型的区带转子或水平转子，运用密度技术可测定颗粒沉降系数、病毒或核酸的浮力密度，部分代替了分析型超速离心机功能。
表4—1 三种不同级别的制备离心机的比较类型普通离心机高速离心机超速离心机最大转速(rpm) 6,000 25,000 30,000以上最大RCF(g) 6,000 89,000 可达510,000以上分离形式差速离心差速离心密度梯度区带分离或差速沉降分离离心管平衡允许误差0.25克0.1克0.1克转子角式和外摆式转子角式，外摆式转子等角式，外摆式，区带转子等仪器结构、性能和特点速度控制不严格，多数室温下操作有致冷装置，有较准确速度和温度控制系统有真空和冷却系统，精确的温度和速度控制、监测系统，保证转子正常运转的传动和制动装置。
应用收集易沉降的大颗粒(如RBC，酵母细胞等)收集微生物、细胞碎片、大细胞、硫酸铵沉淀物和免疫沉淀物等。
但不能有效沉淀病毒、小细胞器(如核糖体)、蛋白质等大分子主要分离细胞器，病毒，核酸蛋白质，多糖等甚至能分开分子量相近的同位素标记物15N—DNA和未标记的DNA二、离心分离的种类根据离心原理，可设计出各种离心方法，归纳起来有二大类(表4–2)。
分析型超速离心方法在这里我们不予讨论。
表4–2离心分离法的分类离心方法差速离心密度梯度区带离心速度区带离心等密度离心颗粒沉降系数相差大(1~n个数量级)相差较少(2％或更少)。
或分子量相差3倍的蛋白质离心特点短时间、多次采用不同速度和离心时间进行分段离心①沉降速度主要依赖于颗粒的形状和大小 ②离心时间较短，颗粒沉降速度不可能为零，若时间过长，分离开的区带有可能在管底重新靠扰 ③颗粒密度不等于周围介质密度①沉降平衡主要依赖于颗粒的密度 ②离心时间较长，一般大于15h，平衡时沉降速度为零，形成稳定的区带 ③沉降平衡时，颗粒密度一定等于周围介质的密度适用范围分子量(或大小)相差大，不稳定，易变性、易受梯度介质损伤的颗粒。