高数冷冻离心机原理及应用3讲义资料.ppt

高速冷冻离心机山西大学环境科学与工程研究中心技术操作训练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【实验目的】离心分离原理【实验原理】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。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。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。离心机的种类工业用途低速(N<10,000rpm)高速(N=10,000~30,000rpm)超高速(N>30,000rpm)实验用途分析用途:分析超速离心机制备用途普通离心机水平式离心机斜角式离心机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10000rpm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。