离心技术 (2)
超现代实验技术：离心技术---精品管理资料
超速离心技术超速离心技术是利用物质的沉降系数、浮力、质量等方面的差异，利用强大的离心力场，使样品中的混合物得以分离、浓缩、纯化和鉴定的技术.离心技术现在已经成为分子生物学和生物化学研究中不可缺少的一项重要技术。
离心技术可分为制备型和分析型两类。
在生物学领域可以利用这种方法，分离提取各种细胞及其亚细胞物质，如细胞膜、细胞核、染色体、线粒体、叶绿体、溶酶体、核蛋白体等.也可以鉴定蛋白质、酶及核酸的纯度。
处理的样品可多可少，少至0.2mL以下。
离心技术的范围相当广泛。
目前，利用这种技术分离各种亚细胞物质、酶、病毒、质粒及各种核酸。
因此，为分子生物学、生物化学和医学的发展，提供了有利的手段。
自从1926年瑞典物理学家Svedberg制成世界上第一台超速离心机（45000转/分）到现在已有快80年的历史，在这期间，离心机的发展是非常迅速的。
特别是在50年代以后发展的更快，例如,美国贝克曼(Beckman）公司和杜邦苏凡尔（Dupont Sorvall）公司，英国测量科学设备公司（MSE）,日本的日立（HITACHI)公司以及德国的海吕斯（Heraeus）公司，都生产出各种离心机产品，如普通离心机、高速离心机和超速离心机。
从简单的低速高容量的制备离心机到用于精密分析的超速离心机，应有尽有。
美国贝克（Beckman）公司的超速离心机居世界领先地位，采用了大规模集成电路，计算机程序控制，分离—检测，全部实现自动化;最高转速可达13多万转/分钟，并配有各种型号的垂直转头、水平转头、固定角转头、区带转头、连续转头等，供用户选用，不但操作简单、节省时间，而且进一步提高了的分离效率。
此外,离心技术也有了很大的发展，有密度梯度离心技术和区带离心技术，为生物大分子的分离、纯化和鉴定提供了优越的手段。
虽然离心机的种类有多种，离心技术也多种多样，但是它们的工作原理基本相似。
在实际工作中用的最多的还是制备型离心。
本课程主要介绍制备型分离技术。
3生物分离工程技术第三章固-液分离技术-第二讲离心技术-文档资料
5、物质的沉降系数
• 假定液体浓度稀薄其黏度为O，颗粒物质为正圆 形，则混溶于液体的颗粒性物质在引力场作用下 的沉降过程仅受重力和液体浮力双重影响。离心 时作用于沉降颗粒的离心力是：
f1颗粒 颗 体 粒 积 液 体 相相 对 对 离 1 6d3密 心 度 力 2
• 根据Stokes定律，离心时沉降颗粒遇到的阻力是：
②相对离心力“ RCF ”
相对离心力是指在离 心场中，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” （ 980cm/sec2） ,“RCF” 相对离心力可用下式计算：
RCF＝ω2r ω＝2πrpm
980
60
RCF = 1.119×10－5×(rpm)2 r
( rpm — revolutions per minute生每物分分钟离转(数工，程r)/技mi术n )
• 离心分离过程就是以离心力加速不同物质 沉降分离的过程。被分离物质之间必须存 在或经人为处理产生的密度或沉降速率差 异才能以离心方法进行分离。
生物分离(工程)技术
2、离心机的选择
• 常速离心机：最大转速在8000r／min以内，相对离心
力(RCF)在l×l04×g以下。主要用于细胞、细胞碎片和培养基 残渣等固形物的分离，也用于酶的结晶等较大颗粒的分离。
缺点：
①离心时间较长；②需要制备惰性梯度介质溶液； ③操作严格，不易掌握。
生物分离(工程)技术
(1)差速区带离心法的特点
• 离心管先装好密度梯度介质溶液， 样品液加在梯度介质的液面上， 离心时，由于离心力的作用，颗 粒按不同沉降速度向管底沉降， 离心一定时间后，沉降的颗粒逐 渐分开，最后形成一系列界面清 楚的不连续区带，沉降系数越大， 往下沉降越快。
生化检测技术2超速离心
生化检测技术
Techniques of Biochemical Detection
超速离心技术的基本原理
2. 相对离心力(RCF)
RCF=Fc / Fg = m · 2 r / m · = ω2 r /g ω g g为地球重力加速度(取g=980cm/sec 2)
Fc RCF = = Fg
4 π 2n 2r
0
(
2πn
60 980
) 2 ·r
= 3600×98 =
1.119 ×10 -5 · 2r n
离心机的种类：
大容量连续流动离心机
高速离心机 低容量冷冻离心机 制备性超速离心机
超速离心机
分析性超速离心机
制备性超速离心机：
温度控制 －冷冻离心 真空系统－ 当转速超过40000 rpm时，空气与转头之间的摩擦 生热成为严重的问题，因此， 超速离心机增添了真空系统。
分析性超速离心机 分析性超速离心机主要 是为了研究生物大分子物质的 沉降特征和结构。因此,它使 用了特殊设计的转头和检测系 统,以便连续地监测物质在一 个离心场中的沉降过程。
新鲜组织
匀浆
600× g ，10min
沉淀Ⅰ
上清
10，000 × g ，30 min
（细胞核，未破坏的细胞）
沉淀Ⅱ
（线粒体）
上清
105，000 ×g ，60 min
沉淀Ⅲ
（微粒体）
超现代实验技术：离心技术
超速离心技术超速离心技术是利用物质的沉降系数、浮力、质量等方面的差异，利用强大的离心力场，使样品中的混合物得以分离、浓缩、纯化和鉴定的技术。
离心技术现在已经成为分子生物学和生物化学研究中不可缺少的一项重要技术。
离心技术可分为制备型和分析型两类。
在生物学领域可以利用这种方法，分离提取各种细胞及其亚细胞物质，如细胞膜、细胞核、染色体、线粒体、叶绿体、溶酶体、核蛋白体等。
也可以鉴定蛋白质、酶及核酸的纯度。
处理的样品可多可少，少至0.2mL以下。
离心技术的范围相当广泛。
目前，利用这种技术分离各种亚细胞物质、酶、病毒、质粒及各种核酸。
因此，为分子生物学、生物化学和医学的发展，提供了有利的手段。
自从1926年瑞典物理学家Svedberg制成世界上第一台超速离心机（45000转/分）到现在已有快80年的历史，在这期间，离心机的发展是非常迅速的。
特别是在50年代以后发展的更快，例如，美国贝克曼（Beckman）公司和杜邦苏凡尔（Dupont Sorvall）公司，英国测量科学设备公司（MSE），日本的日立（HITACHI）公司以及德国的海吕斯（Heraeus）公司，都生产出各种离心机产品，如普通离心机、高速离心机和超速离心机。
从简单的低速高容量的制备离心机到用于精密分析的超速离心机，应有尽有。
美国贝克（Beckman）公司的超速离心机居世界领先地位，采用了大规模集成电路，计算机程序控制，分离-检测，全部实现自动化；最高转速可达13多万转/分钟，并配有各种型号的垂直转头、水平转头、固定角转头、区带转头、连续转头等，供用户选用，不但操作简单、节省时间，而且进一步提高了的分离效率。
此外，离心技术也有了很大的发展，有密度梯度离心技术和区带离心技术，为生物大分子的分离、纯化和鉴定提供了优越的手段。
虽然离心机的种类有多种，离心技术也多种多样，但是它们的工作原理基本相似。
在实际工作中用的最多的还是制备型离心。
本课程主要介绍制备型分离技术。
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
生化分析技术(二)--电泳分析、离心技术
临床化学常用分析技术（二）电泳分析概念：在直流电场中，带电粒子向所带符号相反的电极移动的现象称为电泳。
1.醋酸纤维素薄膜电泳醋酸纤维素是指纤维素的羟基乙酰化形成的纤维素醋酸酯，由该物质制成的薄膜称为醋酸纤维素薄膜。
这种薄膜对蛋白质吸附小，能消除电泳中出现的“拖尾”现象。
具有分离速度快、样品用量小的特点，适合于病理情况下异常蛋白的检测。
2.凝胶电泳以淀粉胶、琼脂或琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等作为支持介质的区带电泳法称为凝胶电泳。
聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）除了浓缩效应、电荷效应外，还包括分子筛效应，普遍用于分离蛋白质及较小分子核酸。
琼脂糖凝胶电泳适用于分离同工酶及其亚型、大分子核酸等。
3.等电聚焦电泳等电聚焦（IEF）是利用有pH梯度的介质分离等电点不同的蛋白质的电泳技术，特别适合于分离分子量相近而等电点不同的蛋白质组分，在区带电泳中分辨率最好。
常用的pH梯度支持介质有聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶等。
4.毛细管电泳利用电泳和电渗流的电动力学原理，在一种空芯的微小内径的毛细管中进行混合物的高效分离技术。
毛细管电泳可分为：毛细管自由溶液区带电泳；毛细管凝胶电泳；毛细管等电聚焦电泳；胶束毛细管电动力学色谱。
离心技术（一）离心技术的基本原理离心技术是根据一组物质的密度和在溶液中的沉降系数、浮力等不同，用不同离心力使其从溶液中分离、浓缩和纯化的方法。
离心技术分为制备离心技术和分析离心技术。
制备离心技术主要用于物质的分离、纯化。
分析离心技术主要用来分析样品的组成。
（二）离心技术种类及在检验中的应用离心技术在生化检验中的应用主要有两方面：①对悬浮液中颗粒的分离，如从全血中分离血清、血浆等；②分离两种密度不同液相，如从有机溶剂和水的混合物中分离出有机相等。
1.普通离心法可用来分离细胞、细胞膜或细胞碎片。
2.差速离心法（差级离心法）其原理是交替使用低速或高速离心，也可采用逐渐增加离心速度的办法，通过不断增加相对离心力使一个非均匀混合液内的大小、形状不同的粒子分部沉淀。
离心的基本原理和方法
离心的基本原理和方法离心技术可以在生物、化学、物理等领域中得到广泛应用，其基本原理是利用离心力将样品分离成不同的组分。
离心是通过对甩轮（rotor）施加高速旋转，使不同密度、形状或大小的物质沉降或浮升，从而实现分离的过程。
以下将介绍离心的基本原理和方法。
1. 基本原理离心原理是基于史托克斯定律，也就是沉降速率与颗粒大小、形状和密度有关的原理。
当样品放置在旋转的甩轮上时，高速旋转将产生一个与离心力大小相等的离心加速度，其大小约为1万倍的地球引力。
离心加速度与半径的平方成正比，因此，离心机的甩轮越大，离心加速度越大。
2. 离心方法离心方法主要包括各种旋转速度和时间的组合。
常用的离心方法有：（1）常规离心：常规离心一般用于分离细胞、蛋白质、核酸等生物分子。
载体物质（如细胞）被置于离心管（centrifuge tube）中，并旋转至合适的速度和时间，使其中的组分被沉淀或上漂到不同的位置，从而实现分离。
（2）超速离心：超速离心是一种高速离心方法，用于分离细胞破碎液、粉碎样品等，需要离得更远的组分。
超速离心一般使用更大的甩轮，可产生更高的离心加速度。
（3）梯度离心：梯度离心是基于组分分离的不同沉降系数来进行分离。
梯度介质（如蔗糖、琼脂等）被均匀地加入离心管中，并沿着管子形成梯度。
载体物质被放置在管子顶部，离心时不同的成分就会在不同的梯度中沉降，从而实现分离。
（4）分子筛离心：分子筛离心是通过离心分离物质的分子大小和重量。
分子筛离心使用特别设计的甩轮和选择性的分子筛，将分子通过偏离甩轮的轨道来分离，从而实现分离。
3. 离心应用离心技术具有广泛的应用，包括细胞毒性测试、DNA/RNA提取、蛋白质纯化、糖类检测、药物筛选等。
离心将样品分离成不同的组分，从而可以对目标组分进行深入研究、提取或者纯化。
离心技术在生物学和医学领域中使用最为广泛，但它也可用于分离和提取食品、环境和材料等方面的样品。
综上所述，离心技术是一种基于沉降速率与颗粒大小、形状和密度有关的原理实现的分离技术，包括各种旋转速度和时间的组合。
生物制药学——第十章 离心技术
连续离心转子 离心杯与旋转轴成固定角度，同时设有进
液口和出样口，以便在连续离心时进液和出液。
适用于培养液中收集菌体及细胞。
2、离心管
• 主要用塑料、不锈钢、铝合金、钛合金等制成。
• 管体形式：光口离心管、螺口离心瓶、一次性 快密封管，连盖离心管，毛细管等。
•塑料离心管常用材料有聚乙烯（PE）、聚丙烯
用途： 差速离心的分辨率不高，沉降 系数在同一个数量级内的各种粒子
不容易分开，常用于颗粒或密度差 别较大的组分的分离，或其他分离 手段之前的粗制品提取。
用于分离大小、形状显著不同的组分， 根据颗粒沉降速度不同得以分离。
已破碎的细胞
500g,10’
分离已破碎 细胞各组份 上清液
10 000g,10’
RCF=F离心力／F重力= mω2r/mg = (2πr/r· rpm) 2·· r m/m· g
4 2 N 2 rm RCF 3600 mg
rpm要折换成 转/秒
4 2 N 2r 1.118 10 -5 N 2r g 3600 980
r : 离心转子的半径距离(cm)； g : 地球重力加速度（980cm/sec2）； N: 转子每分钟的转数（rpm）。
沉淀（细胞核）
上清液
沉淀（细胞膜碎片、 线粒体、溶酶体）
沉淀（核糖核蛋白体）
100 000g,3h
上清液（可 溶性组分）
特点：
优点：操作简易，离心后用倾倒法即可将上 清液与沉淀分开，并可使用容量较大的角式 转子。 缺点：须多次离心，沉淀中有夹带，分离效 果差，不能一次得到纯颗粒，沉淀于管底的 颗粒受挤压，容易变性失活。
以纯水（20℃）为标准介质加以校正
五、沉降时间和转子常数
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
离心技术一．概念生物样品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（细胞器、生物大分子的沉淀等）以一定的速度沉降，从而与溶液得以分离的一种技术。
沉降速度取决于颗粒的质量、大小和密度。
主要应用于各种生物样品的分离和制备。
二．基本原理1．离心力（F）F = m·a ＝m·ω2r2a：粒子旋转的加速度m：粒子的有效质量克为单位ω：粒子旋转的角速度弧度/秒为单位r：粒子的旋转半径cm为单位2．相对离心力（RCF）relative centrifuge force通常离心力常用地球的引力的倍数来表示，因而称为相对离心力（RCF）。
或者用数字×g 来表示，例如：13，000g，则表示相对离心力为13，000。
相对离心力指在离心场中，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（980cm/s2）。
RCF=ma/ mg= mω2r2/mg=ω2r2/gω=2π×rpm/60∴RCF=1.119×10－5×（rpm）2rrpm：revolutions per minute为每分钟转数由上式可知，只要给出旋转半径r，则RCF和rpm之间可以相互换算。
由于转头的形状及结构的差异，每台离心机的离心管从管口至管底的各点与旋转轴之间的距离是不一样的，所以在计算时规定旋转半径均用平均半径r av代替：rav＝（r min＋r max）/2低速离心时常以转速rpm来表示，高速离心时则以g表示。
报告离心条件时使用RCF 比rpm要科学，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。
三．离心机的主要构造和类型1．离心机的分类工业用离心机制备性离心机：分离各种生物材料、分离的样品量比较大实验用离心机分析性离心机：研究纯的生物大分子和颗粒的理化性质，一般有光学系统，可监测粒子在离心场中的行为，能推断物质的纯度、形状和分子量等，都是超速离心机制备性离心机分为：（1）普通离心机最大转速6000rpm左右，最大RCF接近6000g，容量为几十毫升至几升，分离形式是固液沉降分离，其转速不能严格控制，通常不带冷冻系统，室温操作，用于收集易沉淀的大颗粒物质，如：细胞等（2）高速冷冻离心机转速为2000－25000rpm，最大RCF为8900×g，最大容量可达3L，一般都有制冷系统，以消除高速旋转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℃－4℃，可以严格准确的控制转速温度和时间，并有指针或数字显示。
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。
生化分析与实验之离心技术
离 心 分 离 技 术
化学与生命科学学院
离心分离技术
是借助离心机旋转所产生的离心力， 根据物质的大小、密度、沉降系数和 浮力等的不同，而使物质分离的技术 过程。
一、离心技术的应用
1.用于生物、医学、化学等实验室分析研 究的，转速从每分钟几千到几万转以上，此 类技术的使用目的在于分离和纯化样品，以 及对纯化的样品有关性能进行研究。 2.用于工业生产的，如化工、制药、食品 等工业大型制备用的离心技术，转速都在每 分钟5000转以下。
等密度离心法
1
2
3
粒子密度（ ρ p） < 最大介质密度（ρm）等密Fra bibliotek离心法的离心结果
密度屏障 I II 不连续梯度 连续梯度
五. 梯度溶液的制备
(一).梯度材料的选择原则:
1、与被分离的生物材料不发生反应。 2、可达到要求的密度范围,且在所要求的密 度范围内,粘度低,渗透压低,离子强度和pH变 化较小。 3、不会对离心设备发生腐蚀作用。 4、容易纯化,价格便宜或容易回收。 5、浓度便于测定,如具有折光率。
四、离心分离方法
制备型超高速离心机的几种分离方法：
A．差速离心 B．密度梯度离心法 C. 等密度梯度离心法
A．差速离心：
利用不同的粒子在离心力场中沉降的差别, 在同一离心条件下,沉降速度不同,通过不断 增加相对离心力,使一个非均匀混合液内的 大小、形状不同的粒子分步沉淀。
差速离心的特点是操作简单，但分离纯度不 高。
RCF＝ F离心力/F重力
＝ mω 2r/m·g=ω 2r/g ＝ 1.118 × 10-5 ×(rpm)2 × r半径
离心技术
36
甩平式转头 36,000
5×5
55
垂直管转头 100,000 8×5
<2
近垂直管转头 78,000
8×5
4
效果 较好
好 较好
好
离心管
塑料离心管：聚乙烯（PE）管，纤维素（CAB） 管，聚碳酸酯（PC）管，聚丙二醇酯（PP）管 等。
不锈钢离心管
离心方法介绍及举例
沉淀离心 差速分级离心 密度梯度离心 淘洗离心 连续流离心
水
平
转
头
的
基
600 rpm
本
结
构
垂直转头（vertical tube rotor）
垂直转头：是指离心管与旋转轴成平行方向。当 转头旋转时，离心管中的液体层改变方向，与旋 转轴成垂直方向。当离心结束后，液层又随转速 的降低慢慢恢复原位。
承受的最大离心速度在100, 000 r/min左右，最大 离心力在700, 000g 。
近垂直管转头 超速 连续离心转头 低、高、超速
1989年，（日）Hitachi Koki;（美） Beckman公司
1965年，（英）MSE公司
角转头（angle rotor）
角转头：离心管放置的位置与转头的旋转轴之间 成一个固定角度，通常在14-40℃之间。 承受的最大离心速度在100,000 r/min，最大离心 力可达800,000 × g。 适用于差速离心，也可用于等密度离心。 特点：容量大，转头内容纳的离心管多。
1955年，Anderson发明了区带转头，并用区带离 心法首次证明了DNA双螺旋结构半保留复制的假说；
1955年以后，开始了超速、高速、低速大容量离 心机以及分析用超速离心机的商品化生产；
生物化学实验考试重点
1.何为离心技术？它有什么用处？离心技术是利用物体高速旋转时产生强大的离心力，使置于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。
离心机转子高速旋转时，当悬浮颗粒密度大于周围介质密度时，颗粒离开轴心方向移动，发生沉降；如果颗粒密度低于周围介质的密度时，则颗粒朝向轴心方向移动而发生漂浮。
用处：它是分离细胞器和生物大分子物质基本的必备手段之一，它是测定某些纯品物质的部分性质的一种方法。
2.简述离心机的分类（1）工业用：低速，高速，超速离心机（2）试验用：1制备：a普通离心机：台式普通，台式超速离心机。
B冷冻离心机：大容量，高速，超速冷冻离心机。
2分析：分析超速离心机。
3.简述层析法的基本原理及分类原理：所有的层析系统都由两个相组成：一是固定相，另一是流动相。
当待分离的混合物随流动相通过固定相时，由于各组分的理化性质存在差异，与两相发生相互作用（吸附、溶解、结合等）的能力不同，在两相中的分配（含量比）不同，且随流动相向前移动，各组分不断地在两相中进行再分配。
分部收集流出液，可得到样品中所含的各单一组分，从而达到将各组分分离的目的。
分类;氧化铝柱，活性炭柱，纸上，液相，高效液相，硅胶薄层，聚酰胺薄层，离子交换，凝胶，亲和，金属螯合，疏水，共价层析4.简述层析技术的一般过程，层析技术可运用在哪些方面？过程：1层析柱的制作，2加样，3洗脱，4检测与鉴定运用：1小分子有机物质的纸层析及薄层层析。
2用吸附柱层析分离，纯化胡萝卜素。
3用亲和层析法分离青豌豆凝集素。
4凝胶过滤测蛋白质相对分子量。
5用hplc分析维生素5．分光光度发的基本原理。
运用分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度，对该物质进行定性和定量分析的方法。
运用：1蛋白质含量的测定2氨基酸含量的测定3糖类含量的测定4核酸含量的测定5酶活力测定6其他有色物质的测定6简述测定谷物样品中赖氨酸含量的意义？答：赖氨酸是碱性氨基酸（一羧基二氨基），它是人体不能合成的氨基酸，必须由食物提供，所以称为必需氨基酸。
高中生物科学方法(2) 差速离心法与密度梯度离心法
高中生物科学方法(2)差速离心法与密度梯度离心法同位素标记法与荧光标记法一、差速离心法与密度梯度离心法1．差速离心法(1)概念：差速离心主要是采取逐渐提高离心速率分离不同大小颗粒的方法。
(2)原理：在分离细胞中的细胞器时，将细胞膜破坏后，形成由各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆，将匀浆放入离心管中，采取逐渐提高离心速率的方法分离不同大小的细胞器。
(3)具体操作：起始的离心速率较低，让较大的颗粒沉降到管底，小的颗粒仍然悬浮在上清液中。
收集沉淀，改用较高的离心速率离心上清液，将较小的颗粒沉降，以此类推，达到分离不同大小颗粒的目的。
2．密度梯度离心法(1)概念：密度梯度离心法又称为区带离心法，可以同时使样品中几个或全部组分分离，具有良好的分辨率。
(2)原理：不同颗粒之间存在沉降系数差时，在一定离心力作用下，颗粒各自以一定速度沉降，在密度梯度不同区域上形成区带的方法。
(3)操作：离心时先将样品溶液置于一个由梯度材料形成的密度梯度液体柱中，离心后被分离，组分以区带层分布于梯度柱中。
3．密度梯度离心法和差速离心法的区别(1)差速离心法是用不同强度的离心力使具有不同质量的物质分级分离，密度梯度离心中单一样品组分的分离是借助于混合样品穿过密度梯度层的沉降或上浮来达到的。
(2)差速离心用两个甚至更多的转速，而密度梯度离心只用一个离心转速。
(3)差速离心是适用于混合样品中各沉降系数差别较大组分，而密度梯度离心的物质是密度有一定差异的。
二、同位素标记法与荧光标记法1．同位素标记法(1)同位素：同一元素中，质子数相同、中子数不同的原子互为同位素。
常用的同位素有：具有放射性的同位素：14C、32P、3H、35S等；还有不具有放射性的同位素：15N、18O等。
(2)同位素的特点：物理性质可能有差异，但组成的化合物化学性质相同。
(3)同位素标记法①概念：用物理性质特殊的同位素标记特定的原子，追踪化学反应中特定原子的去向。
②应用方法：标记特征化合物作为反应的原料，检测特征元素的去向，从而探究生化反应过程。
水污染控制技术-离心
二、分离理论
离心
（一）离心分离
离心分离的基本原理是利用悬浮粒子与周围液体间存在的密度差进行的。
（二）离心过滤
离心过滤形成的滤饼是由固体颗粒组成。离心操作都是以滤饼过滤形式进行的，按照性质分为不可压缩滤饼 （不易变形的固体颗粒）和可压缩滤饼（絮凝团和附聚团的细小颗粒）。
（三）离心沉降
颗粒在离心沉降主要有层流、过渡流和湍流三种流型。在离心机转鼓内进行颗粒的离心沉降分离时，存在自 由沉降与干扰沉降两种过程。
离心
（二）离心机设备
沉降式离心机是实现离心沉降分离的专用设备。本课介绍连续式离心机即螺旋卸料沉降离心机。 它具有以下优点： ①操作自动连续； ②分离性能好； ③适应性强，操作维修费用低，适合现代化大生产的要求。
四、旋液分离
离心
（一）旋液分离器 旋液分离器是利用离心力进行分离或分级
的。其结构：由圆筒体，圆锥体、进料口、底流 口、和溢流口等组成。 （二）工作原理
污水的物理处理技术 ——离心
一、概述
离心
离心分离和旋液分离都是利用离心惯性力实现物料中固－液相或液－液相的分离操作。分离操作的设备称为离心机和旋 液分离器。 （1）离心分离：转鼓周壁无孔，转数最高，旋转时乳浊液在离心力的作用下分为两层。 （2）离心沉降：转鼓周壁无孔，为沉降式转鼓，适合于固相含量较少，颗粒较细的悬浮液分离。 （浮液分离。
悬浮液由进料口沿切线进入圆筒体部分， 形成旋流，外层为下降气流，内层为上升气流。 下降旋流中的粗颗粒在离心力作用下向器壁方向 运动，并被下降旋流聚集到底流口，形成底流浓 浆排出，细粒部分被上升至内旋流带，经溢流口 排出。内旋流中心为负压的气流，有助于提高分 离效果。
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第二节 离心设备
• • • • • 一、离心机 二、离心机的基本构造 三、离心转头 四、离心管 五、离心机使用注意事项
一、离心机
三种不同级别的制备离心机的比较
类型
最大转 速 （r/min）
低速离心机
6X103
高速离心机
2.5X104
超速离心机
可达1 X105
最大 RCF(x g)
分离形 式 仪器结 构、性 能和特 点 应用
• • • • • • • • 设40000rpm时 R1最小、 3.8cm R2平均、 5.9cm R3最大、 8.1cm RCF值分别 67,910g 105,400g 144,700g
R1 R2 R3
3.垂直转子 离心管垂直插入转子孔内,在离心过程 中始终与旋转轴平行,而离心时液层发生 90°角的变化,从开始的水平方向改成垂直 方向,当转子降速时,垂直分布的液层又逐渐 趋向水平,待旋转停止后,液面又完全恢复成 水平方向。
等密度离心法
沉降平衡法 经典式沉降法
第三节 常用离心方法及应用
(一).差速离心法 1、原理 利用不同的粒子在离心力场中沉降的差 别,在同一离心条件下,沉降速度不同,通过不 断增加相对离心力,使一个非均匀混合液内的 大小、形状不同的粒子分部沉淀。 操作过程中一般是在离心后倾倒的办法 把上清液与沉淀分开,然后将上清液加高转速 离心,分离出第二部分沉淀,如此往复加高转 速,逐级分离出所需要的物质。
离心机和转头保养注意事项
• • • • 清洁离心机腔体和转头，并擦干腔内冷凝水 使用完后要打开门，直至腔内恢复常温 离心之前要平衡样品 根据需要选用tubes/bottles、adapters 以及 spacers，根据要求加样品量 • 必要时预冷转子
转头的维护和存放
Replace overspeed disk when damaged
差速离心的分辨率不高,沉淀系数在 同一个数量级内的各种粒子不容易分开, 常用于其他分离手段之前的粗制品提取。
2.注意点： 可用角式、水平式转头 可用刹车 难以获得高纯度
例用差速离心法分离已破碎的细胞各组份 已破碎的细胞 500g,10分钟 沉淀 (细胞核） 上清液 10,000g,10分钟 上清液 100,000g,3小时
通常用于细菌菌体、 主要分离小细胞器（如核糖 细胞碎片、大细胞 体）、病毒以及核酸、蛋白 器、硫酸铵沉淀和 质等生物大分子 免疫沉淀物等的分 离纯化
离心机的基本构造
• 驱动电机、制冷系 统、真空系统、显 示系统、自动保护 系统、控制系统、 光学检测系统（分 析型） • 必要配件：转头和 离心管
（二）.转子(Rotor)
分 析 与 检 测 技 术
以常用分析与检测实验技术为主线， 以细胞与分子生物学、免疫学、遗传学 等学科内容为基础，使医学生初步掌握 常用分析与检测实验技术的基本知识和 技能、常规仪器设备的使用和保养，了 解现代分子生物学技术的基本知识，熟 悉各种检测指标的临床意义。
主讲内容：
• 一、离心原理与技术 • 二、常用标记技术 • 三、其它实验技术（PCR技术、 层析技术）
水平转子的特点： （1）转子的重心位臵较高 （2）样品粒子沉降穿过溶剂层的距离大于 直径 （3）对于多种成分样品分离特别有效 （4）常用于速率区带离心和等密度离心
2.固定角式转子 离心管在离心机中放臵的位臵 与旋转轴心形成一个固定的角度, 角度变化在14-40°之间。 常见的角度 20° 28° 34° 40
离心机事故
• 离心机高速运转，使用不当或者维护不当， 会出严重事故 • 主要是转头事故，转头爆炸 • 离心机转头损坏的原因 （操作或使用不当所造成的） 过速 腐蚀 金属疲劳 不平衡
离心机的安全使用
• 说明书与相关资料 • 机器、转头、离心管正确使用方法 • 专人管理，维护保养，排出故障
•
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。
5.沉降时间(Sedimentation Time, Ts) dx/dt S= 2X 1 dx dt= 2S X 1 lnX2/X1 积分得 t2-t1= · S 2
X2为离心转轴中心至离心管底内壁的距离; X1为离心转轴至样品溶液弯月面之间的距离, 样品粒子完全沉降到底管内壁的时间(t2-t1) 用Ts表示则式可改为 1 lnXmax-lnXmin Ts= · S 2 Ts以小时为单位,S以Svedberg为单位。
固定角式转子 水平转子 垂直转子 带状转子 连续转子 分析转头
转子的材质： 铝质 较轻,耐受强度较弱,适合在较低 的转速下使用; 不锈钢 耐受强度最好,但材质本身太重； 钛合金 耐受强度不错,重量也比不锈钢轻。
1.水平转子 （1）转子静止时,处在转子中的离心管中 心线与旋转轴平行, （2）转子旋转加速时,离心管中心线由 行位臵逐渐过渡到垂直位臵,即与旋 转轴成90°角, （3）粒子的沉淀方向同旋转半径方向基本 一致有少量的“管壁效应”
Check the buckets are hooked properly onto the rotor
使用前一定要先阅读手册
Refer to rotor manuals for operation
Use log books to record history of rotor use
三.离心分离方法 根据离心原理,按照实际工作的需要，目前 已有可设计出各种离心方法综合起来大致可分 三类 离心分离法 差速离心法 沉降速度法 速率区带离心法
6X103
固-液沉淀分 离 转速不能严 格控制，一 般无制冷系 统，多数在 室温下操作 用于细胞、 血清、血浆 以及批量样 品的分离制 备
8.9X104
固-液沉淀分离 转速、温度和时间 都可以严格准确地 控制，一般有制冷 系统
可达8 X105以上
差速沉降分离和密度区带分 离 有制冷系统，转速和温度控 制更精确，有传动和制动装 置等。
离心机（centrifuge）是实施离心技术的 装臵。 它主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液 体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互 不相溶的液体分开（例如从牛奶中分离出奶 油）；它也可用于排除湿固体中的液体，例 如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分 离机还可分离不同密度的气体混合物；利用 不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速 度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体 颗粒按密度或粒度进行分级。
Dole&Cotzias制作了转子速度和半径相对应的离 心力列线图。
Dole&Cotzias制作了转子速度和半径相对应的离心力列线图。
3.沉降速度 Sedimentation velocity (1)定义：指在强大离心作用下，单位时间内 物质运动的距离。
dx
V= dt = =
2r2 (ρp-ρm)
离心技术的应用
1.用于工业生产的，如化工、制药、食品等 工业大型制备用的离心技术，转速都在 每分钟5000转以下。 2.用于生物、医学、化学等实验室分析研究 的，转速从每分钟几千到几万转以上。 此类技术的使用目的在于分离和纯化样品， 以及对纯化的样品有关性能进行研究。
内容：
• 第一节 离心技术的基本原理 • 第二节 离心设备 • 第三节 常用离心方法及应用
梯度液在离心过程中以及离心完毕后,取 样时起着支持介质和稳定剂的作用,避免因机 械振动而引起已分层的粒子再混合。 由于ρp>ρm则S>0, 该离心法的离心时 间要严格控制,即有足够的时间使各种粒子在 介质梯度中形成区带,又要控制在任一粒子达 到沉淀前。 此法是一种不完全的沉降,沉降受物质本 身大小的影响较大,一般是应用在物质大小相 异而密度相同的情况。
2.相对离心力 Relative centrifugal force (RCF) RCF 就是在离心场中颗粒所受的离心力相 当于它受到的地球重力的倍数，称为重力加 速度。即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)
角式转子的特点： （1）重心低,转速可较高 （2）样品粒子穿过溶剂层的距离略大于 离心管 的直径; （3）“管壁效应” ： 有一定的角度, 在离心过程中撞到 离心管外壁的粒子沿着管壁滑到管底形 成沉淀, 此效应使最后在管底聚成的沉 淀较紧密。
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
离 心 原 理 与 技 术
• 离心技术是指利用旋转运动产生的离心力， 根据物质的沉降系数或浮力密度的差别进行 物质的分析、分离、浓缩和提纯的一种技术。
洗衣机的 脱水筒 “棉花”糖的制 作 汽 车 转 弯
• 离心技术是根据颗粒在匀速圆周运动时受 到一个外向的离心力的行为发展起来的一 种分离分析技术,根据物质的沉降系数或浮 力密度的差别进行物质的分析、分离、浓 缩和提纯的一种技术。 • 应用：分离、纯化样品及对已纯化的样 品进行结构和性质分析。
第一节 离心技术的基本原理
• • • • • • 一、离心的一般原理 二、离心力和相对离心力 三、沉降速度 四、沉降系数 五、沉降时间 六、测定相对分子量
一.基本原理 1.离心力 （Centrifugal force，F）：是指 悬浮颗粒在离心过程中所受的离开旋转中心轴 的作用力。 F=ma=mω2r F:离心力（g.cm/s2或达因） m:颗粒质量 a:加速度 ω:旋转角速度 r：旋转体离旋转轴的距离 n:每分钟的转数 2πn ω= (rad/sec) 60
Lubricate O-rings and rotor assembly regularly
Remove rotor lid / tube plugs and invert the rotor during storage