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离心机介绍

用于将材料分离成生物化学实验室中的亚组分的最常用设备之一是离心机离心机是一种高速旋转液体样品的装置,因此产生强大的向心力,使得密度较大的材料比在正常重力下更快地向离心管底部移动。

离心机的类型。离心机类型的主要区别特征是速度和容量。在典型的生物化学实验室中,您将找到三种不同的离心机(在您的生物化学教学实验室也是如此)。最小的是所谓的微型离心机。它们用于旋​​转1至2毫升塑料离心管,速度可达每分钟12或13千转。它们中有非常小的轻转子(转子是离心机的一部分,包含样品管的孔),它们可以快速加速和减速。这些离心机非常便于低速到中速离心少量材料。

下一个常见尺寸的离心机是大型超速离心机。它们具有高达约20,000rpm的速度并且可以采用各种尺寸的管,这取决于转子(转子越大,最大速度越慢)。典型的管子可以容纳25或30毫升,但是使用正确的转子可以运行大到几百毫升的瓶子。

福建11选5走势图 最后,大多数生物化学实验室都可以使用超速离心机。典型的现代版本可提供高达70,000 rpm的速度。再次,管的尺寸和最大速度在转子与转子之间变化,但是可以获得高达约60毫升的管尺寸。

离心后的理论。这里的想法非常直接和机械。如果您希望将较致密的材料与较不致密的材料分离,则需要一种力来区分不同密度的颗粒。想想有一块岩石和一块发泡胶的游泳池。岩石比水密,因此它下沉。聚苯乙烯泡沫塑料的密度低于水,因此它漂浮。密度当然是每单位体积的质量。所以,如果你的袋子里装满了岩石和发泡胶,而你想要将它们从另一个中分离出来,那就在地球引力的影响下将混合物倒入水中。岩石将取代水,因为它们对于给定的体积具有更大的质量,并且重力将它们拉过水。另一方面,

然而,有许多东西的密度比岩石和发泡胶更接近,并且在地球引力下将它们分开要困难得多。此外,随着随机运动模糊由于密度引起的微小差异,扩散始终起作用。为了克服这个问题,或者有时只是为了使分离过程更快,最好能够产生比单独使用地球引力更大的质量(密度)相关力的方法。产生质量依赖力的另一种方法是旋转某物。正如你从物理学中所知道的,运动中的身体往往沿着直线路径继续运动,除非施加一些力来改变它的路径。因此,为了迫使某些东西进入一个圆圈,我们必须施加力量将它拉向中心。总是会产生相等且相反的力,从中心推出。这是一种先天力,它只是物体的质量乘以阻止它沿直线向外飞行所需的加速度。因此,具有较大质量(对于给定体积)的物体将施加较大的力并且它们将比具有较低质量/体积的物体更快地朝向容器的外边缘移动。

保持物体沿直线路径向外飞行所需的加速度由w 2 r 给出,其中希腊字母omega代表旋转速度(见下面的单位),r是从旋转轴到旋转轴的距离。样品的位置。为了获得样品感受到的力,我们将其乘以样品的质量:F = m w 2 r,其中F是力,m是质量。请注意关于这个等式的两件事。它与物体的质量成线性比例,但力随着转速的平方而增加。因此,从1000 rpm到10,000 rpm,所涉及的力增加了100倍。

一些实际考虑。因此,假设我想以50,000转/分的速度旋转两个30毫升的水管。涉及哪种力量?那么,为了比较,考虑当坐在工作台上时,重力加速对30毫升水施加的力。重力加速度约为10米/秒2(每秒平方10米)。30毫升水的质量约为30克或约0。03千克。因此,1g(重力加速度的1倍)所涉及的力为0。3kg m / s 2或0。3牛顿。在50,000转/分钟怎么样?首先,我们需要进行一些单位转换。50,000 rpm是50,000/60 =每秒830发。此外,为了使单位成功,我们必须将每秒轮数转换为每秒弧度(有2 p完整圆形或圆形的弧度因此乘以该因子)。这给出了每秒5200弧度(这在等式中是欧米茄)。力为m w 2 r,因此总力为66,000 N(假设样品距离旋转中心约8 cm)。为了获得比重力更大的次数,我们除以0。3(见上文)并得到大约220,000克。这意味着在50,000转/分钟下旋转的水样相当于正常重力下的13,000磅卡车。

如果你看一下超速离心机,你会发现转子(包含样品的东西)坐在一根轴上。轴很小,实际上摇摆不定。你无法从这个轴悬挂13,000磅的卡车。那么它是怎样工作的?它的作用是因为对称性。您总是必须在具有相同总质量的感兴趣样品的正对面。因此,两个质量块和它们上的力平衡,轴感觉没有扭矩。这个故事的寓意是你必须平衡离心管的管子。对于超速离心机运行,必须非常非常小心地平衡管子。对于超速离心机运行,我通常会尝试将质量控制在0.03克左右。较慢的离心机可以使用相应不太严格的平衡程序。

转子。有许多类型的转子,但大多数属于三类中的一类:固定角转子,摆动转子转子和垂直转子。大多数时候你会使用固定角度的转子。偶尔使用摆动式铲斗或垂直转子,但不常使用任何形式(摆动铲斗允许样品摆动到水平面,从而提供尽可能长的粒子运动路径。垂直转子则相反 - 它们当需要非常短的离心总路径时使用。

离心应用的类型。 离心机的使用方法有很多种。通常情况下,它们会被用来沉淀一些物质,剩下的就是溶液。然而,人们还可以使用另外两种常用的分离材料:平衡密度沉降和动态密度沉降。在第一种情况下,材料要么层叠在一些材料之上,要么混合成一些材料,这些材料既可以预先形成密度梯度,也可以在高速旋转时变成密度梯度。然后运行离心机,直到材料在管内找到其特定密度的带。动力学密度方法通常还涉及长程运行,其允许分子找到具有相同密度的介质区域并达到平衡。在动态密度沉降中,您不会将梯度运行到最后。

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