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科晶*速離心機的工作原理

時間:2016/4/27閱讀:5709
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離心原理   當含有細小顆粒的懸浮液靜置不動時,由于重力場的作用使得懸浮的顆粒逐漸下沉。粒子越重,下沉越快,反之密度比液體小的粒子就會上浮。微粒在重力場下移   動的速度與微粒的大小、形態(tài)和密度有關(guān),并且又與重力場的強度及液體的粘度有關(guān)。象紅血球大小的顆粒,直徑為數(shù)微米,就可以在通常重力作用下觀察到它們的沉降過程。   此外,物質(zhì)在介質(zhì)中沉降時還伴隨有擴散現(xiàn)象。擴散是無條件的的。擴散與物質(zhì)的質(zhì)量成反比,顆粒越小擴散越嚴重。而沉降是相對的,有條件的,要受到外力才能運動。沉降與物體重量成正比,顆粒越大沉降越快。對小于幾微米的微粒如病毒或蛋白質(zhì)等,它們在溶液中成膠體或半膠體狀態(tài),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(xiàn)象則越嚴重。所以需要利用離心機產(chǎn)生強大的離心力,才能迫使這些微??朔U散產(chǎn)生沉降運動。   離心就是利用離心機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強大的離心力,加快液體中顆粒的沉降速度,把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開。離心力(F)的大小取決于離心轉(zhuǎn)頭的角速度(ω,r/min)和物質(zhì)顆粒距離心軸的距離(r,cm)。它們的關(guān)系是:F=ω2R   為方便起見,F(xiàn)常用相對離心力也就是地心引力的倍數(shù)表示。即把F值除以重力加速度g (約等于9.8m/s2.)得到離心力是重力的多少倍,稱作多少個g。例如離心機轉(zhuǎn)頭平均半徑是6cm,當轉(zhuǎn)速是60 000r/min時,離心力是240 000×g,表示此時作用在被離心物質(zhì)上的離心力是日常地心引力的24萬倍。   因此,轉(zhuǎn)速r/min和離心力g值之間并不是成正比關(guān)系,還和半徑有關(guān)。同樣的轉(zhuǎn)速,半徑大一倍,離心力(g值)也大一倍。轉(zhuǎn)速(r/min)和離心力(g值)之間的關(guān)系可用下式換算:   RCF=F離心力/F重力=mω2r/mg= ω2r/g = (2πr/r×rpm)2r/g(注意單位統(tǒng)一換算為標準單位)  式中:r為半徑(cm),g為離心力(g值)    *速離心機:轉(zhuǎn)速可達50000~80000 rpm,相對離心力較為大可達510000×g,較為的生產(chǎn)廠商有美國的貝克曼公司和日本的日立公司等,離心容量由幾十毫升至2升,分離的形式是差速沉降分離和密度梯度區(qū)帶分離,離心管平衡允許的誤差要小于0.1克。*速離心機的出現(xiàn),使生物科學的研究領(lǐng)域有了新的擴展,它能使過去僅僅在電子顯微鏡觀察到的亞細胞器得到分級分離,還可以分離病毒、核酸、蛋白質(zhì)和多糖等。

    *速離心機主要由驅(qū)動和速度控制、溫度控制、真空系統(tǒng)和轉(zhuǎn)頭四部分組成。*速離心機的驅(qū)動裝置是由水冷或風冷電動機通過精密齒輪箱或皮帶變速,或直接用變頻感應(yīng)電機驅(qū)動,并由微機進行控制,由于驅(qū)動軸的直徑較細,因而在旋轉(zhuǎn)時此細軸可有一定的彈性彎曲,以適應(yīng)轉(zhuǎn)頭輕度的不平衡,而不致于引起震動或轉(zhuǎn)軸損傷,除速度控制系統(tǒng)外,還有一個過速保護系統(tǒng),以防止轉(zhuǎn)速*過轉(zhuǎn)頭較為大規(guī)定轉(zhuǎn)速而引起轉(zhuǎn)頭的撕裂或爆炸,為此,離心腔用能承受此種爆炸的裝甲鋼板密閉。
    溫度控制是由安裝在轉(zhuǎn)頭下面的紅外線射量感受器直接并連續(xù)監(jiān)測離心腔的溫度,以保證更準確更靈敏的溫度調(diào)控,這種紅外線溫控比高速離心機的熱電偶控制裝置更敏感,更準確。
*速離心機裝有真空系統(tǒng),這是它與高速離心機的主要區(qū)別。離心機的速度在2000 rpm以下時,空氣與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頭之間的磨擦只產(chǎn)生少量的熱,速度*過20000 rpm時,由磨擦產(chǎn)生的熱量顯著增大,當速度在40000 rpm以上時,由磨擦產(chǎn)生的熱量就成為嚴重問題,為此,將離心腔密封,并由機械泵和擴散泵串聯(lián)工作的真空泵系統(tǒng)抽成真空,溫度的變化容易控制,磨擦力很小,這樣才能達到所需的*高轉(zhuǎn)速。

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