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離心機是一種常用的稍大型的儀器，幾乎每個實驗室都會配置一到兩臺甚至數(shù)臺。大家對其并不陌生，只是可能只了解其中少數(shù)種類。剛好小編搜集并整理了一些關(guān)于離心機及其轉(zhuǎn)子種類的資料分享給大家。
一、離心技術(shù)的基本原理
1、離心力（force,F）
F=m*a=m*ω2r2
a：粒子旋轉(zhuǎn)的加速度
m：粒子的有效質(zhì)量，g為單位
ω：粒子旋轉(zhuǎn)的角速度，弧度/s為單位
r：粒子的旋轉(zhuǎn)半徑，cm為單位
2、相對離心力（relativecentrifugeforce,RCF）
通常離心力常用地球引力（g）的倍數(shù)來表示，因而稱為相對離心力（RCF）。常用數(shù)字×g來表示，例如13000g表示相對離心力為13000。相對離心力指在離心場中，作用與顆粒的離心力相當(dāng)于地球重力的倍數(shù)，單位是重力加速度g（980cm/s2）。
RCF=ma/mg=mω2r2/mg=ω2r2/g
∵ω=2π×（rpm）/60
∴RCF=1.119×10-5×（rpm）2r
rpm：revolutionsperminute為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)
由上式可知，只要給出旋轉(zhuǎn)半徑r，則RCF和rpm之間可以相互換算。
由于轉(zhuǎn)頭的形狀及結(jié)構(gòu)的差異，每臺離心機的離心管從管口至管底的各點與旋轉(zhuǎn)軸之間的距離是不一樣的，所以在計算時規(guī)定旋轉(zhuǎn)半徑均用平均半徑rav代替，即最大半徑rmax和最小半徑rmin的平均值。
一般，低速離心時常以轉(zhuǎn)速rpm來表示，高速離心時則以g表示。報告離心條件時使用RCF比rpm要科學(xué)，因為它可以真實地反映顆粒在離心管內(nèi)不同位置的離心力及其動態(tài)變化。
二、離心機的種類
離心機按用途分為工業(yè)用離心機和實驗用離心機。后者根據(jù)功能又分為制備性離心機和分析性離心機。制備性離心機一般用來分離各種生物材料，分離的樣品量比較大，也是大多數(shù)科研實驗室配備的離心機種類。分析性離心機常用來研究純的生物大分子和顆粒的理化性質(zhì)，一般有光學(xué)系統(tǒng)，可監(jiān)測粒子在離心場中的行為，能推斷物質(zhì)的純度、形狀和分子量等，且都是超速離心機。此處只介紹幾種制備性離心機，分析性離心機將在以后同大家一起分享。
制備性離心機根據(jù)轉(zhuǎn)速可分為普通離心機、高速離心機、超速離心機等。具體如下：
1、普通離心機
最大轉(zhuǎn)速6000rpm左右，最大RCF接近6000g，容量為幾十毫升至幾升，分離形式是固液沉降分離，其轉(zhuǎn)速不能嚴(yán)格控制，通常不帶冷凍系統(tǒng)，室溫操作，用于收集易沉淀的大顆粒物質(zhì)，如：細胞等。在細胞培養(yǎng)實驗室常常能見到，一般購買國產(chǎn)產(chǎn)品即可，如湖南湘儀牌、上海飛鴿牌等。
2、高速離心機
轉(zhuǎn)速為2000-25000rpm，最大RCF為89000×g，最大容量可達3L，一般都有制冷系統(tǒng)，以消除高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頭與空氣之間摩擦而產(chǎn)生的熱量，離心室的溫度可以調(diào)節(jié)和維持在0℃-4℃，可以嚴(yán)格準(zhǔn)確的控制轉(zhuǎn)速溫度和時間，并有指針或數(shù)字顯示。通常用于微生物菌體、細胞碎片、大細胞器、硫酸銨沉淀和免疫沉淀物等的分離純化工作，但不能有效地沉降病毒、小細胞器或單個分子。高速離心機是實驗室中最常見的離心機類型，一般的分子實驗室都會配備，比較好的品牌有艾本德（eppendorf）、賽默飛世爾（thermofisher）、西格瑪（sigma）等，價格一般在幾萬至幾十萬。
3、超速離心機
轉(zhuǎn)速可達50000-80000rpm，RCF最高可達510000×g，離心容量由幾十毫升至2升，分離形式為差速沉降分離和密度梯度區(qū)帶分離，需嚴(yán)格配平（誤差＜0.1g）。與高速離心機的主要區(qū)別是增加了真空系統(tǒng)。常用于分離亞細胞器、病毒、核酸、蛋白質(zhì)和多糖等。超速離心機一般只有大型實驗室或公共平臺才有能力購買，價格幾十萬甚至上百萬。比較好的品牌有日立（HITACHI）、貝克曼庫爾特（Beckman）。
三、離心機轉(zhuǎn)子的種類
離心機的轉(zhuǎn)子是其主要的工作部件，一臺離心機的全套轉(zhuǎn)子甚至比離心機主機還要貴。且轉(zhuǎn)子的規(guī)格、品種的多少也是衡量離心機生產(chǎn)技術(shù)掌握程度的重要標(biāo)志，常見的轉(zhuǎn)子類型為固定角轉(zhuǎn)子、水平轉(zhuǎn)子，此外還有區(qū)帶轉(zhuǎn)子、連續(xù)流動轉(zhuǎn)子、垂直轉(zhuǎn)子等。
1、固定角轉(zhuǎn)子
離心管與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸之間有一定的角度，角度變化范圍通常在14°-45°，如下圖1。此種轉(zhuǎn)子重心低，壽命長，容量較大，轉(zhuǎn)速較高，能承受的最大離心力可達800000g。主要用于分離沉降速度有明顯差異的顆粒樣品。顆粒在扇形溶液移動的距離很短，碰到外壁的顆粒沿著管壁滑到管底，形成沉淀，因此這種轉(zhuǎn)子能很快地收集沉淀物。分離過程中，由于管壁的作用，在離心管內(nèi)將會引起強烈的對流，對具有相同沉降速率的顆粒會產(chǎn)生不良影響，如圖2。
2、水平轉(zhuǎn)子
又稱甩平轉(zhuǎn)子、蕩平轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)頭靜止時，處于轉(zhuǎn)頭中的離心管中心線與旋轉(zhuǎn)軸平行。轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)加速時，離心管中心線由平行位置逐漸過渡到垂直位置，即與旋轉(zhuǎn)軸成90°角。此種轉(zhuǎn)子主要用于樣品做密度梯度離心。顆粒移動距離長，相應(yīng)離心時間一般也較長，溶液中的組分相對于管壁的位置在離心過程中和離心后不發(fā)生改變，因此離心效果好，但因顆粒在離心場中是從旋轉(zhuǎn)中沿徑向散離出去，而不是按相互平行的路線沉降。顆粒碰到外壁沿著管壁滑到管底，因此也會產(chǎn)生對流，但比固定角轉(zhuǎn)子小，如圖4。低速啟動或停機時會產(chǎn)生振動，影響分離效果。水平轉(zhuǎn)子又分為敞開式和封閉式兩種，一般制備容量大，轉(zhuǎn)速小于10000rpm，離心力場在16000×g以內(nèi)的，作為敞開式，主要用于樣品的初分離。制備容量較前者小，轉(zhuǎn)速大于10000rpm，離心力場在16000×g以上的，為了減少風(fēng)力的影響，一般作為封閉式，主要用于線粒體、葉綠體、細胞核等的分離和密度梯度離心。此外，用于離心酶標(biāo)板的轉(zhuǎn)子也可歸納為水平轉(zhuǎn)子，如下圖3。
3、區(qū)帶轉(zhuǎn)子
區(qū)帶轉(zhuǎn)子無離心管，主要由帶有四塊葉片的轉(zhuǎn)子體和密封系統(tǒng)組成，轉(zhuǎn)子體和四塊葉片將離心池分為四個扇形小室，阻止溶液在離心池中旋轉(zhuǎn)，葉片上有徑向?qū)Ч?，溶液通過導(dǎo)管從中心流向轉(zhuǎn)子體外壁（如圖5）。裝樣和取樣時應(yīng)小心，裝樣一般在2500-3000rpm運轉(zhuǎn)中進行。首先將梯度液中較輕的部分通過密封管道泵入轉(zhuǎn)子內(nèi)，由于慣性力的存在，梯度液在轉(zhuǎn)子外壁的垂直方向形成均勻的一層（如圖6）。再依次將密度較高的梯度液泵入，隨著密度的增高和梯度液的不斷泵入，密度較低的梯度液被推向中心，直到轉(zhuǎn)子完全裝滿。然后通過密封組件中心輸液管把待分離的樣品（其密度與梯度液中最輕的密度部分還低）加入，接著把密度更低的溶液注入，用以取代中心附近的樣品。裝完后，移去密封組件，蓋上轉(zhuǎn)子蓋，在一定轉(zhuǎn)速離心一定時間后，轉(zhuǎn)速降至2500-3000rpm，裝上密封組件及輸液管，通過泵入較密的液體到轉(zhuǎn)子的液體由輕至重依次擠出。此種轉(zhuǎn)子主要用于大容量的密度梯度離心，當(dāng)實驗所需制備的樣品量多，而水平轉(zhuǎn)子因受到量的限制時，采用區(qū)帶離心是較好的。沉降的樣品顆粒在區(qū)帶轉(zhuǎn)頭中的沉降情況不同于角式和外擺式轉(zhuǎn)子，在徑向的散射離心力作用下，顆粒的沉降距離不變，因此區(qū)帶轉(zhuǎn)頭的“壁效應(yīng)”極小，可以避免區(qū)帶和沉降顆粒的紊亂，分離效果好。只是區(qū)帶轉(zhuǎn)子中樣品和介質(zhì)直接接觸轉(zhuǎn)頭，耐腐蝕要求高，操作復(fù)雜。
4、連續(xù)流動轉(zhuǎn)子
連續(xù)流動轉(zhuǎn)子與區(qū)帶轉(zhuǎn)子類似，由轉(zhuǎn)頭主體和有入口、出口的轉(zhuǎn)頭蓋及附屬裝置組成。此種轉(zhuǎn)頭主要用于懸浮介質(zhì)中高速分離較小的顆粒物質(zhì)，如在培養(yǎng)液中分離細胞，大量培養(yǎng)液或提取液的濃縮與分離等。在運轉(zhuǎn)過程中，懸浮樣品以一定速度從轉(zhuǎn)子體中心流入離心池，由于溶液中的組分輕重不同，在離心力場作用下，重粒子具有較大的慣性離心力、沉降快。當(dāng)流速增大(降低)到一定值時，重粒子將留在離心池外緣底部，而介質(zhì)將從出口流出并帶走較輕的粒子（如圖7）。收集組分的方法是把組分沖洗出離心池或者留在轉(zhuǎn)子體內(nèi)。連續(xù)流動轉(zhuǎn)子是利用離心淘析技術(shù)對整細胞或大的亞細胞粒子進行分離。在無菌和低溫條件下，被分離的組分能保持活性、回收率高。如果液流方向與離心力方向相反，即降低了粒子運行速度，相當(dāng)于增長了運行距離，從而提高了分辨能力。
5、垂直轉(zhuǎn)子
垂直轉(zhuǎn)子的離心管垂直插入轉(zhuǎn)頭孔內(nèi)，在離心過程中始終與旋轉(zhuǎn)軸平行，而離心時液層發(fā)生角度變化，從開始的水平方向改成垂直方向，當(dāng)轉(zhuǎn)頭降速時，垂直分布的液層又逐漸趨向水平，待旋轉(zhuǎn)停止后，液面又完全恢復(fù)成水平方向，如圖8。此種轉(zhuǎn)子主要用于樣品在短時間做密度梯度離心。水平轉(zhuǎn)子分離粒子位移距離長，分辨能力高，分離后組分的區(qū)帶較寬，便于回收，但所需時間長。垂直轉(zhuǎn)子分離的粒子位移距離等于離心管直徑，離心時間比水平轉(zhuǎn)子短，但粒子得不到充分分離，將會失去一些組分，又因區(qū)帶與梯度介質(zhì)的接觸面大，易于擴散，停機后密度重新定向，易于混合，所以作區(qū)帶離心的效果，垂直轉(zhuǎn)子比不上水平轉(zhuǎn)子。