离心机工作原理和选型
时间：2023-02-21 阅读：2218
实验室离心机应用域广泛，一般用于医院化验室、科研机构化验室、食品药品检验化验室、食品卫生化验室等各种实验室。为大家介绍如何根据实验需求选择离心机、离心管类型，以及离心机操作注意事项和安全风险防范。
一、离心机的分类
按结构类型可分：台式离心机和立式离心机(落地式离心机)
按分离方式可分：过滤离心机和沉降离心机
按速度快慢可分：低速离心机（<10000rpm/min）、高速离心机（10000-30000 rpm/min）、超高速离心机（>30000rpm/min）
按容量大小可分：微量离心机(微型离心机或迷你离心机)、小容量离心机、大容量离心机和超大容量离心机
按有无冷冻可分：冷冻离心机和常温离心机
另外还按用途的不同进行分类。
二、如何选择离心机的类型
1.当固相物料为结晶产品时，要求分离时结晶的破损程度低
要根据离心机须根据悬浮液(或乳浊液)中固体颗粒的大小和浓度、固体与液体(或两种液体)的密度差、液体粘度、滤渣(或沉渣)的特性来选择。
2.当分离物质颗粒的直径在1微米到50微米之间，可用低速离心机分离
转速大约在4000转/分钟到7000转/分钟，相对离心力约为2000g到9420g， 一般采用台式低速离心机或落地式低速大容量离心机。
3.当分离动植物组织内的等直径约为0.1微米到1微米的物质时，建议采用高速冷冻离心机，转数为 10000转/分钟到20000转/分钟，离心力约为10000g到100000g。
4.当分离各种蛋白质、DNA、RNA等直径约为0.002微米到0.1微米的组分时，则需要用超速离心机，转速在40000转/分钟以上，离心力要求达到100000g到400000g以上。
5.当物料含有苯、甲苯、石油醚、环戊烷；二氯乙烷、四氯化碳、甲醇、乙醇、、丙酮、环已酮、乙二醇-、乙二醇-丁醚、甲醛、乙醛、吡啶等易燃易爆的物品时，应选择防爆离心机
6.当分离一些有机活性物质如酶等时，需要分离过程中保持恒温时选择冷冻离心机。
三、如何计算离心力
离心分离的沉降效果由相对离心力（RCF： Relative Centrifugal Force）决定。相对离心力定义为离心加速度与重力加速度的比值，按以下计算公式计算得出：（g: 重力加速度，R：离心半径 cm，N: 转速 rpm）水平转子、角转子、垂直转子的转子离心
四、离心机安装注意事项
1.离心机一般安装在坚固的水平地面或者台面， 避免阳光照射的地方。通过调整4个脚轮旁边的调整螺栓的高低，来调整离心机安装处于水平位置， 注意不要一个脚轮悬空。
2.离心机散热量比较大，周围不要堆放杂物，离心机离周围物品至少30cm以上。同时，离心机尽量单独放在一个房间，周围绝对不要放有机试剂、易爆品、易燃品。
3.离心机应使用稳定的额定电压，单个插座，外壳必须有可靠接地线。
五、如何选择离心管
玻璃离心管：不能在高、超速离心机上使用，只适用于低速离心机。
PA管和PP管：化学性能稳定，半透明，能耐高温消毒。
PC管：透明度好，硬度大，能耐高温消毒。但不耐强酸强碱及某些有机溶剂。主要用于5万(转/分)以上离心。
CN管：质地较软，透明，但不耐强酸强碱及某些有机溶剂，不能高压消毒。适合于蔗糖、甘油等密度梯度离心。透明，利于收集。
钢制离心管：强度大，不变形，能抗热，抗冻，抗化学腐蚀，应用广泛，但使用时避免接触强腐蚀性的化学药品。
注意：
（1）塑料管使用有机溶剂必须符合与对应材料的相容性规定，聚丙烯(PP)离心管(瓶)不能与汽油、煤油等接触使用。聚碳酸酯(PC)离心管(瓶)不能与汽油、乙醛、丙酮、乙醇、异丁醇、甲酚等接触使用。聚乙烯(PE)离心管(瓶)不能与硫酸(50%、75%)、苯、汽油、煤油等接触使用。
（2）离心管在高温高压下消毒，离心管要和管帽分开，如果拧合后一起消毒，容易引起离心管的变形而在实验过程中发生危险。
六、离心管安装注意事项
1.使用各种离心机时，必须事先在天平上精密地平衡所有的离心管、离心管盖、挂篮和适配件等。平衡时重量偏差不得超过离心机说明书上所规定的范围。
（1）重量配平，一般精密平衡要求偏差不超过0.1g，常规应用则要求一般不超过1g，重量偏差不得超过离心机说明书上所规定的范围。
（2）密度配平，离心管内填充的材料必须密度相近，否则载荷会不均匀地分布。
（3）转子中尽量避免装载奇数个离心管，当转子只是部分装载时应均匀分布，以便使载荷均匀地分布在转子体上。
（4）当为奇数个离心管时，加载平衡的平衡管内必须采用密度相近的材料填充，例如，从培养基中离心细菌，可以用水平衡。但不可以用水来平衡氯化铯。
2.装载溶液时，要根据离心溶液的性质及体积选用适合的离心管依据离心机的具体操作说明进行。
3.当使用无盖离心管时，液体不能装得过多，以免离心时甩出，造成转子不平衡、生锈或被腐蚀。
4.当使用盖密封离心管要求抽真空时，一般要求必须将液体装满，以防止离心时塑料离心管的上部因真空变形。
七、如何选择离心方法
常用的三种离心方法：差速离心法；速率区带离心法；等密度区带离心法。
1.差速离心法
差速离心法常用于生化样品的粗制品提取利用不同的悬浮粒子在离心力场中沉降系数的差别，在同一离心条件下，不同粒子沉降速度不同，通过不断增加相对离心力，使一个非均匀混合液体分散系统中各种大小、形状不同的粒子分层沉淀。
操作过程中一般是在一离心后将上清液与沉淀分开，然后将上清液再在更高转速条件下离心，分离出第二部分沉淀，如此往复逐加高转速，逐分离出所需要的物质。差速离心的分辨率不高，沉淀系数在同一个数量内的各种粒子不容易分开，常用于生化样品的粗制品提取。
2.速率区带离心
速率区带离心是一种不全部的沉降分离，沉降效果受物质本身物理尺度的影响较大，一般应用在物质大小相异而密度相同的情况， 是指根据待分离的粒子在离心力作用下，在梯度液中沉降速度的不同，离心后具有不同沉降速度的粒子处于不同的密度梯度层内，形成几条分开的样品区带，达到彼此分离的目的。
比如要从静脉血中分离出单个核细胞，一种分离液Ficoll将血液中的所有单个核细胞（淋巴细胞和单核细胞）分为一个层，同时提取。而Percoll分离液将血液中淋巴细胞和单核细胞分为两个梯度层，分别提取。梯度液在离心过程中以及离心完毕后取样时，起着支持介质和稳定剂的作用，避免因机械振动而引起已分层的粒子重悬。
采用速率区带离心法时，需要严格控制离心时间，既要有足够的时间使各种粒子在介质梯度液中形成区带，又要避免任一待分离粒子形成沉淀状态。
3.等密度区带离心法
等密度区带离心是指液体分散体系中不同颗粒存在浮力密度差时，在离心力场下，颗粒或向下沉降，或向上浮起，一直沿梯度移动到它们密度恰好相等的位置上，即等密度点，形成区带的离心方法。
等密度区带离心的离心效果取决于颗粒的浮力密度差，密度差越大，分离效果越好，与颗粒的大小和形状无关，但后两者决定着达到平衡的速率、时间和区带的宽度。
等密度区带离心方法的特点：
（1）与样品粒子的密度有关；
（2）与样品粒子的大小和其他参数无关 ；
（3）转速、温度不变，则延长离心时间也不能改变这些粒子的成带位置。
八、离心机使用注意事项及风险预防
1.离心管平衡时，由于天平长时间使用而又未能校对，对称放置的离心管不平衡超过了离心机允许的样品称量误差。
2.离心过程中溶液填充不合理或者未盖罐盖，离心腔内的高真空状态造成离心管破裂和样品液外溢，造成转子不平衡而发生轴弯曲或断轴事故。
3.离心管老化或将高速离心机离心管用在超速离心机上，导致离心管在运行时破裂，样品液外溢造成失衡，使轴弯曲。
4.驱动轴和转子等材料有内伤未定期检测，导致离心机发生事故。
5.使用甩平转子时，不细心地将吊篮的序号与甩平转子主体的序号装错，影响转子的动平衡。
6.离心管帽内橡胶密封环和转子盖橡胶密封环使用不当和消毒不当，如长时间使用内部断裂和高温消毒(使用干燥箱烘烤)等处理而老化龟裂等缺陷导致密封失效，样品在高速运转时外溢，引起转子在不平衡状态下运行。
7.由于工作中粗心大意，转子盖没有拧紧或是将转子盖和转子柄互换，造成螺纹不吻合，当开机运行时，转子盖抛出而发生严重的断轴事故。
8.离心管在装样时，因样品液未装满或离心管帽没有拧紧密封，在离心过程中离心腔内的高真空状态造成离心管变形、破裂和样品液外溢，造成转子不平衡而发生轴弯曲或断轴事故。
9.由于原样品的比重不等于配平液的比重，转子动平衡失调而发生事故。
10.管帽混用(两者比重不同)而发生事故。
11.对于各种材料的离心管，使用没能仔细了解厂家要求的离心管使用范围和消毒方法，采用化学溶剂和不适当的消毒液处理，造成离心管在运行中溶胀、破裂而发生事故。
12.由于使用寿命管理不当和各种腐蚀损伤等，转子在运行中发生爆裂。
13.由于粗心大意，安装时未将驱动系统或其它系统的固定件去掉，并强行使仪器试运转而发生断轴和转子爆炸事故。
实验室科研过程中经常使用各种化学药品和仪器设备，会遇到有高低温、高低压的的实验条件和高电压、高频和带有辐射源的仪器设备，如果人员培训不足，很可能会导致安全事故。提醒大家一定要注意加强安全意识，定期检测维护设备，积预防准备工作，避免上述安全隐患。
一、离心机的分类
按结构类型可分：台式离心机和立式离心机(落地式离心机)
按分离方式可分：过滤离心机和沉降离心机
按速度快慢可分：低速离心机（<10000rpm/min）、高速离心机（10000-30000 rpm/min）、超高速离心机（>30000rpm/min）
按容量大小可分：微量离心机(微型离心机或迷你离心机)、小容量离心机、大容量离心机和超大容量离心机
按有无冷冻可分：冷冻离心机和常温离心机
另外还按用途的不同进行分类。
二、如何选择离心机的类型
1.当固相物料为结晶产品时，要求分离时结晶的破损程度低
要根据离心机须根据悬浮液(或乳浊液)中固体颗粒的大小和浓度、固体与液体(或两种液体)的密度差、液体粘度、滤渣(或沉渣)的特性来选择。
2.当分离物质颗粒的直径在1微米到50微米之间，可用低速离心机分离
转速大约在4000转/分钟到7000转/分钟，相对离心力约为2000g到9420g， 一般采用台式低速离心机或落地式低速大容量离心机。
3.当分离动植物组织内的等直径约为0.1微米到1微米的物质时，建议采用高速冷冻离心机，转数为 10000转/分钟到20000转/分钟，离心力约为10000g到100000g。
4.当分离各种蛋白质、DNA、RNA等直径约为0.002微米到0.1微米的组分时，则需要用超速离心机，转速在40000转/分钟以上，离心力要求达到100000g到400000g以上。
5.当物料含有苯、甲苯、石油醚、环戊烷；二氯乙烷、四氯化碳、甲醇、乙醇、、丙酮、环已酮、乙二醇-、乙二醇-丁醚、甲醛、乙醛、吡啶等易燃易爆的物品时，应选择防爆离心机
6.当分离一些有机活性物质如酶等时，需要分离过程中保持恒温时选择冷冻离心机。
三、如何计算离心力
离心分离的沉降效果由相对离心力（RCF： Relative Centrifugal Force）决定。相对离心力定义为离心加速度与重力加速度的比值，按以下计算公式计算得出：（g: 重力加速度，R：离心半径 cm，N: 转速 rpm）
四、离心机安装注意事项
1.离心机一般安装在坚固的水平地面或者台面， 避免阳光照射的地方。通过调整4个脚轮旁边的调整螺栓的高低，来调整离心机安装处于水平位置， 注意不要一个脚轮悬空。
2.离心机散热量比较大，周围不要堆放杂物，离心机离周围物品至少30cm以上。同时，离心机尽量单独放在一个房间，周围绝对不要放有机试剂、易爆品、易燃品。
3.离心机应使用稳定的额定电压，单个插座，外壳必须有可靠接地线。
五、如何选择离心管
玻璃离心管：不能在高、超速离心机上使用，只适用于低速离心机。
PA管和PP管：化学性能稳定，半透明，能耐高温消毒。
PC管：透明度好，硬度大，能耐高温消毒。但不耐强酸强碱及某些有机溶剂。主要用于5万(转/分)以上离心。
CN管：质地较软，透明，但不耐强酸强碱及某些有机溶剂，不能高压消毒。适合于蔗糖、甘油等密度梯度离心。透明，利于收集。
钢制离心管：强度大，不变形，能抗热，抗冻，抗化学腐蚀，应用广泛，但使用时避免接触强腐蚀性的化学药品。
注意：
（1）塑料管使用有机溶剂必须符合与对应材料的相容性规定，聚丙烯(PP)离心管(瓶)不能与汽油、煤油等接触使用。聚碳酸酯(PC)离心管(瓶)不能与汽油、乙醛、丙酮、乙醇、异丁醇、甲酚等接触使用。聚乙烯(PE)离心管(瓶)不能与硫酸(50%、75%)、苯、汽油、煤油等接触使用。
（2）离心管在高温高压下消毒，离心管要和管帽分开，如果拧合后一起消毒，容易引起离心管的变形而在实验过程中发生危险。
六、离心管安装注意事项
1.使用各种离心机时，必须事先在天平上精密地平衡所有的离心管、离心管盖、挂篮和适配件等。平衡时重量偏差不得超过离心机说明书上所规定的范围。
（1）重量配平，一般精密平衡要求偏差不超过0.1g，常规应用则要求一般不超过1g，重量偏差不得超过离心机说明书上所规定的范围。
（2）密度配平，离心管内填充的材料必须密度相近，否则载荷会不均匀地分布。
（3）转子中尽量避免装载奇数个离心管，当转子只是部分装载时应均匀分布，以便使载荷均匀地分布在转子体上。
（4）当为奇数个离心管时，加载平衡的平衡管内必须采用密度相近的材料填充，例如，从培养基中离心细菌，可以用水平衡。但不可以用水来平衡氯化铯。
2.装载溶液时，要根据离心溶液的性质及体积选用适合的离心管依据离心机的具体操作说明进行。
3.当使用无盖离心管时，液体不能装得过多，以免离心时甩出，造成转子不平衡、生锈或被腐蚀。
4.当使用盖密封离心管要求抽真空时，一般要求必须将液体装满，以防止离心时塑料离心管的上部因真空变形。
七、如何选择离心方法
常用的三种离心方法：差速离心法；速率区带离心法；等密度区带离心法。
1.差速离心法
差速离心法常用于生化样品的粗制品提取利用不同的悬浮粒子在离心力场中沉降系数的差别，在同一离心条件下，不同粒子沉降速度不同，通过不断增加相对离心力，使一个非均匀混合液体分散系统中各种大小、形状不同的粒子分层沉淀。
操作过程中一般是在一离心后将上清液与沉淀分开，然后将上清液再在更高转速条件下离心，分离出第二部分沉淀，如此往复逐加高转速，逐分离出所需要的物质。差速离心的分辨率不高，沉淀系数在同一个数量内的各种粒子不容易分开，常用于生化样品的粗制品提取。
2.速率区带离心
速率区带离心是一种不全部的沉降分离，沉降效果受物质本身物理尺度的影响较大，一般应用在物质大小相异而密度相同的情况， 是指根据待分离的粒子在离心力作用下，在梯度液中沉降速度的不同，离心后具有不同沉降速度的粒子处于不同的密度梯度层内，形成几条分开的样品区带，达到彼此分离的目的。
比如要从静脉血中分离出单个核细胞，一种分离液Ficoll将血液中的所有单个核细胞（淋巴细胞和单核细胞）分为一个层，同时提取。而Percoll分离液将血液中淋巴细胞和单核细胞分为两个梯度层，分别提取。梯度液在离心过程中以及离心完毕后取样时，起着支持介质和稳定剂的作用，避免因机械振动而引起已分层的粒子重悬。
采用速率区带离心法时，需要严格控制离心时间，既要有足够的时间使各种粒子在介质梯度液中形成区带，又要避免任一待分离粒子形成沉淀状态。
3.等密度区带离心法
等密度区带离心是指液体分散体系中不同颗粒存在浮力密度差时，在离心力场下，颗粒或向下沉降，或向上浮起，一直沿梯度移动到它们密度恰好相等的位置上，即等密度点，形成区带的离心方法。
等密度区带离心的离心效果取决于颗粒的浮力密度差，密度差越大，分离效果越好，与颗粒的大小和形状无关，但后两者决定着达到平衡的速率、时间和区带的宽度。
等密度区带离心方法的特点：
（1）与样品粒子的密度有关；
（2）与样品粒子的大小和其他参数无关 ；
（3）转速、温度不变，则延长离心时间也不能改变这些粒子的成带位置。
八、离心机使用注意事项及风险预防
1.离心管平衡时，由于天平长时间使用而又未能校对，对称放置的离心管不平衡超过了离心机允许的样品称量误差。
2.离心过程中溶液填充不合理或者未盖罐盖，离心腔内的高真空状态造成离心管破裂和样品液外溢，造成转子不平衡而发生轴弯曲或断轴事故。
3.离心管老化或将高速离心机离心管用在超速离心机上，导致离心管在运行时破裂，样品液外溢造成失衡，使轴弯曲。
4.驱动轴和转子等材料有内伤未定期检测，导致离心机发生事故。
5.使用甩平转子时，不细心地将吊篮的序号与甩平转子主体的序号装错，影响转子的动平衡。
6.离心管帽内橡胶密封环和转子盖橡胶密封环使用不当和消毒不当，如长时间使用内部断裂和高温消毒(使用干燥箱烘烤)等处理而老化龟裂等缺陷导致密封失效，样品在高速运转时外溢，引起转子在不平衡状态下运行。
7.由于工作中粗心大意，转子盖没有拧紧或是将转子盖和转子柄互换，造成螺纹不吻合，当开机运行时，转子盖抛出而发生严重的断轴事故。
8.离心管在装样时，因样品液未装满或离心管帽没有拧紧密封，在离心过程中离心腔内的高真空状态造成离心管变形、破裂和样品液外溢，造成转子不平衡而发生轴弯曲或断轴事故。
9.由于原样品的比重不等于配平液的比重，转子动平衡失调而发生事故。
10.管帽混用(两者比重不同)而发生事故。
11.对于各种材料的离心管，使用没能仔细了解厂家要求的离心管使用范围和消毒方法，采用化学溶剂和不适当的消毒液处理，造成离心管在运行中溶胀、破裂而发生事故。
12.由于使用寿命管理不当和各种腐蚀损伤等，转子在运行中发生爆裂。
13.由于粗心大意，安装时未将驱动系统或其它系统的固定件去掉，并强行使仪器试运转而发生断轴和转子爆炸事故。
实验室科研过程中经常使用各种化学药品和仪器设备，会遇到有高低温、高低压的的实验条件和高电压、高频和带有辐射源的仪器设备，如果人员培训不足，很可能会导致安全事故。提醒大家一定要注意加强安全意识，定期检测维护设备，积预防准备工作，避免上述安全隐患。