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离心技术 （ centrifugal technique ）

离心技术 （ centrifugal technique ）. 离心技术（ centrifugal technique ） 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。. 离心技术的应用 1. 工业生产 化工、制药、食品等 转速 <5000r/min 2. 生物、医学、化学 转速从每分钟几千到几万转以上 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。.

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离心技术 （ centrifugal technique ）

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Presentation Transcript

  1. 离心技术（centrifugal technique）

  2. 离心技术（centrifugal technique） 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。

  3. 离心技术的应用1. 工业生产 化工、制药、食品等 转速<5000r/min 2. 生物、医学、化学 转速从每分钟几千到几万转以上 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。

  4. 一.基本原理1.离心力 Centrifugal force (F) F=ma=mω2r ω:旋转角速度 r：旋转体离旋转轴的距离2πn ω= (rad/sec) 60

  5. 2.相对离心力 Relative centrifugal force (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)

  6. 若用 2πn ω= (rad/sec) 60 (2πn/60)2RCF= x r 980.7 =1.118×10-5 n2 r n：转子每分钟的转数(rpm)Dole&Cotzias制作了转子速度和半径相 对应的离心力列线图。

  7. 3.沉降系数 Sedimentation coefficient (S)样品沉降率 样品颗粒的大小 形状 密度 溶剂的粘度、密度 离心加速度

  8. 在一般情况下，样品的沉降特征可以用沉降系数来表示:S是指单位离心场中粒子移动的速度。沉降速度 dx/dt S= = 单位离心力 ω2 x

  9. 1 dxS= . ω2dt x 1 dxSdt= . ω2 x t2 1 x2 dx S dt= t1 ω2 x1 x 1S(t2-t1)= (lnX2-lnX1) ω2 ∫ ∫

  10. lnX2--lnX1S= (t2-t1) ω2 logX2-logX1 =2.303 ω2 (t2-t1)

  11. 若ω用2πn/60表示则：2.1×102logX2/X1S= n2 (t2-t1)X1: 离心前粒子离旋转轴的距离X2: 离心后粒子离旋转轴的距离

  12. 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。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。

  13. 4.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。

  14. dx 2r2 (ρp-ρm)V= = . ω2 X dt 9 η d2 (ρp-ρm) = . ω2 X 18ηr： 球形粒子的半径 d：球形粒子的直径η：流体介质的粘度数 ρp：粒子的密度ρm：介质的密度

  15. ρp-ρm=0 即ρp=ρm V=0 S=0 粒子平衡ρp-ρm>0 即ρp>ρm V>0 S>0 粒子达到某一位置后就达到平衡ρp-ρm<0 即ρp<ρm1 V<0 S<0 粒子逆着离心方向上浮

  16. 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

  17. 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 2Ts以小时为单位,S以Svedberg为单位。

  18. 二. 离心设备离心机转子 离心管 附件

  19. （一）.离心机(Centrifugel)1.低速离心机 转子 电动机 转子带有放置离心管的孔 转子的中央位于离心机的驱动轴上 离心机的转速和温度控制不够准确 一般最高转速在6,000rpm以下 实验室中常用于分离制备。

  20. 2.高速离心机 制冷设备温度控制在0-4℃范围内 制动器 实际速度和温度可通过仪表显示 配有一定类型及规格的转子 最高转速在25,000rpm以下 常用于生物大分子的分离制备

  21. 3.超速离心机 驱动和速度控制 温度控制 真空系统 转子 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。

  22. （二）.转子(Rotor)固定角式转子(fixed-angle rotor)水平转子(swing-out rotor)垂直转子(vertical rotor)带状转子(zonal rotor)连续转子(continuous rotor)

  23. 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。

  24. 1.固定角式转子 离心管在离心机中放置的位置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

  25. 固定角式转子

  26. 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。

  27. 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 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 R1 R2 R3

  28. 2.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 行位置逐渐过渡到垂直位置,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”

  29. 水平转子的特点：（1）转子的重心位置较高 （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

  30. 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。

  31. 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

  32. 离心分离法 差速离心法 沉降速度法 速率区带离心法 等密度离心法 沉降平衡法经典式沉降法

  33. 1.平衡离心法 根据粒子大小、形状不同进行分离。差速离心法(differential velocity centrifugation)速率区带离心法(rate zonal centrifugation)。

  34. 2.等密度离心法(isopynic centrifugation) 又称等比重离心法,依粒子密度差进行分离,等密度离心法和上述速率区带离心法合称为密度梯度离心法。

  35. 3.经典式沉降平衡离心法 用于对生物大分子分子量的测定、纯度估计、构象变化。

  36. (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。

  37. 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。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。

  38. 2.注意点：可用角式、水平式转头可用刹车难以获得高纯度2.注意点：可用角式、水平式转头可用刹车难以获得高纯度

  39. 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 上清液(细胞核） 10,000g,10分钟 沉淀 上清液(细胞膜碎片,线粒体,) 100,000g,3小时 溶酶体 沉淀 上清液(核糖核蛋白体） (可溶性成份)

  40. (二).速率区带离心法1.原理 离心前离心管内先装入密度梯度介质,待分离的样品铺在梯度液的顶部、离心管底部或梯度层中间,同梯度液一起离心。离心后在近旋转轴处(X1)的介质密度最小,离旋转轴最远处(X2)介质的密度最大,但最大介质密度必须小于样品中粒子的最小密度,即ρp>ρm。这种方法是根据分离的粒子其在梯度液中沉降速度的不同,使具有不同沉降速度的粒子处于不同的密度梯度层内分成一系列区带,达到彼此分离的目的。

  41. ◎梯度液：起支持介质和稳定剂的作用。◎ρp>ρm则S>0, 离心时间要严格控制。◎应用于物质大小相异而密度相同的情况。 2.注意点：严格控制离心时间ρp>ρm事先配成较平缓的连续密度的梯度溶液不能用角式转头、只能用水平式转头不能用刹车

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