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點擊次數：12656 更新時間：2021-10-22
本文描述的離心機是一種高速旋轉機械，它是利用離心力，不同物質在離心場中沉淀速度的差異，對混合溶液進行快速分離的專門設備，是一種將裝有樣品溶液的離心管、瓶或袋韻轉頭置于離心軸上，利用轉頭繞軸高速旋轉所產生的強大離心力，使樣品中不同性質顆粒相互分離的特殊裝置，可以實現樣品的分析、分離。以下是離心機的技術、分類和性能綜述。
一、簡介
離心機是利用離心力，分離液體與固體顆粒或液體與液體的混合物中各組分的機械。離心機主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開，或將乳濁液中兩種密度不同，又互不相溶的液體分開（例如從牛奶中分離出奶油）；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機甩干濕衣服；特殊的超速管式分離機還可分離不同密度的氣體混合物；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點，有的沉降離心機還可對固體顆粒按密度或粒度進行分級。
結構主要由電機驅動系統、制冷系統、機械系統、轉頭和系統控制等幾部分組成。
二、離心機的分類
離心機的式樣和型號很多，有國產的和進口的，按用途可分為分析式離心機和制備式離心機；
按轉速可劃分為：
普通離心機(低速)：<8000r／min；
高速離心機：8000～30000r／rain；
超速離心機：30000～80000r／min；
超高速離心機：>80000r／min；
按結構分類：
一般高速和低速離心機根據結構和功能進行分類，品種繁多，各廠家命名也無統一標準。可分為臺式離心機、多管微量臺式離心機、細胞涂片離心機、血液洗滌臺式離心機、高速冷凍離心機、大容量低速冷凍離心機、低速冷凍離心機、臺式高速冷凍離心機、臺式低速自動平衡離心機等。另外國外還有三聯式（五聯式）高速冷凍離心機，專作連續離心用。
按體積和容量一般可分為：落地式離心機，臺式離心機和迷你（掌上）離心機。落地式的處理容量大體積大，迷你離心機處理容量小體積小。
可以根據實驗目的和實驗需要，選擇不同容量、不同轉速、不同溫度控制的離心機。
三、轉頭
轉子是離心機的主要配件。簡單的說，可以將離心機分為主機和可拆卸的轉子（轉頭）兩部分，一個多功能主機通常可以配多個轉子，靠不同型號的轉子來滿足不同的需要來實現其“多功能”的,這樣可以有效的降低采購成本，但是選購的時候需要注意選擇轉子拆裝方便的離心機，一般的離心機轉子與主軸直接配合，廠家為了降低噪音往往把主機和轉子的配合度做得相當高，但這樣最大的弊端就是轉子容易與主軸咬死造成拆卸不方便，另外，這種轉子與電機的配合方式還存在很強的方向性，當轉子方向與電機主軸配合發生偏移時會造成較大的噪音影響整機的使用壽命，嚴重的話將會造成主軸斷裂，轉子爆炸。常用的轉子包括固定角轉子和水平轉子。轉子越齊當然功能越全，所以選擇轉子通常根據常用樣品的容量及離心的條件選擇，通常水平轉頭和角轉頭各一個，大容量(相對較低速)的轉子和小容量高轉速的轉子各一個，再根據工作中的不同需要選擇其他轉子。
⑴角式轉頭：角式轉頭是指離心管腔與轉軸成一定傾角的轉頭。它是由一塊完整的金屬制成的，其上有4～12個裝離心管用的機制孔穴，即離心管腔，孔穴的中心軸與旋轉軸之間的角度在20～40度之間，角度越大沉降越結實，分離效果越好。這種轉頭的優點是具有較大的容量，且重心低，運轉平衡，壽命較長，顆粒在沉降時先沿離心力方向撞向離心管，然后再沿管壁滑向管底，因此管的一側就會出現顆粒沉積，此現象稱為“壁效應”，壁效應容易使沉降顆粒受突然變速所產生的對流擾亂，影響分離效果。
角轉子中的離心管能夠保持固定的角度離心，可以使用較高的轉速，離心后沉淀位于管底的斜面。較大容量的轉子通常可以配不同的“適配器”來“固定”小容量的樣品管，例如6x85ml的轉子每孔可以放置85ml的離心管，也可以放50ml或者15—20ml的離心管，實現一物多用；但是由于重量的負擔，大容量轉子的最高轉速相對小的要低一些，因而還要考慮最高離心力是否能滿足實驗要求。最高轉速的轉頭通常是適配2ml離心管的轉子，有時一個轉子的價格就幾乎可以買多一個小離心機，可以另外購置小型臺式高速離心機，這樣還可以減少昂貴設備的損耗。有的小型臺式的高速離心機也提供大小不同的固定角轉子（分別配合0.5ml和2ml/1.5ml離心指管，其實，除非是經常固定使用0.5ml離心管且每次離心的樣品量比較大，一般選擇一個2ml/1.5ml轉子，配合適配器（有適合0.2ml、0.4ml、0.5ml管的適配器）就可以滿足需要。如果常用PCR條管的還要考慮配一個8聯管的轉子比較方便。
角轉子配的蓋子有助于減少摩擦、降低噪音和防止意外，使用角轉子一定要蓋蓋，如未蓋離心腔內會產生很大的渦流阻力和摩擦升溫，這等于給離心機的電機和制冷機增加了額外負擔，影響離心機的使用壽命。另外有一種氣密性轉子可以進行氣密性離心，防止意外泄漏，對于改善實驗環境很重要。
⑵水平式轉頭：這種轉頭是由吊著的4或6個自由活動的吊籃（離心套管）構成。當轉頭靜止時，吊桶垂直懸掛，當轉頭轉速達到每分鐘200到800轉時，吊桶蕩至水平位置，這種轉頭適合做密度梯度區帶離心，其優點是梯度物質可放在保持垂直的離心管中，離心時被分離的樣品帶垂直于離心管縱軸，而不像角式轉頭中樣品沉淀物的界面與離心管成一定角度，因而有利于離心結束后由管內分層取出已分離的各樣品帶。其缺點是顆粒沉降距離長，離心所需時間也長。
水平轉子配有4或6個吊籃，靜止時垂直掛在轉子上，吊籃有不同的適配器以滿足不同容量的離心管的需要。當轉子轉速超過600rpm后離心管達到水平位置，樣品沉降方向是沿離心管軸向移動，最后沉降在管底，便于收集。因為不如固定角轉子穩固，水平吊籃最高轉速相比固定角轉子要低很多，限于低速離心的范圍。吊籃有不同的適配器，可以放置各種類型的離心管，甚至滿足平板離心的需要——例如一些品牌的大容量離心機可配多用途適配器，使得多個微孔板或者培養板、深孔板、PCR板、玻片盒、大規模核酸純化試劑盒的純化板、甚至細胞培養瓶的離心可以和大容量的離心瓶公用同一個水平轉子，有助于節約經費同時滿足多樣化的需求。所以說選擇適配范圍越寬的轉子越好。
水平轉子可以使離心沉淀在管底而非管壁的斜面上，但是水平轉子的轉速往往較同型號的固定轉子慢很多——有時無法滿足高速離心的需要，對于要求高速但是又要求沉淀在管底的微量樣品就可以選擇鼓型轉子，離心指管水平固定在這種外型不甚美觀的“圓餅干盒子”里面的支架上，可以以相對較高的速度離心（14000rmp）又保證沉淀聚集在管底。
⑶區帶轉頭：區帶轉頭無離心管，主要由一個轉子桶和可旋開的頂蓋組成，轉子桶中裝有十字型隔板裝置，把桶內分隔成四個或多個扇形小室，隔板內有導管，梯度液或樣品液從轉頭中央的進液管泵入，通過這些導管分布到轉子四周，轉頭內的隔板可保持樣品帶和梯度介質的穩定。沉降的樣品顆粒在區帶轉頭中的沉降情況不同于角式和外擺式轉頭，在徑向的散射離心力作用下，顆粒的沉降距離不變，因此區帶轉頭的“壁效應”極小，可以避免區帶和沉降顆粒的紊亂，分離效果好，而且還有轉速高，容量大，回收梯度容易和不影響分辨率的優點，使超離心用于制備和工業生產成為可能。區帶轉頭的缺點是樣品和介質直接接觸轉頭，耐腐蝕要求高，操作復雜。
⑷垂直轉頭：其離心管是垂直放置，樣品顆粒的沉降距離最短，離心所需時間也短，適合用于密度梯度區帶離心，離心結束后液面和樣品區帶要作九十度轉向，因而降速要慢。
⑸連續流動轉頭：可用于大量培養液或提取液的濃縮與分離，轉頭與區帶轉頭類似，由轉子桶和有入口和出口的轉頭蓋及附屬裝置組成，離心時樣品液由入口連續流入轉頭，在離心力作用下，懸浮顆粒沉降于轉子桶壁，上清液由出口流出。
越來越多新型轉子應新的需要而誕生。轉子的材質也從重量輕、強度高、造價低的鋁合金不斷創新，出現了碳纖維轉子、塑料轉子等等超輕轉子，還有采用鋁合金模具壓成空心角轉從而有效減輕重量，從而減輕電機的負荷及增加樣品的容量。現在的轉子和適配器、蓋子多數都可以直接高溫消毒，抗腐耐溫性也大大提高，可以滿足特殊的需要。不過轉子在高速運轉時，內部會產生離心應力，因而都有一定的使用極限，需要參照說明書正確保管和使用。當離心應力超過一定的限度后，將引起轉頭過早損壞，甚至發生意外，應嚴格遵循廠家的說明。
四、離心管和離心瓶的選擇
離心管主要用玻璃、塑料和不銹鋼制成，塑料離心管常用材料有聚乙烯（PE），聚碳酸酯（PC），聚丙烯（PP）等，其中PP管性能較好。塑料離心管的優點是透明（或半透明），硬度小，可用穿刺法取出梯度。缺點是易變形，抗有機溶劑腐蝕性差，使用壽命短。
不銹鋼管強度大，不變形，能抗熱，抗凍，抗化學腐蝕。但用時也應避免接觸強腐蝕性的化學藥品，如強酸、強堿等。
塑料離心管都有管蓋，離心前管蓋必須蓋嚴，倒置不漏液。管蓋有三種作用：①防止樣品外泄。用于有放射性或強腐蝕性的樣品時，這點尤其重要。②防止樣品揮發。③支持離心管，防止離心管變形。使用玻璃管時離心力不宜過大,需要墊橡膠墊,防止管子破碎,高速離心機一般不選用玻璃管.
離心管(瓶)的材料、物理特性和化學穩定性見下表：
離心管材料
PP（聚丙烯Polypropylene）：半透明，化學及溫度穩定性較好，但是在低溫下會變脆，所以在離心時不要在4℃以下。
PC(聚碳酸酯Polycarbonate)：透明度較好，硬度大，可以高溫消毒，但不耐強酸強堿以及一些有機溶劑如酒精之類。主要用于5萬轉以上的超高速離心。
PE（聚乙烯Polyethylene）：不透明。和丙酮、醋酸、鹽酸等不反應，較為穩定，高溫下容易變軟。
PA（聚酰胺Polyallomer）：這種材質是PP和PE材質的聚合物，半透明，化學性質非常穩定，但不耐高溫。
PS（聚苯乙烯）：透明，硬度大，對大多數的水溶液穩定，但是會被多種有機物腐蝕，多用于低速離心，而且一般是一次性使用。
PF（聚氟）：半透明，可以低溫使用，如果是-100℃～-140℃下的實驗環境，就可以用這種材質的離心管。
CAB（醋酸丁酯纖維素Cellulose）：透明，可用于較稀的酸、堿、鹽，以及酒精、蔗糖的梯度測定。
五、控制系統
離心機都采用了微電腦控制系統，這些控制系統不但能確保離心機安全的運行還能自動完成工作任務。現在很多離心機都有較好的人性化的控制系統．比如：轉子識別功能，安全鎖功能，故障提示功能，加速和減速曲線等等。
除以上幾點之外還要注意一些細節和必要的配件。離心機的主要部件是電機，電機分為帶碳刷電機和無碳刷電機，前者已經淘汰，現在的離心機都是無碳刷電機，有的電機還帶有剎車功能。冷凍離心機在制冷方面也有區別，現在環保的技術當然是無氟制冷。除此之外還要考慮噪音問題，盡量選擇噪音較小的離心機，這樣能保持舒適的實驗環境。在配件方面也要謹慎，有些實驗要用特殊的離心機，冷凍離心機都有額定的溫度范圍。離心機在高速運轉的時候所產生熱量和離心機的制冷系統平衡在一定溫度(一般冷凍離心的樣品需要保持在3℃一8℃)，具體能達到多少也和轉子有關，如一個離心機的額定溫度范圍為-10℃～60℃，裝上水平轉子在旋轉的時候可以達到3"C左右，如果是角轉子可能只到7℃左右．這一點也要詳細咨詢產品銷售人員和生產廠的有關技術人員。
六.離心機使用的不銹鋼
304（0Cr18Ni9Ti）是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設備和機件。
301（1Cr17Ni7）不銹鋼在形變時呈現出明顯的加工硬化現象，被用于要求較高強度的各種場合。
302不銹鋼實質上就是含碳量更高的304不銹鋼的變種，通過冷軋可使其獲得較高的強度。
302B是一種含硅量較高的不銹鋼，它具有較高的抗高溫氧化性能。
303和303Se是分別含有硫和硒的易切削不銹鋼，用于主要要求易切削和表而光浩度高的場合。303Se不銹鋼也用于制作需要熱鐓的機件，因為在這類條件下，這種不銹鋼具有良好的可熱加工性。
304L（0Cr19Ni10）是碳含量較低的304不銹鋼的變種，用于需要焊接的場合。較低的碳含量使得在*近焊縫的熱影響區中所析出的碳化物減至最少，而碳化物的析出可能導致不銹鋼在某些環境中產生晶間腐蝕（焊接侵蝕）。
304N是一種含氮的不銹鋼，加氮是為了提高鋼的強度。
305和384不銹鋼含有較高的鎳，其加工硬化率低，適用于對冷成型性要求高的各種場合。
308不銹鋼用于制作焊條。
309、310、314及330不銹鋼的鎳、鉻含量都比較高，為的是提高鋼在高溫下的抗氧化性能和蠕變強度。而30S5和310S乃是309和310不銹鋼的變種，所不同者只是碳含量較低，為的是使焊縫附近所析出的碳化物減至最少。330不銹鋼有著特別高的抗滲碳能力和抗熱震性．
316（0Cr17Ni12Mo2）和317型不銹鋼含有鋁，因而在海洋和化學工業環境中的抗點腐蝕能力大大地優于304不銹鋼。其中，316型不銹鋼由變種包括低碳不銹鋼316L（0Cr17Ni14Mo2）、含氮的高強度不銹鋼316N以及合硫量較高的易切削不銹鋼316F。
321（0Cr18Ni11Ti）、347（0Cr18Ni11Nb）及348是分別以鈦，鈮加鉭、鈮穩定化的不銹鋼，適宜作高溫下使用的焊接構件。348是一種適用于核動力工業的不銹鋼，對鉭和鉆的合量有著一定的限制。
不同元素對鋼材性能的影響
（1）碳；含碳量越高，剛的硬度就越高，但是它的可塑性和韌性就越差．
（2）硫；是鋼中的有害雜物，含硫較高的鋼在高溫進行壓力加工時，容易脆裂，通常叫作熱脆性．
（3）磷；能使鋼的可塑性及韌性明顯下降，特別的在低溫下更為嚴重，這種現象叫作冷脆性．在優質鋼中，硫和磷要嚴格控制．但從另方面看，在低碳鋼中含有較高的硫和磷，能使其切削易斷，對改善鋼的可切削性是有利的．
（4）錳；能提高鋼的強度，能消弱和消除硫的不良影響，并能提高鋼的淬透性，含錳量很高的高合金鋼（高錳鋼）具有良好的耐磨性和其它的物理性能．
（5）硅；它可以提高鋼的硬度，但是可塑性和韌性下降，電工用的鋼中含有一定量的硅，能改善軟磁性能
（6）鎢；能提高鋼的紅硬性和熱強性，并能提高鋼的耐磨性．
（7）鉻；能提高鋼的淬透性和耐磨性，能改善鋼的抗腐蝕能力和抗氧化作用．
（8）釩；能細化鋼的晶粒組織，提高鋼的強度，韌性和耐磨性．當它在高溫熔入奧氏體時，可增加鋼的淬透性；反之，當它在碳化物形態存在時，就會降低它的淬透性．
（9）鉬；可明顯的提高鋼的淬透性和熱強性，防止回火脆性，提高剩磁和嬌頑力．
（10）鈦；能細化鋼的晶粒組織，從而提高鋼的強度和韌性．在不銹鋼中，鈦能消除或減輕鋼的晶間腐蝕現象．
（11）鎳；能提高鋼的強度和韌性，提高淬透性．含量高時，可顯著改變鋼和合金的一些物理性能，提高鋼的抗腐蝕能力．
（12）硼；當鋼中含有微量的（0.001－0.005％）硼時，鋼的淬透性可以成倍的提高．
（13）鋁；能細化鋼的晶粒組織，阻抑低碳鋼的時效．提高鋼在低溫下的韌性，還能提高鋼的抗氧化性，提高鋼的耐磨性和疲勞強度等．
（14）銅；它的突出作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能，特別是和磷配合使用時更為明顯．
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