離心技術(shù)(centrifugation)是利用物體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，使置于旋轉(zhuǎn)體中的懸浮顆粒發(fā)生沉降或漂浮，從而使某些顆粒達(dá)到濃縮或與其他顆粒分離之目的。這里的懸浮顆粒往往是指制成懸浮狀態(tài)的細(xì)胞、細(xì)胞器、病毒和生物大分子等。

當(dāng)分離懸濁液中的可溶部分和不溶性顆粒時(shí)，可使用離心機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單、快速的離心分離，以代替耗時(shí)的過(guò)濾操作，此方法即為沉淀離心法。

1、沉淀離心法原理

沉淀離心通常使用固定的轉(zhuǎn)速(即離心力)，離心一定時(shí)間以達(dá)到分離的目的。沉淀離心中離心機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子半徑及離心時(shí)間是決定分離效果的主要因素。離心沉淀樣品所需時(shí)間取決于樣品的沉降系數(shù)(s值)，沉降系數(shù)s的物理學(xué)意義是單位離心力作用下樣品的沉降速度。

故沉降系數(shù)s越大，顆粒沉降越快，所需時(shí)間越短，反之亦然。沉淀離心法是從懸濁液或乳濁液中分離樣品最常用的一種方法，主要用于去除溶液中懸浮的雜質(zhì)，或通過(guò)離心沉淀收集懸浮于溶液中的顆粒物質(zhì)。

2、沉淀離心法應(yīng)用實(shí)例

利用沉淀離心法收集培養(yǎng)基中的大腸桿菌。用含有相應(yīng)抗生素的LB培養(yǎng)基振蕩培養(yǎng)大腸桿菌過(guò)夜，將培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移至1.5mL離心管內(nèi)。用臺(tái)式固定角轉(zhuǎn)子離心機(jī)12000rpm離心1min，將上清液倒出，并用移液器吸取殘余培養(yǎng)基。剩下的沉淀即為大腸桿菌，可用于小提質(zhì)粒、超聲破碎法粗提蛋白等實(shí)驗(yàn)操作。

差速離心是根據(jù)顆粒大小和密度不同造成沉降速度(即沉降系數(shù))的差異，通過(guò)分級(jí)提高離心轉(zhuǎn)速或高速與低速離心交替進(jìn)行，使具有不同質(zhì)量的顆粒樣品(或大分子)從混合液中分批沉降至管底，從而實(shí)現(xiàn)分離目的。

該方法適用于混合樣品中各沉降系數(shù)差別較大的組分之間的分離，更準(zhǔn)確地說(shuō)是沉降系數(shù)差別在1至幾個(gè)數(shù)量級(jí)的混合樣品的分離，差別越大，分離效果越好。

1、差速離心法原理

差速離心法一般采用固定角轉(zhuǎn)子，通過(guò)較低速度的離心沉淀，最重的顆粒將全部沉到管底。繼續(xù)將上清液以更高的轉(zhuǎn)速沉淀，即可得到次重的顆粒樣品。

逐步增加離心轉(zhuǎn)速，即可分別得到不同重量的樣品顆粒，以達(dá)到分離的目的。但以上只是理想狀態(tài)，通常每步得到的沉淀并不均一，通常會(huì)混有較輕的顆粒。這是因?yàn)樵陔x心前各種重量的顆粒均勻分布在溶液中，當(dāng)開(kāi)始離心后，所有顆粒都依照自身的沉降速度向管底移動(dòng)，所以距離管底較近的輕顆粒也會(huì)沉到管底而混合到重顆粒之中。

通常為了得到較純的顆粒樣品，還需要將沉淀重懸，用相同的轉(zhuǎn)速再次沉淀。重復(fù)幾次之后即可得到大小基本均一的顆粒。但是一般在實(shí)際使用中，差速離心通常不用于精細(xì)分離。僅用于s值相差1個(gè)數(shù)量級(jí)及以上的2種顆粒的分離。且沉淀不能實(shí)現(xiàn)完全回收。

2、差速離心法應(yīng)用

差速離心技術(shù)的應(yīng)用十分普遍，尤其是針對(duì)有生物活性的物質(zhì)，如動(dòng)植物病毒、各種亞細(xì)胞組分(細(xì)胞核、葉綠體、線(xiàn)粒體等)，以及核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的分離、粗提和濃縮。

應(yīng)用實(shí)例：馬鈴薯線(xiàn)粒體的制備。取馬鈴薯塊莖200g，加入2.5倍體積的勻漿緩沖液，勻漿后用4層紗布過(guò)濾。濾液經(jīng)4000rpm離心10min，收集上清液。上清液13800g(相對(duì)離心力RCF，即重力加速度g的倍數(shù))離心15min收集沉淀，用緩沖液重懸并加入終濃度為15mmol/L的MgCl2。經(jīng)DNase Ⅰ處理后，加入2倍體積的緩沖液，13800g離心15min收集沉淀，即為線(xiàn)粒體。

密度梯度離心法是使待分離樣品在密度梯度介質(zhì)中進(jìn)行離心沉降或沉降平衡，最終分配到梯度中某些特定位置上，形成不同區(qū)帶的分離方法，又稱(chēng)區(qū)帶離心。

密度梯度離心不僅可依據(jù)樣品顆粒的重量及沉降系數(shù)進(jìn)行分離，還可根據(jù)樣品顆粒的密度、形狀等特征進(jìn)行分離。密度梯度離心在整個(gè)離心過(guò)程中只使用一種轉(zhuǎn)速，中途無(wú)需變更實(shí)驗(yàn)參數(shù)，而差速離心則需要進(jìn)行調(diào)整轉(zhuǎn)速、重懸反復(fù)離心等操作。

密度梯度離心適宜分離密度有一定差異的樣品，而差速離心則適用于分離混合樣品中各沉降系數(shù)差別較大的組分。

密度梯度離心的優(yōu)缺點(diǎn)：

密度梯度離心的優(yōu)點(diǎn)是：分離效果好，可一次性獲得較純的樣品顆粒;適應(yīng)范圍廣，既可像差速離心法一樣分離具有沉降系數(shù)差異的顆粒，又能分離有一定浮力密度差的顆粒;顆粒會(huì)懸浮在相應(yīng)的位置上形成區(qū)帶，而不會(huì)形成沉淀被擠壓變形，故能最大限度保持樣品的生物活性;樣品處理量大，且可同時(shí)處理多個(gè)樣品;對(duì)溫度變化及加減速引起的擾動(dòng)不敏感。密

度梯度離心法的缺點(diǎn)是：離心時(shí)間長(zhǎng)、需制備密度梯度介質(zhì)溶液、對(duì)操作者的技能要求較高。密度梯度離心法通常采用吊桶式的水平轉(zhuǎn)子、區(qū)帶轉(zhuǎn)子及近垂直轉(zhuǎn)子。

根據(jù)梯度介質(zhì)的濃度及顆粒在其中沉降的行為，密度梯度離心又分為速度區(qū)帶離心和等密度梯度離心。

速度區(qū)帶離心：

速度區(qū)帶離心所采用的密度梯度為預(yù)先制備好的、密度變化較為平緩的介質(zhì)，且該介質(zhì)的最大密度低于混合樣品顆粒的最小顆粒密度。待分離樣品添加在梯度介質(zhì)的液面上，當(dāng)樣品中不同顆粒間存在沉降速度差時(shí)(不需要像差速沉降離心法所要求大的沉降系數(shù)差)。

在一定的離心力作用下，大小、重量不同的顆粒將各自以一定的速度沉降，離心一段時(shí)問(wèn)之后(通常不超過(guò)4h)，不同沉降系數(shù)的樣品顆粒逐漸分開(kāi)，最后在密度梯度介質(zhì)中形成一系列分界清晰的不連續(xù)區(qū)帶。

沉降系數(shù)越大的樣品顆粒，沉降速度越快，所呈現(xiàn)的區(qū)帶也越低，故整個(gè)離心過(guò)程必須在沉降系數(shù)最大的顆粒到達(dá)管底前結(jié)束。離心時(shí)間和離心速度的控制是速度區(qū)帶離心法成功與否的關(guān)鍵。

速度區(qū)帶離心法在分離密度相差不大、重量和大小區(qū)別較大的樣品(如核糖體等)時(shí)非常有效。但對(duì)于大小相近而密度不同的顆粒(如線(xiàn)粒體、溶酶體等)則不能用此法分離。此法梯度介質(zhì)常用蔗糖、甘油及Ficoll(聚蔗糖)等，其中蔗糖最大濃度可達(dá)60%，密度可達(dá)1.28g/cm3，能夠滿(mǎn)足絕大部分生物樣品的分離需求。

等密度梯度離心：

等密度梯度離心通常采用密度梯度較陡的介質(zhì)，且該梯度最大密度大于樣品混合顆粒中的最大密度，而最小密度低于樣品的最小密度，即樣品的密度范圍不能超過(guò)介質(zhì)的濃度梯度范圍。

等密度梯度離心是根據(jù)樣品顆粒浮力密度的差異而加以分離的，密度差越大，分離效果越好，而分離效果與顆粒大小和形狀無(wú)關(guān)，但大小和形狀決定達(dá)到平衡的速度、時(shí)間和區(qū)帶寬度。加樣方式分為2種：①類(lèi)似于速度區(qū)帶離心，即離心管中預(yù)先放置梯度介質(zhì)，樣品直接加在梯度液面上;②樣品預(yù)先與梯度介質(zhì)溶液混合后裝入離心管，通過(guò)離心介質(zhì)自發(fā)形成密度梯度。

在離心過(guò)程中，樣品顆粒同時(shí)受到離心力場(chǎng)與浮力的共同作用而發(fā)生位移，最終二者達(dá)到平衡，即顆粒所在位置的介質(zhì)密度等于其自身的浮力密度，故不同密度的顆粒會(huì)在離心管中富集成不連續(xù)的區(qū)帶。當(dāng)體系到達(dá)平衡狀態(tài)后，樣品區(qū)帶的形狀和位置均不再受離心時(shí)間和轉(zhuǎn)速的影響。提高轉(zhuǎn)速可以縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，離心所需時(shí)間以最小顆粒到達(dá)等密度點(diǎn)(即平衡點(diǎn))的時(shí)間為基準(zhǔn)，通常需十幾個(gè)小時(shí)，有時(shí)甚至長(zhǎng)達(dá)數(shù)日。

等密度梯度離心法根據(jù)不同樣品的需求，梯度介質(zhì)可選用堿金屬鹽類(lèi)(如CsCl)、蔗糖、甘油及Percoll(膠體硅)等。其中CsCl最大密度可達(dá)1.7g/cm3，但由于具有較高的滲透壓，通常用于核酸等大分子的純化。然而，Percoll具有滲透壓低、粘度小、密度高等特點(diǎn)，適合分離活細(xì)胞。等密度離心通常用于分離純化核酸、病毒、蛋白復(fù)合體、亞細(xì)胞器等，并能從組織、血液及其他體液標(biāo)本中分離純化出不同類(lèi)型的細(xì)胞。

根據(jù)離心機(jī)相對(duì)離心力(RCF)上限及其主要應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室常用離心機(jī)大致可分為4類(lèi)，見(jiàn)下表。

1、離心速度

在離心驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)的速度，單位為r/min。

2、相對(duì)離心力

物體以一定的角速度做圓周運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生離心力F=ω2r，但離心力要克服與其相垂直的地球重力以及樣品粒子的摩擦力、浮力影響(后兩者可忽略不計(jì))，故以RCF表示，RCF=ω2r/980，等于在離心場(chǎng)中作用于樣本粒子上的離心力相當(dāng)于地球重力的倍數(shù)，單位是重力加速度g，RCF=1 000g則是重力加速度的1000倍。

RCF的大小與離心速度及在離心容器中粒子距心軸的路徑(實(shí)際離心半徑)有關(guān)，即RCF=1.12r(n/1 000)2，故有最大、平均和最小RCF之分。樣品粒子能否得到有效分離主要取決于RCF，文獻(xiàn)中常給出最大或平均RCF為離心條件。

轉(zhuǎn)頭額定轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的RCF可以通過(guò)離心半徑RCF-RPM曲線(xiàn)換算，但精確RCF值還是建議查找生產(chǎn)廠(chǎng)轉(zhuǎn)頭參數(shù)表。

3、沉降系數(shù)S

是樣本粒子重要的物理化學(xué)參數(shù)，以Svedbergs值(S值=10-13 s)表示對(duì)應(yīng)離心力樣品粒子的沉降速率，不同S值樣品粒子所需離心時(shí)間(完全沉降至容器底部)的表達(dá)式為t=1/Sω2·ln (rmax/rmin)。常見(jiàn)分離生物樣本的S值及參考離心條件，見(jiàn)下表。

4、K因數(shù)值

反映離心轉(zhuǎn)頭的效率，與其大小、材質(zhì)和速度有關(guān)。利用K值可估算出某S值樣本粒子的沉降時(shí)間：t=K/S;K值越小，轉(zhuǎn)頭離心效率越高，粒子沉降所需時(shí)間短。

離心技術(shù)是一項(xiàng)重要的純化技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)藥、化學(xué)等領(lǐng)域。針對(duì)不同的樣品，選擇適當(dāng)?shù)碾x心純化方法，如沉淀離心法、差速離心法、密度梯度離心法、分析超速離心及離心淘洗等。有時(shí)需要聯(lián)合使用不同的方法。以達(dá)到進(jìn)一步分析的目的，例如，可以通過(guò)差速離心進(jìn)行初步純化，隨后使用密度梯度離心對(duì)樣品進(jìn)行進(jìn)一步的純化和濃縮，得到的高純度樣品可滿(mǎn)足大部分儀器檢測(cè)的需求。

離心現(xiàn)象指的是在做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)所受向心力突然消失或者是提供不了支撐物體繼續(xù)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力時(shí)產(chǎn)生的逐漸遠(yuǎn)離圓心的移動(dòng)。離心現(xiàn)象 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物...[查看全部]

離心力是慣性力的一種，由于一切物質(zhì)都具有“慣性”特性。雜技中的“火流星”，也是利用離心力使火流星旋轉(zhuǎn)而不會(huì)掉下來(lái)，人造地球衛(wèi)星也是利用它繞地球旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力與地球?qū)λ奈ο嗥胶舛煌５乩@地運(yùn)行，既不會(huì)掉回地面，也不會(huì)離開(kāi)地球飛向宇宙空間。

離心力不是力，是離心加速度的外在表象，也是引起離心現(xiàn)象的原因。在物理學(xué)中，并沒(méi)有離心力的存在。離心力不是真正意義上的力。

力需要施力物體。真正意義上的力是不能脫離施力物體而存在的。而離心力恰巧就沒(méi)有施力物體。所以它并不是真正意義上的力。

力可以使物體具有加速度。反過(guò)來(lái)也一樣，加速度也可以等效為力。力總是與加速度相伴出現(xiàn)。力是引起運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變就必然會(huì)有加速度。所以當(dāng)一個(gè)物體具有加速度時(shí)和一個(gè)物體受力時(shí)，從效果上來(lái)講是沒(méi)有區(qū)別的。但是加速度真的可以脫離力而存在嗎?

確實(shí)，絕大多數(shù)情況，加速度是由力引發(fā)的。力與加速度可以說(shuō)是因果關(guān)系，力為因，加速度是果。整個(gè)宇宙里沒(méi)有力而存在加速度的例子可以說(shuō)是極少。離心加速度可以說(shuō)是目前發(fā)現(xiàn)的唯一的特例。引發(fā)離心加速度的原因不是力，而是物體的慣性。

離心加速度存在于曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中。為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，我們就通過(guò)對(duì)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的特例勻圓運(yùn)動(dòng)的討論來(lái)解釋。在勻圓運(yùn)動(dòng)中，物體圍繞著固定的圓心以恒定的速率做圓運(yùn)動(dòng)。物體在向心力的作用下其運(yùn)動(dòng)方向在不斷的改變。

然而物體有慣性，會(huì)努力維持自己原先的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。很顯然，慣性作用與向心力的作用是整相反的。向心力不斷的改變著物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，慣性也就不斷地進(jìn)行阻礙。前面提到，有改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的力，就必然有相應(yīng)的加速度。勻圓運(yùn)動(dòng)中的向心加速度雖然方向在不斷的改變，但始終指向圓心，試圖將物體拉向圓心。

然而在勻圓運(yùn)動(dòng)中，眾所周知，物體始終與圓心保持相同的距離，也就是半徑不變。顯然，向心加速度并沒(méi)有得逞。那么就必然會(huì)有一個(gè)與向心加速度時(shí)刻方向相

離心鑄造是將熔融金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的金屬鑄型內(nèi)，在離心鑄造機(jī)的作用下，鑄型高速旋轉(zhuǎn)，在其離心力的驅(qū)使下，冷卻結(jié)晶的一種鑄造成型方法。

鑄造是一種液態(tài)金屬成型的方法。鑄造的方法有很多種，最廣泛的應(yīng)用是砂型鑄造，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)水平的不斷發(fā)展及人類(lèi)社會(huì)對(duì)其應(yīng)用的需要，對(duì)鑄造技術(shù)提出了一系列新的，更高的要求，歸納起來(lái)，主要有以下三方面：

1、不僅要求鑄件的生產(chǎn)批量增大，而且更加追求其質(zhì)量的提高，如提高鑄件的表面光滑成度，及盡量減少各種類(lèi)型的鑄造缺陷;

2、盡量簡(jiǎn)化其工藝步驟，提高其生產(chǎn)效率，提高其自動(dòng)化在造型中所占的比例，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度;

3、把金屬材料的消耗降到最低，降低生產(chǎn)成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目地，近些年來(lái)，人們將傳統(tǒng)鑄造工藝與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果相結(jié)合的基礎(chǔ)上，又發(fā)明了多種鑄造方法，為了和傳統(tǒng)的砂型鑄造方法作以區(qū)分，除了傳統(tǒng)砂型方法外，都稱(chēng)之為特種鑄造方法。常見(jiàn)的鑄造方法介紹：

①失臘鑄造;②金屬型鑄造;③低壓鑄造;④離心鑄造;⑤陶瓷型鑄造;⑥壓力鑄造;⑦消失熔鑄造;⑧磁型鑄造等。

特種鑄造在其造型所使用的材料，方法以及模具上都和傳統(tǒng)的砂型鑄造有著很大的不同。

離心鑄造從發(fā)明到現(xiàn)在以有七八十年的歷史了，直到上世紀(jì)初才逐步推廣于工業(yè)生產(chǎn)。直到40年代初期我國(guó)才開(kāi)始運(yùn)用離心鑄造方法來(lái)生產(chǎn)鑄鐵管。

而在現(xiàn)代，離心鑄造已經(jīng)是一種應(yīng)用廣泛的鑄造方法，尤其對(duì)生產(chǎn)盤(pán)環(huán)類(lèi)及管套類(lèi)鑄件生產(chǎn)得心應(yīng)手。

離心鑄造還可用于諸如生產(chǎn)葉輪等異型鑄件、造紙、無(wú)縫管坯、雙金屬鑄件(如鋼套鑲銅軸承)、干燥滾筒等。離心鑄造機(jī)如今已實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化、機(jī)械化，一些機(jī)械化離心鑄管廠(chǎng)已實(shí)現(xiàn)了十幾萬(wàn)噸的年產(chǎn)量。

為使鑄型旋轉(zhuǎn)，離心鑄造就要在離心鑄造機(jī)上進(jìn)行。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)空間位置的不同，離心鑄造機(jī)可分為立式與臥式兩大種類(lèi)。

在立式離心鑄造機(jī)上，鑄型是繞垂直

離心現(xiàn)象指的是在做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)所受向心力突然消失或者是提供不了支撐物體繼續(xù)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力時(shí)產(chǎn)生的逐漸遠(yuǎn)離圓心的移動(dòng)。

做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于時(shí)刻受到向心力的作用，速度的方向不斷發(fā)生變化，從而維持物體沿圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)物體所需的向心力應(yīng)該滿(mǎn)足關(guān)系式F=mω2R或F=mv2/R。

如果物體的角速度(或線(xiàn)速度)增大，或者物體受到的向心力變小，即F mω2R或F mv2/R。那么，物體將不能在原來(lái)的圓周上運(yùn)動(dòng)，要逐漸遠(yuǎn)離圓心而去：如果物體所需的向心力突然消失，即F=0，那么由于慣性，物體將沿切線(xiàn)方向飛出去，如下圖所示。

做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng)。

從字面上看，“離心”即遠(yuǎn)離圓心，這是很籠統(tǒng)含混的，剖析開(kāi)來(lái)應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：

1、發(fā)生離心現(xiàn)象的物體原來(lái)一定是向心的，即做圓周運(yùn)動(dòng)，否則談不到離心與否的問(wèn)題。

2、離心狀況包括兩種：①沿更大的圓周軌道半徑運(yùn)動(dòng)，如汽車(chē)在光滑的路面上行駛，轉(zhuǎn)彎時(shí)打滑外行;②不再做圓周運(yùn)動(dòng)，沿切向直線(xiàn)飛出，如轉(zhuǎn)動(dòng)濕漉漉雨傘時(shí)雨滴飛出的運(yùn)動(dòng)，以及工廠(chǎng)里轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪與刀具磨出的砂粒的運(yùn)動(dòng)，等等。

1、向心力消失

向心力是可以改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，若向心力突然消失，于是物體的運(yùn)動(dòng)方向不再被改變，由于物體的慣性，物體就會(huì)沿著切線(xiàn)方向飛出去。

2、向心力太小

向心力太小就不能讓物體保持做圓周運(yùn)動(dòng)的速度，速度方向受向心力而變化，但變化是較慢的，這時(shí)物體就會(huì)逐漸遠(yuǎn)離圓心而做離心運(yùn)動(dòng)。

合力F不足以提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，包括兩種情況：原來(lái)物體做圓周運(yùn)動(dòng)，滿(mǎn)足關(guān)系式F=Fn=mv2/R。

當(dāng)Fn不變、F減小時(shí).F Fn mv2/R，原來(lái)的圓周運(yùn)動(dòng)被破壞，為了維持新的情況下的圓周運(yùn)動(dòng)，需減小