离心分离技术综述
学号:1102012032 姓名:李士豪班级:生工2
摘要
离心分离技术是借助于离心机旋转所产生的离心力，根据物质颗粒的沉降系数、质量、密度及浮力等因子的不同，而使物质分离的技术。离心分离是利用不同物质之间的密度形状大小的差异，用离心力场对悬浮液中的不同颗粒进行分离和提取的物理分离分析技术，它广泛用于生物学(生物工程和生物制品等)、医学、化学、化工等领域，而其设备——离心机是这些领域的必需设备。本文以离心机为起点，接着从离心分离方法、离心条件确定对离心分离技术进行了论述，最后再对我国的离心分离技术水平作出展望。
关键词:离心分离;离心机;分离方法;离心条件 ;展望
引言
离心技术是利用物体高速旋转时产生强大的离心力，使置于旋转体中的悬浮颗粒发生沉降或漂浮，从而使某些颗粒达到浓缩或与其他颗粒分离之目的。这里的悬浮颗粒往往是指制成悬浮状态的细胞、细胞器、病毒和生物大分子等。离心机转子高速旋转时，当悬浮颗粒密度大于周围介质密度时，颗粒离开轴心方向移动，发生沉降；如果颗粒密度低于周围介质的密度时，则颗粒朝向轴心方向移动而发生漂浮。根据离心原理，离心技术又可以分为差速离心法、密度梯度离心法和等密度梯度离心法。
离心机
离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油)；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。
按分离因素Fr值分(分离因素Fr是指物料在离心力场中所受的离心力，与物料在重力场中所受到的重力之比值。)
1、常速离心机Fr≤3500（一般为600~1200），这种离心机的转速较低，直径较大。
2、高速离心机???Fr=3500~50000，这种离心机的转速较高，一般转鼓直径较小，而长度较长。
3、超高速离心机???Fr＞50000，由于转速很高（50000r/min以上），所以转鼓做成细长管式。
离心分离方法
1、差速离心
差速离心采用不同的离心速度和离心时间，使沉降速度不同的颗粒分批分离的方法称为差速离心。操作时，采用均匀的悬浮液进行离心，选择好离心力和离心时间，使大颗粒先沉降，取出上清液，在加大离心力的条件下再进行离心，分离较小的颗粒。如此多次离心，使不同大小的颗粒分批分离。差速离心所得到的沉降物含有较多杂质，需经过重新悬浮和再离心若干次，才能获得较纯的分离产物。差速离心主要用于分离大小和密度差异较大的颗粒。操作简单方便，但分离效果较差。
2、密度梯度离心
密度梯度离心又称速度区带离心。密度梯度离心是指样品在密度梯度介质中进行
的一种沉降速度离心。密度梯度系统是在溶剂中加入一定的梯度介质制成的。梯度介质应有足够大的溶解度，以形成所需的密度，不与分离组分反应，不会引起分离组分的凝聚、变性或失活，常用的有蔗糖、甘油等。目前使用最多的是蔗糖密度梯度系统，其梯度范围是：蔗糖浓度5%~60%，密度1.02~1.30?g/cm3。梯度的作用是使离心液稳定以减少扩散或得到较为锋利的区带。被离心的物质根据其沉降系数不同进行分离，同类物质则因分子大的沉降速度快于分子小的物质从而得到分离。密度梯度的制备可采用梯度混合器，也可将不同浓度的蔗糖溶液，小心地一层层加入离心管中，越靠管底，浓度越高，形成阶梯梯度。离心前，把样品小心地铺放在预先制备好的密度梯度溶液的表面。离心后，不同大小、不同形状、有一定的沉降系数差异的颗粒在密度梯度溶液中形成若干条界面清晰的不连续区带如左图。各区带内的颗粒较均一，分离效果较好。在密度梯度离心过程中，区带的位置和宽度随离心时间的不同而改变。随离心时间的加长，区带会因颗粒扩散而越来越宽。为此，适当增大离心力而缩短离心时间，可减少区带扩宽。
3、等密度梯度离心
将CsCl2、CsSO4等介质溶液与样品溶液混合，然后在选定的离心力作用下，经足够时间的离心，铯盐在离心场中沉降形成密度梯度，样品中不同浮力密度的颗粒在各自的等密度点位置上形成区带。前述密度梯度离心法中，欲分离的颗粒未达到其等密度位置，故分离效果不如等密度离心法好。
应当注意的是，铯盐浓度过高和离心力过大时，铯盐会沉淀管底，严重时会造成事故，故等密度梯度离心需由专业人员经严格计算确定铯盐浓度和离心机转速及离心时间。此外，铯盐对铝合金转子有很强的腐蚀性，故最好使用钛合金转子，转子使用后要仔细清洗
并干燥。
离心条件确定
离心分离的效果好坏与诸多因素有关。除了上述的离心机种类、离心方法、离心介质及密度梯度等以外，主要的是确定离心机的转速和离心时间。此外还要注意离心介质溶液的pH值和温度等条件。
1．离心力
物质颗粒在离心场中所受到的离心力（Fc）的大小，决定于颗粒的质量(m)和离心加速度(ac): Fc=m ac 离心加速度的大小取决于转子的转速和颗粒的旋转半径：ac =ω2r式中ω：转子的角速度（rad/s）；r：旋转半径，即颗粒到旋转轴中心的距离(cm)。若转速以惯用的每分钟转数（r/min）来表示，则：式中n: 转子每分钟转数（r/min）
在说明离心条件时，低速离心通常以转子每分钟的转数表示，如4000 rpm；而在高速离心时，特别是在超速离心时，往往用相对离心力来表示，如65000g。相对离心力是指颗粒所受的离心力与地心引力（重力）之比。即RCF=Fc/Fg=1.12×10-5*n2*r×g式中RCF：相对离心力（g）；n：转子每分钟转数（rpm）； r：旋转半径(cm)；g：重力加速度，980.6 cm/s2
由此可见，离心力的大小与转速的平方及与旋转半径成正比。在转速一定的条件下，颗粒离轴心越远，其所受的离心力越大。在离心过程中，随着颗粒在离心管中移动，其所受的离心力也随着变化。在实际工作中，离心力的数据是指其平均值。即是指在离心溶液中点出颗粒所受的离心力。
2．离心时间
离心时间的概念，依据离心方法的不同而有所差异。对于差速离心来说，是指某种颗粒完全沉降到离心管底的时间。对等密度梯度离心而言，离心时间是指颗粒完全到达等密度点的平衡时间；而密度梯度离心的时间则是指形成界限分明的区带的时间。
密度梯度离心和等密度梯度离心所需的区带形成时间或平衡时间，影响因素很复杂，可通过实验来确定。差速离心所需的沉降时间可通过计算求得。
颗粒的沉降时间是指颗粒从离心样品液面完全沉降到离心管底所需的时间，又称澄清时间。沉降时间决定于颗粒沉降速度和沉降距离。
3．温度和pH值
为了防止欲分离物质的凝集、变性和失活，除了在离心介质的选择方面加以注意外，还必须控制好温度及介质溶液的Ph值等离心条件。离心温度一般控制在4℃左右，对于某些热稳定性较好的酶等，离心也可在室温下进行。但在超速或高速离心时，转子高速旋转
