離心機(jī)是應(yīng)用離心力分離液體中的混合物的設(shè)備,它通過使物體圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而分離不同密度的液體或液體與固體。
離心機(jī)是相對(duì)簡(jiǎn)單的儀器,但維護(hù)起來卻很麻煩。大多數(shù)與離心機(jī)有關(guān)的故障都是由于用戶的錯(cuò)誤操作而造成的,許多機(jī)器也因錯(cuò)誤操作而有所損害。因此,了解我們?cè)陔x心過程中需要遵守或者所做的事情,避免損壞儀器和保持離心機(jī)在實(shí)驗(yàn)室中的長(zhǎng)久保存,是非常重要的。
平衡
離心機(jī)工作時(shí),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)會(huì)非常快,從而產(chǎn)生極大的離心力,因此在旋轉(zhuǎn)過程中適當(dāng)?shù)仄胶廪D(zhuǎn)子是至關(guān)重要的,特別是當(dāng)轉(zhuǎn)子裝載上樣品后的整體平衡。轉(zhuǎn)子的任何不平衡,包括將離心機(jī)放置在不平整或傾斜的工作臺(tái)平面上,都會(huì)引起異常的振動(dòng),進(jìn)而損壞轉(zhuǎn)子。
由于離心過程中產(chǎn)生的離心力與樣品質(zhì)量和加速度成正比,因此在高速情況下精確的平衡變得尤為重要。在較高的rcf下,即使是樣品質(zhì)量的輕微變化不同也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子巨大的不平衡。
不管離心機(jī)的轉(zhuǎn)子是固定角度還是水平擺動(dòng),平衡時(shí)要考慮的兩個(gè)重要因素包括樣品量和離心管的對(duì)稱排列。重要的是要確保所有試管中的樣品量相等,并且試管在離心機(jī)中直接相對(duì)放置)。如果溶液的密度不一樣(如丙酮和水),試管的質(zhì)量應(yīng)該相等,而不是體積相等,才能正確平衡。如果是水平擺動(dòng)轉(zhuǎn)子,則要確保所有槽中的轉(zhuǎn)子搖籃與機(jī)器相適應(yīng),并且重量相同。
rpm和rcf
rpm(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))和rcf(相對(duì)離心力或g力)通常用來描述離心速度。rcf指的是施加在樣品上的加速度,例如10000g意味著10000倍地球引力。轉(zhuǎn)速rpm不是很有效的單位,因?yàn)殡x心力隨機(jī)器半徑的變化而變化(半徑越大,在相同的轉(zhuǎn)速下,施加在樣品上的加速度越大),rcf與轉(zhuǎn)子的半徑和rpm的平方成正比,因此轉(zhuǎn)速設(shè)置需要轉(zhuǎn)換為rcf,以確保提供正確的離心力。
時(shí)間、速度和離心
離心速度的選擇取決于樣品中顆粒的大小,顆粒越小,離心速度越高,例如,細(xì)菌細(xì)胞的造粒速度(2000-10000g)高于哺乳動(dòng)物細(xì)胞。由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的相對(duì)離心力(rcf)是相對(duì)于地球引力而言的,因此也被稱為g力。作用在顆粒上的g力與旋轉(zhuǎn)速度成指數(shù)關(guān)系,由于rcf與rpm的平方關(guān)系,10000rpm 5分鐘的離心速度和5000rpm 10分鐘的離心速度的效果是不能等同的。前者產(chǎn)生的rcf比后者大得多。
離心和溫度
離心過程一般會(huì)產(chǎn)生熱量,因?yàn)榉肿拥倪\(yùn)動(dòng)和與空氣的摩擦,導(dǎo)致離心機(jī)內(nèi)的溫度上升,從而影響樣品的穩(wěn)定性。影響離心機(jī)內(nèi)部溫度的主要因素有三個(gè):轉(zhuǎn)子材料、轉(zhuǎn)子形狀和離心的速度。
轉(zhuǎn)子材料:如鋼和鋁具有高密度和高導(dǎo)熱性的特點(diǎn),這些能有效地傳遞熱量,迅速冷卻。聚合物和碳纖維等材料是低密度材料(隔熱材料),則有助于保持恒溫。
轉(zhuǎn)子形狀:決定了離心機(jī)內(nèi)的氣流。通過轉(zhuǎn)子形狀設(shè)計(jì)來優(yōu)化離心機(jī)內(nèi)的氣流,這對(duì)維持溫度至關(guān)重要。
離心的速度:離心速度與上升溫度是成正比的。在更高的速度下,會(huì)有更多的熱量產(chǎn)生。
升溫的程度很大程度上取決于轉(zhuǎn)子的最大速度和形狀。重要的是要了解離心機(jī)的最大轉(zhuǎn)速和保持溫度范圍不會(huì)改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果的速度范圍。
加速和減速
許多離心機(jī)提供控制減速設(shè)置(制動(dòng)剎車)的選項(xiàng),使其更快地停止,以及對(duì)樣品結(jié)果的影響。
在涉及核酸提取或細(xì)菌細(xì)胞造粒的離心過程中,制動(dòng)是特別有用的,因?yàn)檫@些過程不受突然停止的影響。對(duì)突然減速較為敏感的實(shí)驗(yàn),如分離外周血單個(gè)核細(xì)胞和梯度離心,制動(dòng)則會(huì)導(dǎo)致分離層重新混合。
因此,具有不同加速/減速設(shè)置的離心機(jī)為用戶提供了調(diào)整加速和減速速度的選項(xiàng),并更加輕松地優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作。
離心顆粒位置
離心機(jī)的應(yīng)用之一是將細(xì)菌細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞或核酸分離制成顆粒狀。轉(zhuǎn)子的角度決定了顆粒的位置。在水平擺動(dòng)轉(zhuǎn)子的情況下,顆粒在離心管的底部形成,在固定角度轉(zhuǎn)子的情況下,顆粒則與離心管成一定角度(如上圖)在管底部存在。
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