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點擊次數(shù)：12346 更新時間：2021-10-22
本文描述的離心機是一種高速旋轉(zhuǎn)機械，它是利用離心力，不同物質(zhì)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(shè)備，是一種將裝有樣品溶液的離心管、瓶或袋韻轉(zhuǎn)頭置于離心軸上，利用轉(zhuǎn)頭繞軸高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的強大離心力，使樣品中不同性質(zhì)顆粒相互分離的特殊裝置，可以實現(xiàn)樣品的分析、分離。以下是離心機的技術(shù)、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?qū)⑷闈嵋褐袃煞N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(jié)構(gòu)主要由電機驅(qū)動系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、轉(zhuǎn)頭和系統(tǒng)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(chǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)分類：
一般高速和低速離心機根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能進行分類，品種繁多，各廠家命名也無統(tǒng)一標準?？煞譃榕_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(lián)式（五聯(lián)式）高速冷凍離心機，專作連續(xù)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(jù)實驗目的和實驗需要，選擇不同容量、不同轉(zhuǎn)速、不同溫度控制的離心機。
三、轉(zhuǎn)頭
轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)頭）兩部分，一個多功能主機通?？梢耘涠鄠€轉(zhuǎn)子，靠不同型號的轉(zhuǎn)子來滿足不同的需要來實現(xiàn)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(zhuǎn)子拆裝方便的離心機，一般的離心機轉(zhuǎn)子與主軸直接配合，廠家為了降低噪音往往把主機和轉(zhuǎn)子的配合度做得相當高，但這樣最大的弊端就是轉(zhuǎn)子容易與主軸咬死造成拆卸不方便，另外，這種轉(zhuǎn)子與電機的配合方式還存在很強的方向性，當轉(zhuǎn)子方向與電機主軸配合發(fā)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(zhuǎn)子爆炸。常用的轉(zhuǎn)子包括固定角轉(zhuǎn)子和水平轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子越齊當然功能越全，所以選擇轉(zhuǎn)子通常根據(jù)常用樣品的容量及離心的條件選擇，通常水平轉(zhuǎn)頭和角轉(zhuǎn)頭各一個，大容量(相對較低速)的轉(zhuǎn)子和小容量高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子各一個，再根據(jù)工作中的不同需要選擇其他轉(zhuǎn)子。
?、沤鞘睫D(zhuǎn)頭：角式轉(zhuǎn)頭是指離心管腔與轉(zhuǎn)軸成一定傾角的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸之間的角度在20～40度之間，角度越大沉降越結(jié)實，分離效果越好。這種轉(zhuǎn)頭的優(yōu)點是具有較大的容量，且重心低，運轉(zhuǎn)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(cè)就會出現(xiàn)顆粒沉積，此現(xiàn)象稱為“壁效應”，壁效應容易使沉降顆粒受突然變速所產(chǎn)生的對流擾亂，影響分離效果。
角轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，離心后沉淀位于管底的斜面。較大容量的轉(zhuǎn)子通?？梢耘洳煌?ldquo;適配器”來“固定”小容量的樣品管，例如6x85ml的轉(zhuǎn)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(xiàn)一物多用；但是由于重量的負擔，大容量轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)頭通常是適配2ml離心管的轉(zhuǎn)子，有時一個轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)子（分別配合0.5ml和2ml/1.5ml離心指管，其實，除非是經(jīng)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(zhuǎn)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(lián)管的轉(zhuǎn)子比較方便。
角轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子一定要蓋蓋，如未蓋離心腔內(nèi)會產(chǎn)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(zhuǎn)子可以進行氣密性離心，防止意外泄漏，對于改善實驗環(huán)境很重要。
?、扑绞睫D(zhuǎn)頭：這種轉(zhuǎn)頭是由吊著的4或6個自由活動的吊籃（離心套管）構(gòu)成。當轉(zhuǎn)頭靜止時，吊桶垂直懸掛，當轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速達到每分鐘200到800轉(zhuǎn)時，吊桶蕩至水平位置，這種轉(zhuǎn)頭適合做密度梯度區(qū)帶離心，其優(yōu)點是梯度物質(zhì)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(zhuǎn)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(jié)束后由管內(nèi)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(zhuǎn)子配有4或6個吊籃，靜止時垂直掛在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子穩(wěn)固，水平吊籃最高轉(zhuǎn)速相比固定角轉(zhuǎn)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(yǎng)板、深孔板、PCR板、玻片盒、大規(guī)模核酸純化試劑盒的純化板、甚至細胞培養(yǎng)瓶的離心可以和大容量的離心瓶公用同一個水平轉(zhuǎn)子，有助于節(jié)約經(jīng)費同時滿足多樣化的需求。所以說選擇適配范圍越寬的轉(zhuǎn)子越好。
水平轉(zhuǎn)子可以使離心沉淀在管底而非管壁的斜面上，但是水平轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速往往較同型號的固定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。
?、菂^(qū)帶轉(zhuǎn)頭：區(qū)帶轉(zhuǎn)頭無離心管，主要由一個轉(zhuǎn)子桶和可旋開的頂蓋組成，轉(zhuǎn)子桶中裝有十字型隔板裝置，把桶內(nèi)分隔成四個或多個扇形小室，隔板內(nèi)有導管，梯度液或樣品液從轉(zhuǎn)頭中央的進液管泵入，通過這些導管分布到轉(zhuǎn)子四周，轉(zhuǎn)頭內(nèi)的隔板可保持樣品帶和梯度介質(zhì)的穩(wěn)定。沉降的樣品顆粒在區(qū)帶轉(zhuǎn)頭中的沉降情況不同于角式和外擺式轉(zhuǎn)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(qū)帶轉(zhuǎn)頭的“壁效應”極小，可以避免區(qū)帶和沉降顆粒的紊亂，分離效果好，而且還有轉(zhuǎn)速高，容量大，回收梯度容易和不影響分辨率的優(yōu)點，使超離心用于制備和工業(yè)生產(chǎn)成為可能。區(qū)帶轉(zhuǎn)頭的缺點是樣品和介質(zhì)直接接觸轉(zhuǎn)頭，耐腐蝕要求高，操作復雜。
⑷垂直轉(zhuǎn)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(qū)帶離心，離心結(jié)束后液面和樣品區(qū)帶要作九十度轉(zhuǎn)向，因而降速要慢。
?、蛇B續(xù)流動轉(zhuǎn)頭：可用于大量培養(yǎng)液或提取液的濃縮與分離，轉(zhuǎn)頭與區(qū)帶轉(zhuǎn)頭類似，由轉(zhuǎn)子桶和有入口和出口的轉(zhuǎn)頭蓋及附屬裝置組成，離心時樣品液由入口連續(xù)流入轉(zhuǎn)頭，在離心力作用下，懸浮顆粒沉降于轉(zhuǎn)子桶壁，上清液由出口流出。
越來越多新型轉(zhuǎn)子應新的需要而誕生。轉(zhuǎn)子的材質(zhì)也從重量輕、強度高、造價低的鋁合金不斷創(chuàng)新，出現(xiàn)了碳纖維轉(zhuǎn)子、塑料轉(zhuǎn)子等等超輕轉(zhuǎn)子，還有采用鋁合金模具壓成空心角轉(zhuǎn)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(xiàn)在的轉(zhuǎn)子和適配器、蓋子多數(shù)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(zhuǎn)子在高速運轉(zhuǎn)時，內(nèi)部會產(chǎn)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(zhuǎn)頭過早損壞，甚至發(fā)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(yōu)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(fā)。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(wěn)定性見下表：
離心管材料
PP（聚丙烯Polypropylene）：半透明，化學及溫度穩(wěn)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(zhuǎn)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(wěn)定，高溫下容易變軟。
PA（聚酰胺Polyallomer）：這種材質(zhì)是PP和PE材質(zhì)的聚合物，半透明，化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，但不耐高溫。
PS（聚苯乙烯）：透明，硬度大，對大多數(shù)的水溶液穩(wěn)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(huán)境，就可以用這種材質(zhì)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(tǒng)
離心機都采用了微電腦控制系統(tǒng)，這些控制系統(tǒng)不但能確保離心機安全的運行還能自動完成工作任務(wù)?，F(xiàn)在很多離心機都有較好的人性化的控制系統(tǒng)．比如：轉(zhuǎn)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(jié)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(jīng)淘汰，現(xiàn)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(qū)別，現(xiàn)在環(huán)保的技術(shù)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(huán)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(zhuǎn)的時候所產(chǎn)生熱量和離心機的制冷系統(tǒng)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(zhuǎn)子有關(guān)，如一個離心機的額定溫度范圍為-10℃～60℃，裝上水平轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的時候可以達到3"C左右，如果是角轉(zhuǎn)子可能只到7℃左右．這一點也要詳細咨詢產(chǎn)品銷售人員和生產(chǎn)廠的有關(guān)技術(shù)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(shè)備和機件。
301（1Cr17Ni7）不銹鋼在形變時呈現(xiàn)出明顯的加工硬化現(xiàn)象，被用于要求較高強度的各種場合。
302不銹鋼實質(zhì)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(qū)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(huán)境中產(chǎn)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?jié)B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(yè)環(huán)境中的抗點腐蝕能力大大地優(yōu)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(wěn)定化的不銹鋼，適宜作高溫下使用的焊接構(gòu)件。348是一種適用于核動力工業(yè)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
?。?）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．
?。?）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(xiàn)象叫作冷脆性．在優(yōu)質(zhì)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．
?。?）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．
?。?）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
?。?）鎢；能提高鋼的紅硬性和熱強性，并能提高鋼的耐磨性．
?。?）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．
?。?）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(tài)存在時，就會降低它的淬透性．
?。?）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(xiàn)象．
?。?1）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．
?。?2）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．
?。?4）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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