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产品名称: 离心分离原理


离心分离技术

    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。
    当物料进入分离筒后,因不同组份的物质,由于其密度不同,故在离心力场中受力有差别, 直接导致其在离心力场的运动轨迹和运动速率的不同。
 

 

    如图, 分离筒(转鼓)以一定的速度绕中心轴旋转,混合物进入分离筒后,不同的组分会形成不同的分层。密度小的液相组分(轻液)形成的液环离旋转中心较近,密度稍大的液相(重液)则离旋转中心较远,而不溶性固相则聚集于分筒内壁,形成滤饼。

     离心分离机按用途有分析用、制备用及分析-制备之分;按结构特点则有管式、吊蓝式、和碟式等多种;按转速可分为常速(低速)、高速和超速三种。

    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。

 
 ■ 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= mw2r / mg = w2r / 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,9.8  m/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。

   

 ■ 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。

  对于已知沉降系数的颗粒,其沉降时间可由下列公式计算:

  式中 t:沉降时间(s);S:颗粒的沉降系数(1x10-13S);ω:转子角速度(rad/s);r1,r2:分别为旋转轴中心到样品液液面和离心管底的距离(cm)。

 上式中括号部分对特定转子而言唯一常数,称转子效率因子或K值。即

  转子的效率因子K 与转子的半径和转速有关。对于具有某一沉降系数S的颗粒而言,K值越小,其沉降时间越短,转子的使用效率就越高。

 对于不知其沉降系数的球形颗粒,可按下是估算其沉降时间:

 式中T:沉降时间(s);μ:介质溶液的黏度(g/(cm.s));ρ,ρ0:分别为颗粒和介质溶液密度(g/cm3);d:颗粒平均直径(cm);r1,r2:分别为旋转轴中心到离心管底和液面的距离(cm)。

   

 ■ 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,转子高速旋转会发热从而引起温度升高。故必须采用冷冻系统,使温度保持在一定范围内。离心介质溶液的pH值应该是处于酶稳定性的pH范围内,必要时可采用缓冲液。另外,过酸或过碱还可能引起转子和离心机的其他部件的腐蚀,应尽量避免.