离心技术20120911(2011级临床本科)

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1、分析与检测技术主讲人：宋涛生物化学与分子生物学教研室以常用分析与检测实验技术为主线，以细胞与分子生物学、生物化学、免 疫学、遗传学等学科内容为基础，使医 学生初步掌握常用分析与检测实验技术 的基本知识和技能、常规仪器设备的使 用和保养，了解现代分子生物学技术的 基本知识，熟悉各种检测指标的临床意 义。主讲内容：一、离心原理与技术二、常用标记技术三、其它实验技术离心原理与技术离心技术是指利用旋转运动产生的离心力 ，根据物质的沉降系数或浮力密度的差别 进行物质的分析、分离、浓缩和提纯的一 种技术。洗衣机的 脱水筒“棉花”糖的制作汽车转弯应用：分离、纯化样品及对已纯化的样 品进行结构和性质分析。离心

2、技术是指利用旋转运动产生的离心 力，根据物质的沉降系数或浮力密度的 差别进行物质的分析、分离、浓缩和提 纯的一种技术。离心机（centrifuge）是实施离心技术 的装置。它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。离心技术的应用1.用于工业生产的，如化工、制药、食品等 工业大型制备用的离心技术，转

3、速都在每分钟5000转以下。2.用于生物、医学、化学等实验室分析研究的，转速从每分钟几千到几万转以上，此类技术的使用目的在于分离和纯化样品， 以及对纯化的样品有关性能进行研究。内容：第一节 离心技术的基本原理第二节 离心设备第三节 常用离心方法及应用第一节 离心技术的基本原理一、离心的一般原理二、离心力和相对离心力三、沉降速度四、沉降系数五、沉降时间六、测定相对分子量一.基本原理 1.离心力 （Centrifugal force，F）：是指 悬浮颗粒在离心过程中所受的离开旋转中心轴 的作用力。F=ma=m2rF:离心力（g.cm/s2或达因）m:颗粒质量a:加速度:旋转角速度 r：旋转体离旋转

4、轴的距离n:每分钟的转数= (rad/sec)2n602.相对离心力 Relative centrifugal force (RCF)RCF 就是在离心场中颗粒所受的离心力相当于它受到的地球重力的倍数，称为重力加速度。RCF=F离心力/F重力=m2r/mg=2r/g g为重力加速度（980cm/sec2)若用 2n= (rad/sec)60(2n/60)2RCF= x r980=1.11910-5 n2 rn：转子每分钟的转数(rpm)RCF= 1.11910-5 n2 rRCF=1.11910-5(12000)23.8=6123gRCF=1.11910-5(12000)28.1=13052g

5、DoleR-气体常数;T-绝对温度;S-分子的沉降系数;-分子的微分比容(当一克溶质加到一个大体积的溶 液中所占有的体积;-溶剂的密度。2.生物大分子的纯度估计3.分析生物大分子中的构象变化 六、离心机的应用和维护 （1）离心方法的选择: 选择合适的离心转速和离心时 间，就能达到较好的分离效果。 若样品中存在两种以上质量和密度不同的样品颗粒 ，可采用差速离心法。 对于有密度梯度差异的样品介质，可采用密度梯度 离心法。 若不同样品颗粒的密度范围在离心介质的密度梯度 范围内，离心时密度不同的物质颗粒因浮力差异或向 下沉降，或向上漂浮，一直移到它们各自密度恰好对 应的位置（等密度点），形成区带。可采

6、用等密度梯 度离心。 （2）离心时间以及温度和pH值的确定 （3）离心机的使用、维护： （4）离心机常见故障及排除方法：（1）离心方法的选择: （2）离心时间以及温度和pH值的确定 离心时间：依据离心方法的不同有所差别。差速离 心是指某种颗粒完全沉降到离心管底的时间。等密 度梯度离心是指颗粒完全到达等密度点的平衡时间。 密度梯度离心所需的离心时间则是指形成界限分明 的区带的时间。 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度左右，对于某些热稳定性较好的酶等， 也可以在室温下进行

7、。 （3）离心机的使用、维护： （4）离心机常见故障及排除方法：（1）离心方法的选择: （2）离心时间以及温度和pH值的确定 （3）离心机的使用、维护：各类离心机因其 转速高，产生的离心力大，使用不当或缺乏定 期的检修和保养，都可能发生严重事故，因此 使用离心机时都必须严格遵守操作规程。 （4）离心机常见故障及排除方法：离心机的应用和维护 （1）离心方法的选择: （2）离心时间以及温度和pH值的确定 （3）离心机的使用、维护： （4）离心机常见故障及排除方法： 电机不转 转头的损坏 机体震动剧烈、响声异常。有许多故障为不 正确操作所致，正确操作可减少或消除故障。 在工作过程中，如出现任何异常现

8、象均应立即 停机，检查原因，不得强行运转，以免产生不 必要的损失。 关于制作“棉花”糖的原理：它的内筒与洗衣机 的脱水筒相似，里面加 入白砂糖，加热使糖熔 化成糖汁。内筒高速旋 转，黏稠的糖汁就做离 心运动，从内筒壁的小 孔飞散出去，成为丝状 ，到达温度较低的外筒 时，迅速冷却凝固，变 得纤细雪白，像一团团 棉花。在水平公路上行驶的汽车转弯F m r2F汽车三、离心运动的防止：1、在水平公路上行驶的汽 车转弯时F m r2F汽车在水平公路上行驶的汽车，转 弯时所需的向心力是由车轮与路 面的静摩擦力提供的。如果转弯 时速度过大，所需向心力F大于 最大静摩擦力Fmax，汽车将做离 心运动而造成交通

9、事故。因此， 在公路弯道处，车辆行驶不允许 超过规定的速度。阅读离心机使用说明书，转头说明书说明书应该放置在离心机旁边，使用前 必须仔细阅读说明书防止事故发生离心机事故离心机高速运转，使用不当或者维护不 当，会出严重事故主要是转头事故，转头爆炸离心机的安全使用说明书与相关资料机器、转头、离心管正确使用方法专人管理，维护保养，排出故障离心基本概念转速离心力和相对离心力容量K因子转速的描述RPM 转/分角速度每秒转过的弧度数 1 弧度即为弧长等于半径的圆弧所对的圆心角 “ 转速 ” 的含义 离心机的最高转速转头的最高转速转头的最高允许转速转头的允许转速离心机的最高转速可以用于该离心机的转头中，转速

10、最高 的这个转速，是离心机最高转速 转头的最高转速转头盖上标明的转速应注意，同一转头在不同离心机中使用， 不一定都能达到转头的最高转速使用转头的最高允许转速样品密度不超过1.2克/ml的情况下，和以下因 素有关：离心机型号 离心管形状、材料、厚度 （注意，同样的离心管在 不同转头中使用，最高允许转速也可能不同）离心管帽的材质 离心管是否装满 是否用适配器 必须根据实际使用情况，从转头手册和转 头说明书中查询转头的允许转速样品密度超过了1.2克/ml的情况下： 转头的允许转速=转头的最高允许转速 （1.2/样品的平均密度）1/2注意：不适用于密度梯度离心离心力和相对离心力“离心力是多少个g”的提

11、法不对离心力=粒子质量离心加速度（F离心力=mr 2） 相对离心力RCF= F离心力/F重力= r 2/gRCF与RPM换算 = 2 RPM/60 = 0.10472 RPM RCF= r 2/g=（ 0.10472 RPM ）2r/gr以毫米为单位时，RCF=1.12r（RPM/1000）2RPM=1000（RCF/1.12r）1/2例：文献给出条件为80000g，RPM=1000（80000/1.12r）1/2转头的K系数什麽是转头的K系数K系数是转头的一个特性指标，它的大小 可以衡量转头离心效率的高低.转头的K值可以查表得到 K 系数的计算R max: 转头的最大半径. R min 转头

12、的最小半径.RPM: 转头的转速在离心时，估算沉降时间t ：离心时间（小时）。K ：实际转速下的转头K值。S ：粒子的沉降系数。K系数的应用 从一个转头换成另一个转头时估算沉降时间. (即根据文献资料,使用现有的转头,建立实验条件) 利用已知转头的实验条件,使用另一个转头,分离相同 样品时,如何确定实验条件。K值的应用K值的应用同一转头，改变离心转速时，计算离心 时间：K值的应用K值越小，转头的效率越高，选择合适 的转头在离心管允许不加满的情况下，可以通 过减少各个管内样品，降低k值，缩短 离心时间离心机的维护保养转头的某些部位是铝合金，保养不当会 腐蚀，引起离心不平衡，发生事故离心事故离心机

13、转头损坏的原因 （操作或使用不当所造成的） 过速 腐蚀 金属疲劳 不平衡离心机和转头保养注意事项清洁离心机腔体和转头，并擦干腔内冷 凝水使用完后要打开门，直至腔内恢复常温离心之前要平衡样品根据需要选用tubes/bottles、adapters 以及spacers，根据要求加样品量必要时预冷转子转头的维护和存放Lubricate O-rings and rotor assembly regularlyReplace overspeed disk when damaged Remove rotor lid / tube plugs and invert the rotor during stor

14、age正确的安装转头Lock the rotor on the spindle and depress the button during installaitonCheck the buckets are hooked properly onto the rotor 使用前一定要先阅读手册Refer to rotor manuals for operationUse log books to record history of rotor use各种材料的离心管及其特性J-30IJ-30I高速冷冻离心机高速冷冻离心机用 途1. 细菌，蛋白沉淀 - 核酸提取 - 细胞/亚细胞组份分离。2. 动、植物病毒分离、血液血清提 取及溶液中大、小颗粒不同组份的 分离。、操作步骤1打开离心机盖,选择容量适合的转子，将 带样品离心管放入转子 内（样品一定要平衡好 ），再将转子放入离心 室内固定好转子。2关好离心机盖，设定离心机转子型号、转速、离心时间 、温度、启动运转。3离心时间到待转速降至零，打开离心机盖将样品（离心管 ）取出，离心结束。離心機操作說明使用離心管取水取水到40的刻度將離心管等份量放置入離心機 中以4000rpm的轉速離心5分鐘檢查離心管中濃縮的程度濃 縮 後 的 水 樣使用滴定管吸取水樣到載玻片蓋上蓋玻片將水體樣本放置到顯微鏡上