離心技術的基礎理論
(1) 離心機工作原理 離心是利用旋轉運動的離心力以及物質的沉降系數或浮力密度的差異進行分離、濃縮和提純 生物 樣品的一種方法。懸浮液在高速旋轉下,由于巨大的離心力作用,使懸浮的微小顆粒(細胞器、 生物 大分子的沉淀等)以一定的速度沉降,從而使溶液得以分離,顆粒的沉降速度取決于離心機的轉速、顆粒的質量、大小和密度。 當含有細小顆粒的懸浮液靜置不動時,由于重力場的作用可使得懸浮的顆粒逐漸下沉,顆粒越重,下沉越快。微粒在重力場下移動的速度與微粒的大小、形態、密度、重力場的強度及液體的黏度有關。如紅細胞顆粒,直徑為數微米,可以在通常重力作用下觀察到它們的沉降過程。此外,物質在介質中沉降時還伴隨有擴散現象(擴散是由于微粒的熱運動而產生的質量遷移現象,主要是由于密度差引起的)。對小于幾微米的微粒如病毒或蛋白質等,它們在溶液中成膠體或半膠體狀態,僅僅利用重力是不可能觀察到沉降過程的,因為顆粒越小沉降越慢,而擴散現象則越嚴重。擴散現象是不利于樣品分離的,如果加大重力,就可能克服擴散現象的不利影響,實現生物大分子的分離。離心機就是利用離心機轉子高速旋轉產生的強大的離心力,迫使液體中微粒克服擴散加快沉降速度,把樣品中具有不同沉降系數和浮力密度的物質分離開。 (2?)離心力與相對離心力: 離心力: 當物體所受外力小于運動所需要的向心力時,物體將向遠離圓心的方向運動。物體遠離圓心運動的現象稱為離心現象也叫離心運動。離心運動是由于向心力消失或不足而造成的。 相對離心力:是指在離心場中,作用于顆粒的離心力相當于地球重力的倍數,單位是重力加速度“g”。 (3?)液體中的微粒在重力場中的分離: 重力沉降:液體中的微粒受重力的作用,較重的微粒下沉與液體分開,這個現象稱為重力沉降。 沉降速度: 指在強大離心力作用下,單位時間內物質運動的距離。 沉降時間: 在實際工作中,常常遇到要求在已有的離心機上把某一種溶質從溶液中全部沉降分離出來需用多大轉速與多長時間可達到目的的問題。如果轉速已知,則需確定分離某粒子所需的時間即沉降時間。 (4)液體中的微粒在重力場中的沉降: ①當離心機開動時, 離心管 繞離心轉頭的軸旋轉,作圓周運動,在 離心管 內的樣品顆粒將同樣運動;②假如顆粒是處于真空中(即沒有介質阻力時),顆粒會沿切線方向飛去,也就是當 離心管 由0位轉到1位時,顆粒到達 離心管 底部A位。對于離心管而言,樣品顆粒由頂位移到了A位,也就是由離心管頂部移到了底部,這與重力場中的由高處落到低處相似。這種顆粒在圓周運動時的切線運動稱為離心沉降;③ 顆粒作切線運動時將由于介質的摩擦阻力,使其在離心管中依圖3-1中虛線所示的曲線運動,當離心管由0位轉到2位時,顆粒由頂位移到B位。介質的阻力越大,顆粒在離心管中沉降速度越小,沉降的距離也越短。旋轉速度越大,顆粒在離心管中沉降越快。