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离心机的基本原理、类型及操作应用

离心机的基本原理、类型及操作应用

离心机是一种全球几乎所有研究实验室都在使用的仪器。
离心是一个基本的实验室操作过程,它使用离心机来分离复杂混合物中的组分。
在高速度下离心实验样品,混合物中的组分会受到离心力的影响,使得较高密度的颗粒离开轴心方向移动,而密度小的颗粒则朝向轴心方向移动。
这些颗粒会沉积在管底,形成所谓的沉淀物,这样分离得到的样品,或被称为上清的余液,都可用作进一步处理或者分析。

离心机的组成和离心的参数
离心机的主要元件是转头,它是高速离心时转动的部件。
转头可以被固定在离心机上,也可以是一个离心机使用多个转头,将它们装在称为主轴的部件上。
离心机转头通常还带有一个盖子,能紧紧拧上盖住,防止样品飞出来。
许多离心机会有一个制冷单元,它可以保持内部温度在离心时得到控制。
离心机上还有旋钮或按钮用以输入每次离心所需要的参数:
包括离心时间、温度、和离心快慢,它可以是以速度或以相对离心力为单位。
离心速度用RPM来计量,即每分钟的旋转次数。RPM值有时有误导性,因为造成颗粒从混合物中分离出来的不是离心的速度,而是作用在这些颗粒上的作用力。
这种作用力与离心机转头的半径相关,由于不同的离心机有不同的转头大小,这样在同一个RPM速度下,产生的作用力会有不同。
离心力也可以用RCF相对离心力来定量。RCF通常表现为地球重力加速度的倍数。
RCF的计算公式是转头半径乘以角速度平方,然后除以地球的重力加速度。
RCF通过下面的公式和RPM相关,其中r代表离心机的半径,以厘米为单位。
对该公式的使用可能会影响到实验的成功或失败,但您不必在每个新的操作中都采用这种计算方法。离心机通常都附带了图表来帮助简单地换算RCF和RPM。用一个尺子连接离心机的半径和一个已知的RPM数值,就可以得到RCF数值。

离心操作
在开始离心您的样品之前,先要考虑温度。如果您在使用一个冷冻离心机,那么在开始前需要让仪器内部的温度达到您的理想值,或者用别的方法来给转头降温。
离心即将开始前,需确定您所有的管盖都盖紧不会松开了。
在将离心管放入转头时,要保证每个样品和另一个相对位置的样品重量一致。
如果您只有一个离心管,那就要找到另一个等重的离心管来保证平衡。
如果您有三个同样重量的离心管,可以将它们摆成一个三角位置以保证相互平衡。
重量平衡在离心中非常重要。离心机的转头在高速运动中有很高的动态能量。如果没有正确平衡好,整个离心单位会脱离它所在的位置,造成严重的损害。
一旦您确定转头和盖子都固定好了,就可开始离心,在速度达到您设定的上限转速前不要离开。如果您发现问题,找一个有经验的实验人员来帮助您。
离心结束后,您应当会看见您的生物学样品位于离心管底部的沉淀中。它已经从称为上清的余液中分离出来了。
可以通过倾倒,也就是直接倒出来去除上清,也可将上清吸出,就是用真空吸力将其吸出。
纯化的样品可以被重新放回溶液中,这个过程称之为重悬。重复离心细胞,然后吸出上清留下细胞,再用缓冲液重悬细胞,这个过程称之为细胞洗涤。


离心机的类型及应用
固定角转头离心机可能是您在实验室里经常见到的。许多台式离心机就是这种类型。
在这种离心机中,离心管呈固定的角度放置,它适用于差异离心方法。在这些方法中,可应用一系列不同速度的离心来纯化多种生物样品,例如动物细胞。通常这些方法会包括几个细胞洗涤步骤。
与固定角转头不同,甩平式转头有灵活的离心管支架,使得样品在旋转时向外甩起。这种转头对某些应用很有帮助,如密度梯度离心,可将生物样品在密度梯度介 质中分离到不同的密度层。这种离心有助于快速分离不同的细胞类型,或者分离某种单独的细胞器。
后,超速离心机是实验室中所有离心机的老大哥。它的离心速度可以超过70,000RPM。这样它可以用来分离小颗粒,例如DNA或者病毒。
因为这种离心机的高速度,要格外小心来保证它的样品承载得到了正确的平衡,并要确保转头和转头盖都是牢固的。


离心机的操作及使用注意事项!
离心机是实验室常见的分离仪器,广泛应用于生物医学、石油化工、农业、食品卫生等领域。离心机自问世以来,历经低速、调整、超速的变迁,其进展主要体现在离心设备和离心技术两方面,二者相辅相成。从转速看,台式离心机基本属于低速、高速离心机的范畴,通用台式离心机的发展已经模糊了低速、高速、微量和大容量离心机的界线,众多的转头为科研人员提供相当广泛的应用范围,成为科研实验室合适机型。
离心机使用起来看似简单,没有技术含量,但是正确的使用及维护还是很有必要,一旦发生故障,对实验造成延误,也是得不偿失。下面介绍两种常见类型的离心机操作步骤流程,及使用时应注意的事项:

低速离心机操作流程

1、把离心机放置于平面桌或平面台上,四只橡胶机脚应坚实接触平面,目测使之平衡,用手轻摇一下离心机,检查离心机是否放置平稳。
2、打开门盖,将离心管放入转子体内,离心管必须成偶数对称放入(离心管试液应称量加入),注意把转子体上的螺钉旋紧,并重新检查试管是否对称放入、螺钉是否旋紧。
3、关上门盖,注意一定要使门盖锁紧,完毕用手检查门盖是否关紧。
4、插上电源插座,按下电源开关。
5、设置转子号、转速、温度、时间:
在停止状态下时,用户可以设置转子号、转速、温度、时间,按设置(SET )键,此时离心机处于设置状态,停止灯亮、运行灯闪烁;在运行状态下时,用户只能设置转速、温度、时间,按设置(SET )键,此时离心机处于设置状态,此时运行灯亮、停止灯闪烁(停止状态下按“SET”键可以在时间、温度、转速和转子号之间循环选择;运行状态下按“SET”键可以在时间、温度和转速之间循环选择)。
(1)设置转子号:按“SET”键,当转子数码管右下角的小数点亮时,即进入转子号设置,再按“▲”或“▼”键选择离心机本次工作所带的转子号,共有六种转子可供选择,注意:设置的转子号要与所选用的转子一致,不可设置错误。
(2)设置转速:按“SET”键,当转速后一个数码管右下角的小数点亮时,即进入转速设置,再按“▲”或“▼”键确定离心机本次工作的转速。
(3)设置温度:按“SET”键,当温度后一个数码管右下角的小数点亮时,即进入温度设置,再按“▲”或“▼”确定离心机的工作的温度。
(4)设置时间:按“SET”键,当时间后一个数码管右下角的小数点亮时,即进入时间设置,再按“▲”或“▼”键确定离心机本次工作的时间(时间长为99分钟),时间为倒计时。
(5)当上述四个步骤完成后,再按“ENTER”键,以确认上述所设的转子、转速、温度、时间,再按“START”键启动离心机。
(6)在运行当中,如果要看离心力,按下“RCF”键(RCF 灯亮),就显示当时转速下的离心力,3秒钟后自动返回到运行状态;在离心机运行时进入设置状态,如果要取消设置,按下“RCF”键即返回到运行状态。
6、离心机时间倒计时到“0”时,电机断电,5秒钟后开始刹车,离心机将自动停止,当转速等于0 r/min时,蜂鸣器鸣叫15声,按下“RCF”键可取消鸣叫;运行途中按“STOP”键,离心机停止运转,蜂鸣器不响。
7、当转子停转后,打开门盖取出离心管。
8、关断电源开关,离心机断电。


高速冷冻离心机操作流程

1. 设定使用温度 ( 通常为4℃ 后,先把转子放入离心舱中,注意转子要卡好轴心;关上舱门,离心舱的温度开始下降,预冷时间要充足。
2. 把样本装入适当的离心管,双双用天平平衡重量,盖上离心管盖子并旋紧。 
◆ 注意离心管只装七成满,虽然加有盖子,但也可能因离心力太强而外泄。 
◆ 大部分离心管都附有盖子,注意离心管的盖子也要一起平衡。
◆ 离心管通常都会放在碎冰上,注意取出平衡时,要把碎冰的液体擦拭干净。 
◆ 落单的离心管要用另一只装有清水的离心管平衡。
3. 把平衡好的离心管对称地放入转子中,盖上转子的盖子,注意有无旋紧。
◆ 若转子的盖子没旋紧,离心时会掉出来,造成很大的伤害!
4. 关上离心机舱门,在仪表板上调好所要的转速与时间,例如8000rpm,30min
◆ 注意所用转速不能超过转子的限定,转速通常写在转子上面,例如TGL-20M的上限转速为20000 rpm,但若离心机太老旧,必须往下调降。 
◆ 转速与时间设定尽量不要太高。
5. 确定所有步骤无误后,按start 钮开动,离心机渐渐加速,此时要密切监控。
◆ 有些老式的时间转钮,设定5min 以下时,要先转过10min 再转回5min 。 
◆ 按start 的按钮时,按住时间不能太短,请持续按约一秒钟后才松开。
◆ 开始加速的时候危险,若发现声音不对,或产生大震动,请立刻按stop 。 

 

6. 等到离心达到所要的转速后,确定一切正常才可离去。
7. 完成离心时,要等转子完全静止后,才能打开舱门;请尽快取出离心管,先观察离心管是否完全,以及沉淀的位置,尽速把上清倒出,小心不要把沉淀弄混浊。
◆ 不管所要的是上清或沉淀,请取用干净的烧杯收集上清,以免有失误。
◆ 倾倒上清要很小心,以免把沉淀一起倒出来;若不慎混在一起,就要重来一次。
◆ 若离心管有漏,要找出原因,并且立刻清理转子或离心舱。
8. 在两次离心之间的空档,不需取出转子,但盖上舱门,勿让热空气流入离心舱。
9. 全部使用完毕后,取出转子清理,可以用自来水冲洗,并且倒放晾干。离心舱门要打开,等结冰融化后,再稍加擦拭及清理,若有液体漏出,要用清水洗之。也要回头检查平衡离心管的天平以及桌面,很容易弄脏,要仔细清理干净才离开。


离心机使用注意事项

1. 离心机在预冷状态时,离心机盖必须关闭,离心结束后取出转头要倒置于实验台上,擦干腔内余水,离心机盖处于打开状态。
2. 转头在预冷时转头盖可摆放在离心机的平台上,或摆放在实验台上,千万不可不拧紧浮放在转头上,因为一旦误启动,转头盖就会飞出,造成事故!
3. 转头盖在拧紧后一定要用手指触摸转头与转盖之间有无缝隙,如有缝隙要拧开重新拧紧,直至确认无缝隙方可启动离心机。
4. 在离心过程中,操作人员不得离开离心机室,一旦发生异常情况操作人员不能关电源(POWER),要按STOP 。在预冷前要填写好离心机使用记录。
5. 不得使用伪劣的离心使管,不得用老化、变形、有裂纹的离心管。
6. 离心机套管底部要垫棉花或试管垫。
7. 电动离心机如有噪音或机身振动时,应立即切断电源,即时排除故障。
8. 离心管必须对称放入套管中,防止机身振动,若只有一支样品管另外一支要用等质量的水代替。
9. 启动离心机时,应盖上离心机顶盖后,方可慢慢启动。
10. 分离结束后,先关闭离心机,在离心机停止转动后,方可打开离心机盖,取出样品,不可用外力强制其停止运动。
11. 离心管一定要平衡好,放入转子时也要注意位置平衡。不要超过离心机或转子的上限转速。
12. 一定要在达到预设转速后,才能离开离心机;若有任何异状,要立刻停机。
13. 通常听声音即可得知离心状况是否正常,也可注意离心机的震动情形。
14. 使用硫酸铵等高盐溶液样本后,一定要把转子洗干净,也要清理离心舱。
15. 超高速离心机则因转速高,也更加复杂,需要另外的专门训练才可使用。

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