离心机和转子的种类及其原理和用途
离心机是一种用于根据混合物的大小、密度、介质粘度和转子速度分离混合物成分的设备。
离心机通常在实验室中用于从粗提物中分离生物分子。
在离心机中，样品保持在围绕固定点（轴）旋转的转子中，从而产生垂直于轴的强大作用力。

有不同类型的离心机用于分离不同的分子，但它们都是根据沉降原理工作的。

相对离心力 (RCF)

离心机转子1.定角转子
2. 摆斗式转子/卧式转子
3.立式转子
离心机的类型
1、台式离心机
2、连续流动离心机
3.气体离心机
4.血细胞比容离心机
5、高速离心机
6、低速离心机
7.微量离心机
8.冷冻离心机
9.超速离心机
10. 真空离心机/浓缩机
参考
相对离心力 (RCF)

相对离心力是衡量不同类型和尺寸转子强度的指标。
这是由于旋转而施加在转子内容物上的力。
RCF 是作用在样品上的垂直力，它始终与地球重力有关。
不同离心机的 RCF 可用于转子比较，允许针对特定功能选择最佳离心机。
计算相对离心力 (RCF) 的公式可写为：
RCF（克力）= 1.118 × 10 -5 × r × (RPM) 2
其中r是转子的半径（以厘米为单位），RPM是转子每分钟旋转的速度。
离心机转子
心机中的转子是装有样品管的电机装置。离心机转子设计用于产生可导致样品中成分分离的旋转速度。离心机使用三种主要类型的转子，它们是：
1.定角转子
图：定角转子。图片来源：贝克曼库尔特公司
这些转子将样品管固定在与转子轴成 45° 角的位置。
在这种类型的转子中，颗粒撞击管子的另一侧，在那里颗粒最终滑落并收集在底部。
随着管路长度的增加，它们比其他类型的转子更快。
然而，由于力的方向与管子的位置不同，一些颗粒可能会留在管子的侧面。
2. 摆斗式转子/卧式转子
图：摆动斗转子/水平转子。图片来源：贝克曼库尔特公司
当过程开始时转子摆动时，摆动桶转子将管子保持在 90° 角。
在这个转子中，管子悬挂在架子上，允许管子移动到足以获得水平位置。
在这种类型的转子中，颗粒沿着力的方向或路径存在，该力允许颗粒从转子移向管底部。
因为管子保持水平，所以上清液保持平坦表面，从而使沉积的颗粒与上清液分离。
3.立式转子
图：垂直转子。图片来源：贝克曼库尔特公司
垂直转子提供所有转子中最短的路径长度、最快的运行时间和最高分辨率。
在立式转子中，管子在离心机运行期间是垂直的。
转子的产量不理想，因为管的位置与离心力的方向不一致。
结果，颗粒没有沉降，而是倾向于向管的外壁扩散。
这些常用于等密度和密度梯度离心。
离心机的类型
1、台式离心机

图：Thermo Scientific™ Sorvall™ ST 8 小型台式离心机。图片来源：Thermo Scientific。
台式离心机是一种紧凑型离心机，常用于临床和研究实验室。
它由电动机驱动，管子围绕固定轴旋转，从而产生垂直于管子的力。
因为它们非常紧凑，所以它们适用于空间较小的小型实验室。
市场上有各种不同用途的台式离心机。
台式离心机有一个带样品管架的转子和一个关闭离心机工作单元的盖子。


2、连续流动离心机

图：连续流离心过程中的设备布置。图片来源：贝克曼库尔特公司
连续流动离心机是一种快速离心机，可以在不影响沉降速率的情况下离心大量样品。
这种类型的离心机允许在高离心力下分离大量样品，从而消除了每个周期清空和填充管子的繁琐部分。
它们具有较短的光程，这有助于从上清液中沉淀出固体部分的过程，从而保持过程的速度。
它们还具有更大的容量，可以节省时间，因为不必像传统离心机那样反复装载和卸载样品。
该离心机最多可在 4 小时或更短时间内离心 1 升样品。


3.气体离心机

图：用于分离铀同位素的逆流气体离心机示意图。图片来源：维基百科（Inductiveload）。
气体离心机是明确用于基于继承同位素的气体分离的离心机。
该离心机基于与所有其他离心机相同的离心力原理，其中分子根据其质量进行分离。
本离心机主要用于铀-235和铀238的提取分离。
气体离心机的工作原理是气体连续流入和流出离心机，这与其他批量处理的离心机不同。
这些离心机以级联方式排列，以便根据气体的同位素将气体分成两个单元，然后传递到下一个离心机进行进一步处理。
气体离心机已经取代了其他气体扩散方法，因为它们提供的气体浓度比以前的技术更高。


4.血细胞比容离心机


图：AHN myLab® 血细胞比容离心机。图片来源：AHN Biotechnologie GmbH。
血细胞比容离心机是专门用于测定给定血液样本中红细胞 (RBC) 体积分数的离心机。
该离心机提供血细胞比容值，可用于生化、免疫、血液测试和其他一般临床测试。
血细胞比容离心机可用于帮助诊断失血、红细胞增多症（红细胞计数升高到正常水平以上）、贫血、骨髓衰竭、白血病和多发性骨髓瘤。
微血细胞比容离心机可快速达到 11,000 rpm 的速度和高达 15,000 g 的 RCF 以旋转管样品。
血细胞比容离心机的组件与台式离心机相似，但这种离心机专门用于血液样本。


5、高速离心机

图：Avanti JXN-30系列高速离心机。图片来源：贝克曼库尔特公司
高速离心机，顾名思义，就是能够以稍大的速度运转的离心机。
高速离心机的转速范围为 15,000 至 30,000 rpm。
高速离心机常用于生化应用较为精密的实验室，对运行速度要求较高。
高速离心机配有控制过程速度和温度的系统，这是分析敏感生物分子所必需的。
高速离心机配有不同的适配器，以适应各种尺寸和体积的样品管。
所有三种类型的转子均可用于这些离心机的离心过程。


6、低速离心机

图：低速离心机 – ScanSpeed 406 和 ScanSpeed 416。图片来源：LaboGene。
低速离心机是实验室常用的常规分离颗粒的传统离心机。
这些离心机以 4000-5000 rpm 的最大速度运行。
这些通常在室温下操作，因为它们没有提供用于控制操作速度或温度的系统。
这些离心机可采用摆动式转子和定角式转子。
这些是简单紧凑的离心机，非常适合分析血液样本和其他生物样本。
低速离心机的工作原理与所有其他离心机相同，但应用仅限于分离较简单的溶液。


7.微量离心机

图：Microfuge 16 和 Microfuge 20。图片来源：Beckman Coulter, Inc.
微量离心机是用于分离 0.5 至 2 µl 较小体积样品的离心机。
微量离心机通常以大约 12,000-13,000 rpm 的速度运行。
这用于细胞器的分子分离，如细胞核和 DNA 以及苯酚提取。
与大型离心机中使用的标准试管相比，微型离心机（也称为微型离心机）使用的样本管尺寸更小。
一些微量离心机配有适配器，便于使用较大的试管和较小的试管。
带有温度控制的微量离心机可用于对温度敏感的样品的操作。


8.冷冻离心机

图：Allegra 64R 冷藏台式离心机。图片来源：贝克曼库尔特公司
冷冻离心机是温度控制范围为-20°C至-30°C的离心机。
可以使用具有温度控制系统的离心机的不同变体，这对于需要较低温度的各种过程至关重要。
除了样品管的转子和架子外，冷冻离心机还有一个温度控制单元。
这些离心机提供高达 60,000 xg 的 RCF，是分离各种生物分子的理想选择。
这些通常用于收集快速分离的物质，如酵母细胞、叶绿体和红细胞。
冷冻离心机的腔体与外界隔绝，以满足操作条件。


9.超速离心机

图：超速离心机。图片来源：贝克曼库尔特公司
超速离心机是以极高速度运行的离心机，可以分离核糖体、蛋白质和病毒等小得多的分子。
它是最先进的离心机类型，可以分离其他离心机无法分离的分子。
此类离心机中存在制冷系统，有助于平衡由于强烈旋转而产生的热量。
这些离心机的速度可高达 150,000 rpm。
它可用于制备和分析工作。
超速离心机可以在大批量和连续流动系统中分离分子。
除了分离，超速离心机还可用于测定大分子的性质，如大小、形状和密度。


10. 真空离心机/浓缩机

图：Savant™ SpeedVac™ SPD120 真空浓缩器和套件。图片来源：Thermo Scientific。
真空离心机利用离心力、真空和热量来加速样品的实验室蒸发。
这些离心机能够处理大量样品（一次最多 148 个样品）。
这种类型的离心机用于化学和生物实验室，用于有效蒸发样品中存在的溶剂，从而浓缩样品。
这些通常用于高通量实验室中可能含有大量溶剂的样品。
旋转蒸发器用于去除不需要的溶剂并消除溶剂暴沸。
离心机通过降低腔室的压力来工作，这也降低了样品的沸点。
这导致溶剂蒸发，浓缩要分离的颗粒。