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离心机原理、分类及应用基础知识大全

2021-06-01作者:浏览次数:7814  来源:w88登录网址下载

离心机起源

工业用离心机诞生于欧洲,例如19世纪中叶,用于纺织品脱水的三脚架式离心机和制糖工厂分离结晶糖的上悬浮式离心机相继问世。 这些最初的离心机都是间歇操作和人工排渣。 由于除渣机构的改进,20世纪30年代出现了连续操作的离心机,间歇操作的离心机也因实现了自动控制而得到了发展。

离心机作用

离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒,称为转鼓,通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后,被迅速带动与转鼓同速旋转,在离心力作用下各组分分离,并分别排出。通常,转鼓转速越高,分离效果也越好。

实验室基础设备是科研和临床医学的必备装备但是许多实验室往往注重分析型的临床检验而忽略基础设备. 离心机是最常用的基础设备之一,在医院实验室应用非常广泛, 离心机是分离血清,沉淀有形细胞,浓缩细菌,PCR试验等等必不可少的工具。

离心机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。








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离心机及转子的分类

1、离心机的分类:

国际上对离心机的分类方法有三种:按用途分、按转速分和按结构分。

1)按用途分类:

分为制备型离心机和制备分析离心机

制备型离心机:仅供分离浓缩,提纯试样的离心机。

制备分析离心机:不但能分离浓缩、提纯试样,而且可以通过光学系统对试样的沉降过程进行观察、拍照、测量、数字输出、打印自动显示的离心机。

2)按转速分类:

分为低速离心机、高速离心机、超速离心机。低速离心机:转速在 10000r pm以内或相对离心力在15000×g以内。高速离心机:转速在 10000~30000r pm以内或相对离心力在 15000~70000×g以内。超速离心机:转速在 30000r pm以上或相对离心力在 70000×g以上。

3)按结构分类:

一般在高速和低速离心机根据结构和功能进行分类,品种繁多,各厂家命名也无统一标准。可分为台式离心机、多管微量台式离心机、细胞涂片离心机、血液洗涤台式离心机、高速冷冻离心机、大容量低速冷冻离心机、低速冷冻离心机、台式高速冷冻离心机、台式低速自动平衡离心机等。另外国外还有三联式( 五联式) 高速冷冻离心机,专作连续离心用。

2、转子的分类应用及特点

转子是离心机用于分离试样的核心部件,转子规格、品种的多少是衡量离心机生产技术掌握程度的 重要标志,转子一般可分为下列五大类:

1)固定角转子( Ei xedAngl eRot or )

主要用于分离沉降速度有明显差异的颗粒样品。颗粒在扇形溶地移动的距离很短,碰到外壁的颗粒沿着管壁滑到管底,形成沉淀,因此这样转子能很快地收集沉淀物。分离过程中,由于管壁的作用,在离心管内将会引起强烈的对流,对具有相同沉降速率的颗粒会产生不良影响。

2)水平转子( Si wi ngBucket Rot or )

主要用于样品作密度梯度离心。颗粒移动距离长,溶液中的组分相对于管壁的位置在离心过程中和离心后不发生改变,因此离心效果好,但因颗粒在离心场中是从旋转中沿径向散离出去,而不是按相互平行的路线沉降。颗粒碰到外壁沿着管壁滑到管底,因此也会产生对流。( 但比固定角转子小) 低速时启动或停机时会产生振动,影响分离效果。

水平转子有敞开式和封闭式两种,一般制备容量大,转速小于 10000RPM,离心力场在 16000×g以内的,作成敞开式,主要用于样品的初分离。制备容量较前者小,转速大于 10000RPM,离心力场在16000×g以上的,为了减少风力的影响, 一般作成封闭式,主要用于线粒体、叶绿体、细胞核等的分离和密度梯度离心

3)连续离心转子( Cont i nuousFl owRot or )

主要用于悬浮介质中高速分离较小的颗粒物质,如在培养基中分离细胞,在运转过程中,悬浮样品以一定速度从转子体中心流入离心池,由于溶液中的组分轻重不同,在离心力场作用下,重粒子具有较大的惯性离心力、沉降快,当流速增大( 降低) 到一定值时,重粒子将留在离心池外缘底部,而介质将从出口流出并带走较轻的粒子,收集组分的方法是把组分冲洗出离心池或者留在转子体内。

这种转子是利用离心淘析技术队整细胞或大的亚细胞粒子进行分离,在无菌和低温条件下,被分离的组分, 能保持活性,回收率高等优点。如果液流方向与离心力方向相反,即降低了粒子运行速度,相当于增长了运行距离,从而提高了分辨能力。

4)区带转子( Zonal Rot or )

主要用于大容量的密度梯度离心,当实验所需制备的样品量多,而水平转子因受到量的限制时,采用区带离心是较好的。主要由带有四块叶片的转子体和密封系统组成,转子体和四块叶片将离心池分为四个扇形小室,阻止溶液在离心池中旋转,叶片上有径向导管,溶液通过导管从中心流向转子体外壁,装样和取样时应小心,装样一般在 2500~3000r pm运转中进行。

首先将梯度液中较轻的部分通过密封管道泵入转子内,由于惯性力的存在,梯度液在转子外壁的垂直方向形成均匀的一层,再依次将密度较高的梯度液泵入,随着密度的增高和梯度液的不断泵入,密度较低的梯度液被推向中心,直到转子完全装满,然后通过密封组件中心输液管把待分离的样品(其密度与梯度液中最轻的密度部分还低加入,接着把密度更低的溶液注入,用以取代中心附近的样品,装完后,移去密封组件,盖上转子盖,在一定转速离心一定时间后,转速降至 2500~3000r pm,装上密封组件及输液管,通过泵入较密的液体到转子的液体由轻至重依次挤出。

区带转子避免了用离心管所引起的壁效应( Wal l ef f ect s) 和干扰,提高了分辨率。主要用于样品在短时间作密度梯度离心

5)垂直转头:

其离心管是垂直放置,样品颗粒的沉降距离最短,离心所需时间也短,适合用于密度梯度区带离心,离心结束后液面和样品区带要作九十度转向,因而降速要慢。

离心机转子的转速跟转子的材料和强度有关,一般采用强度好、重量轻的超硬铝合金( LC4) ,超速离心机采用钛合金( Ti C4) 。一般来说,对同一离心机重量轻、容量小的转子转速要高,反之转速要低。

离心机工作原理

离心机在高速旋转的过程中,由离心力所导致的运动使悬浮于液体中的固体物质形成沉淀,也就是悬浮体液中质量或体积较大的物体向转头半径最大的方向移动,而质量或体积较小的部分沉积在转头半径较近的地方。

上面我们提到了离心力这个概念。离心机就是一个产生离心力的机器,离心力与转子半径、转速及样品质量有关:即 F=Rmω2( F:离心力:R:半径:m:样品质量:t o:转速) ,离心力是衡量离心机最重要的参数之一,也是离心机档次的区别标准之一,离心机在出厂的时候都会给出该离心机的最大离心力。

我们都知道,转子的半径和样品质量在运转的时候是不变的,只有转速可以通过控制发生变化,因此我们往往习惯用转速来描述一个离心机。如:高速离心机,超高速离心机。

离心机应用

1、低速离心机

除应用在纺织、化工、环保等传统行业外,现在大量的应用于制药企业,以实现母液的分离,由于制药企业行业的严格规范,药用离心机基本采用平板密闭型,为减少可能的污染或者破坏或者提高卫生,与物料接触部分采用不锈钢材料或整体采用不锈钢材料,整机无卫生死角,干净好用,此类型离心机基本已遍布整个制药行业,加上血液分离用的3000转左右的小型离心机,构成了整个低速工业离心机体系,同时也渗入了与生物医药相关联的其它行业。该类离心机必须符合国家 GMP规范方可使用。


2、高速离心机

目前,高速医用离心机的生产主要集中在北京、上海和湖南,这类离心机一般在很多地区都有离心机。 它是根据样品溶液的密度、梯度分离和收集细胞、病毒、DNA分子,其样品和样品均采用连续方式,除广泛应用于生产技术外,目前仍广泛应用于实验室设备。 由于采用了直流变频电机或直流无刷电机,因此速度可以调整,而且转速比较高。 为了减轻机体和旋转滚筒的重量,外壳一般采用塑料或其他难以反应的合金材料,内部多由轻合金或其他不反应材料制成。

高速医用离心机随着这几年生物医学的极速发展,取得了长足的发展,已经形成了不同于低速离心机的独特市场结构,预计未来的增长势头将继续保持,并吸引更多的研究机构。 同时,高速医用离心机也是离心机行业技术发展最快的分类产品。

离心机在医疗行业涉及范围尤为广泛,血液分离、病毒研究、DNA研究、药品纯化等都用于离心机。 微观水平的细胞、DNA分子都需要用高速医疗用离心分离机进行分离研究。 这种高速离心分离机的转速通常在5000转以上、6万转以下,可以提供重力加速度的1万倍的离心力进行细分子的分离。 血液分离通常采用3000转的离心机即可,目前绝大多数厂家均可生产,在实际使用中也取得了良好的效果。 药品精制等精制过程中使用的离心机是一般的低速离心机,转速在3000转以下,处理量大,为了满足药品生产中的GMP标准和要求,一般使用平板型不锈钢材料制作。

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