【行业扫盲】超速离心机

一、简介

离心机是借离心力分离液相非均一体系的设备。根据物质的沉降系数、质量、密度等的不同，应用强大的离心力使物质分离、浓缩和提纯的方法称为离心。

一般说，离心机转速在30000r/min以上的称为超速离心。离心技术，特别是超速离心技术是分子生物学、生物化学研究和工业生产中不可缺少的手段。

离心机作为一种手段，具有许多优点。例如，超速离心可在低温下操作，保护了生物大分子的活性。制备型的离心机负载量大，一次可分离提纯几克样品，比层析、电泳上的样品量大得多。

分析离心机不仅可测物质的分子量，还可检验物质的纯度、构象、沉降系数等。因此离心技术在生物学研究中占有重要的地位，是分离、纯化细胞、蛋白、核酸、酶和进行病毒分离的最方便最有效的工具。

二、超速离心机的离心方法

用离心方法分离生物大分子和亚细胞物质的基本原理是根据它们在液体介质中或者沉降速度不同而形成不同的区带，或者它们的密度不同而停留在液体介质中不同的位置而把它们一一分开。

前者是沉降速度法，应用该法时液体介质的最大密度要小于样品中最小颗粒的密度，离心时选用高转速和短时间；后者是沉降平衡法，应用该法时液体介质的最大密度要大于样品中最小颗粒的密度，离心时选用较低转速和较长时间。

实际操作有几种形式：

1、差速离心

这种方法是选择不同转速的离心，分别分离各个不同组分。例如先用低速沉降大颗粒和上清液，在高速离心上清沉降中等颗粒，最后超速离心上清沉降小颗粒。采用逐级提高离心力分离上情液的方法，把不同大小的颗粒分开。

这种方法比较简单，方便。分离的组份沉到管底，因此可以迅速浓缩所要的组份，减少体积。但回收率和纯度是有矛盾的，要提高回收率，势必提高转速或延长离心时间，这样大小相近的颗粒也会沉到管底。因此该法多用于粗提纯或初步浓缩样品。

2、速度区带(或速度梯度)离心

本法是将样品放在一个连续的密度梯度液体上，通过离心，大颗粒沉降快，小颗粒沉降慢。经过一段时间，相同的颗粒就在同一深度形成一条带子，因此把各种组份分开来。

它适用于分离密度相同、而大小不同的物质，如不同的蛋白质组份密度都差不多，但分子量不一样，用本法很容易将其分开。但对密度不同、大小类似的物质则不易分离。

蔗糖梯度是一种常用的介质。用不同浓度的蔗糖溶液(5%-60%)配成梯度，用于梯度离心。再分别进行收集处于不同区带里的各个组份。

3、沉降平衡离心

这是静力学的方法。在离心管中形成一个液体梯度，在离心时各组份以不同的速度下沉，但最终停留在与自己相同的密度中，形成一条狭窄的平衡带，并保持相对的稳定。为了使样品所有组份都能达到它们的平衡位置，需要长时间离心。

这种方法适用于分离大小相似但密度不同的物质，如核酸的分离。氯化铯梯度是常用于平衡离心的介质，分辨率很高，可区别密度相差0.05的组分，但离心时间需十几到几十小时，且价格很贵。已有一种商品名叫"Percoll"的聚蔗糖溶液可以代替氯化铯梯度。该介质能迅速形成梯度，使离心时间大大缩短到1-2h而仍有很好的分离效果。并且有配套的标记珠（Density marker beads）可以测定样品的密度。

三、离心机分类

依照转速、容量、用途，可以大致分为分析型超速离心机、制倍型超速离心机、高速冷冻离心机、大容量冷冻低温离心机、一般用普通低速离心机和台式(高速、低速)离心机等。

1、分析型超速离心机

最高转速在60000r/min以上，装有悬挂式驱动装置。选速分级很精细，速控和温控精度高，配有铝合金或钛合金制造的二孔到六孔分析转子。目前最新推出的Beckman Optima MAX-XP台式超速离心机的最高转速达到了1,500,000rpm(2,500转/秒)，而且运行时非常安静(噪音仅为47dBa)，是较为先进的分析机型。装有完善的柱面透镜光学系统、干涉光系统和紫外吸收扫描光学系统，并能利用特别配制的数据处理微机自动计算沉降系数和分子量等物 理参数。老型号机型有MSE～75型(已停止生产)制备分析两用超速离心机等。

2、制备型超速离心机

该机型从1955年开始商品化生产以来已发展到第五代产品。生产的制备用超速离机最高转速可达83,000r/min，最大相对离心力场 (R·C·F)S15，000×g以下，驱动装置寿命已达到200亿转，同时配备有各种转速和容量的铝合金、钛合金角度转子、水平转子、垂直转子、区带转子及其它专用转子。每种转子配有多边数百种的金属或塑料离心管。

附属设备可选配分析用光学装置、密度梯度形成一 收集仪、用于区带转子操作的特种加样一取样器、密度梯度泵、积分仪和切管器等。新机型具有自动化程度高(内装微处理程序控制机)、寿命长、噪音低、不需要水冷和故障率较低等优点。

3、高速冷冻离心机

高速冷冻离心机一般在常压空气中旋转，具有大功率驱动电机和制冷压缩机。额定转速在16，000--21，000r/min之间，转子的最大线速度不超过 28Om/s(即在跨音速区以下，空气扰动小，易于控制)。这种离心机配备有铝合金制造的各种转子，包括角度转子、水平转子、垂直管转子、连续流动转子、 区带转子和细胞淘洗转子等，最大离心加速度在55,000xg以下。

四、离心机操作步骤和保养注意事项

操作步骤

1.接通电源，打开离心机盖。

2.按要求装配好离心管。

3.按要求安装离心转头。

4.关上离心机盖。

5.输入离心数据，编离心程序。

6.抽真空，并开始运行程序。

7.程序结束后，去真空。

8.打开离心机盖，取出转头。

9.取出离心管并进行分析。

离心管的选用

玻璃离心管绝对不能在高、超速离心机上使用。

PA管：化学性能稳定，半透明，能耐高温消毒。

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。应透明，利于收集。

五、保养注意事项

1、如离心管盖子密封性差液体就不能加满（针对高速离心且使用角度头），以防外溢。外溢后果污染转头和离心腔并失去平衡，影响感应器正常工作

2、超速离心时，液体一定要加满离心管，应超离时需抽真空，只有加满才能避免离心管变形。

3、使用角度头时别忘盖转头盖，如未盖，离心腔内会产生很大的涡流阻力和摩擦升温，这等于给离心机的电机和制冷机增加了额外负担，影响离心机的使用寿命。

4、清洁离心机腔体和转头，并擦干腔内冷凝水。

5、使用完后要打开门，直至腔内恢复常温。