下卸料離心機的主要結(jié)構(gòu)和類型

  下卸料離心機可分為工業(yè)離心機和實驗離心機。實驗離心機分為制備型離心機和分析型離心機。制備型離心機主要用于分離各種生物材料，每次分離的樣品容量都很大。分析離心機一般都裝有光學系統(tǒng)，主要用于研究純生物大分子和顆粒的物理化學性質(zhì)，可以根據(jù)被測物質(zhì)在離心場中的行為(由離心機中的光學系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測)推斷物質(zhì)的純度、形狀和分子量。分析離心機都是超速下卸料離心機。

  1.制備下卸料離心機可分為三類:

  ⑴普通離心機:轉(zhuǎn)速較大，約6000轉(zhuǎn)/分，相對離心力較大，接近6000，容量為幾十毫升到幾升，分離方式為固液沉降分離，有角轉(zhuǎn)子和擺出轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)速不能嚴格控制。通常在室溫下操作，無需制冷系統(tǒng)，用于收集容易沉降的大顆粒，如紅細胞和酵母細胞。本離心機采用交流換向器電機驅(qū)動，電機碳刷易磨損，轉(zhuǎn)速由調(diào)壓器調(diào)節(jié)，啟動電流大，轉(zhuǎn)速升降不均勻。旋轉(zhuǎn)頭一般放在硬鋼軸上，所以準確平衡離心管及其內(nèi)容物很重要，否則會損壞離心機。

  ⑵高速冷凍離心機:較大的轉(zhuǎn)速為20000~25000 rpm(r/min)，較大的相對離心力為89000，較大的容量可達3升。分離方式也是固液沉降分離。旋轉(zhuǎn)頭配有各種角度旋轉(zhuǎn)頭、傾斜旋轉(zhuǎn)頭、區(qū)域旋轉(zhuǎn)頭、垂直旋轉(zhuǎn)頭和大容量連續(xù)流旋轉(zhuǎn)頭。通常，提供制冷系統(tǒng)來消除高速旋轉(zhuǎn)頭和空氣之間的摩擦。離心室溫度可調(diào)節(jié)維持在0~40°C，轉(zhuǎn)速、溫度、時間可通過指針或數(shù)顯嚴格精確控制。通常用于微生物細胞、細胞碎片、大細胞器、硫酸銨沉淀和免疫沉淀物的分離純化，但不能有效沉降病毒、小細胞器(如核小體)或單分子。

  ⑶超速下卸料離心機:轉(zhuǎn)速可達5~8萬轉(zhuǎn)/分，相對離心力可達51萬。知名廠商有美國貝克曼公司、日本日立公司等。離心容量從幾十毫升到2升不等，分離形式有微分沉降分離和密度梯度區(qū)分離。離心管天平的允許誤差應(yīng)小于0.1克。隨著超速離心機的出現(xiàn)，生物科學的研究領(lǐng)域得到了拓展。它可以分離過去僅用電子顯微鏡觀察到的亞細胞器，也可以分離病毒、核酸、蛋白質(zhì)和多糖。

  超速離心機主要由驅(qū)動和速度控制、溫度控制、真空系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)頭四部分組成。超速離心機的驅(qū)動裝置由水冷或風冷電機通過精密齒輪箱或皮帶驅(qū)動，或直接由變頻感應(yīng)電機驅(qū)動，由微機控制。由于驅(qū)動軸的直徑較細，因此細軸在旋轉(zhuǎn)時可以有一定的彈性彎曲，以適應(yīng)旋轉(zhuǎn)頭的輕微不平衡，而不會對旋轉(zhuǎn)軸造成振動或損壞。除了速度控制系統(tǒng)，還有超速保護系統(tǒng)，防止旋轉(zhuǎn)頭因轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速而撕裂或爆炸。因此，

  溫度控制是通過安裝在旋轉(zhuǎn)頭下方的紅外輻射傳感器直接連續(xù)監(jiān)測離心腔的溫度，保證溫度控制更加準確靈敏。這種紅外控溫比高速離心機的熱電偶控制裝置更靈敏、更準確。

  超速離心機配備真空系統(tǒng)，這是超速離心機和高速離心機的主要區(qū)別。當離心機轉(zhuǎn)速低于2000rpm時，空氣與旋轉(zhuǎn)頭之間的摩擦只產(chǎn)生少量的熱量，而當轉(zhuǎn)速超過20000rpm時，摩擦產(chǎn)生的熱量成為一個嚴重的問題。因此，采用機械泵和擴散泵串聯(lián)工作的真空泵系統(tǒng)對離心室進行密封抽真空，溫度變化容易控制，摩擦力很小。

  2.旋轉(zhuǎn)下卸料離心機轉(zhuǎn)頭:

  ⑴角式旋轉(zhuǎn)頭:角式旋轉(zhuǎn)頭是指離心腔與轉(zhuǎn)軸之間有一定傾角的旋轉(zhuǎn)頭。它是由一塊完整的金屬制成的，上面有4~12個機器制造的離心管孔，即離心腔?？椎闹行妮S線與旋轉(zhuǎn)軸之間的角度在20~40度之間。角度越大，沉降越牢固，分離效果越好。這種旋轉(zhuǎn)頭的優(yōu)點是容量大、重心低、運行平衡、使用壽命長。顆粒沉降時，先沿離心力方向撞擊離心管，再沿管壁滑動至管底，因此在管的一側(cè)會有顆粒沉積。這種現(xiàn)象叫做？#22721;效果？#65292;壁面效應(yīng)容易通過速度突變引起的對流擾動沉降顆粒，影響分離效果。

  ⑵水平旋轉(zhuǎn)頭:該旋轉(zhuǎn)頭由4個或6個可自由移動的吊桶(離心套筒)組成。當旋轉(zhuǎn)頭靜止時，鏟斗垂直懸掛，當旋轉(zhuǎn)頭的轉(zhuǎn)速達到每分鐘200到800轉(zhuǎn)時，鏟斗擺動到水平位置。這種旋轉(zhuǎn)頭更適合密度梯度區(qū)離心。其優(yōu)點是可以將梯度材料放入垂直的離心管中，離心時分離出的樣品條垂直于離心管的縱軸，不像樣品沉淀物界面與離心管之間的夾角，有利于離心后從管中取出分離出的樣品條。其缺點是顆粒沉降距離長，離心所需時間也長。

  ⑶區(qū)旋轉(zhuǎn)頭:區(qū)旋轉(zhuǎn)頭無離心管，主要由轉(zhuǎn)子筒和可擰開的頂蓋組成。轉(zhuǎn)子筒裝有十字形分隔裝置，將筒分成四個或四個以上的扇形室。隔板上有導(dǎo)管。梯度液體或樣品液體從旋轉(zhuǎn)頭中心的液體入口管泵送，并通過這些導(dǎo)管分布在轉(zhuǎn)子周圍。旋轉(zhuǎn)頭中的隔板可以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)域旋轉(zhuǎn)頭中的沉降情況不同于角旋轉(zhuǎn)頭和擺動旋轉(zhuǎn)頭。在徑向散射離心力的作用下，顆粒的沉降距離不變，因此區(qū)域旋轉(zhuǎn)頭作用不大，可以避免區(qū)域和沉降顆粒的無序，分離效果好。它還具有轉(zhuǎn)速高、容量大、回收梯度容易、不影響分辨率等優(yōu)點，使超速離心應(yīng)用于制備和工業(yè)生產(chǎn)成為可能。區(qū)域旋轉(zhuǎn)頭的缺點是樣品和介質(zhì)直接接觸旋轉(zhuǎn)頭，要求耐腐蝕性高，操作復(fù)雜。

  ⑷垂直翻轉(zhuǎn):離心管垂直放置，樣品顆粒沉降距離短，離心所需時間也短，適合密度梯度區(qū)離心。離心后，液面和樣品區(qū)應(yīng)旋轉(zhuǎn)90度，因此速度降低緩慢。

  ⑸連續(xù)流旋轉(zhuǎn)頭:可用于大量培養(yǎng)液或提取液的濃縮分離。旋轉(zhuǎn)頭類似于區(qū)域旋轉(zhuǎn)頭，由轉(zhuǎn)子筒、帶有入口和出口的旋轉(zhuǎn)頭蓋以及附件組成。在離心過程中，樣品液體從入口連續(xù)流入旋轉(zhuǎn)頭。在離心力的作用下，懸浮顆粒沉降在轉(zhuǎn)子筒壁上，上清液從出口流出。

  3.下卸料離心機離心管:

  離心管主要由塑料和不銹鋼制成。塑料離心管的常用材料有聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)和聚丙烯(PP)，其中PP管的性能更好。塑料離心管具有透明(或半透明)和低硬度的優(yōu)點，因此可以通過穿刺取出梯度。缺點是易變形，對有機溶劑的耐腐蝕性差，使用壽命短。

  不銹鋼管強度高、不變形、耐熱、抗凍、耐化學腐蝕。但使用時應(yīng)避免接觸強酸、強堿等強腐蝕性化學品。

  塑料離心管都有管套，離心前必須蓋緊，倒置時不滲漏。管套有三個功能:

  (1)防止樣品泄漏。當用于放射性或高腐蝕性樣品時，這一點尤其重要。②防止樣品揮發(fā)。③支撐離心管，防止其變形。

  4.分析下卸料離心機:

  分析離心機采用專門設(shè)計的旋轉(zhuǎn)頭和光學檢測系統(tǒng)，連續(xù)監(jiān)測物質(zhì)在離心場中的沉降過程。從而確定其物理性質(zhì)。

  分析超速離心機的旋轉(zhuǎn)頭是橢圓形的，以避免孔處的應(yīng)力集中。旋轉(zhuǎn)頭通過軟軸與高速驅(qū)動裝置相連，在冷凍真空室內(nèi)旋轉(zhuǎn)。有2~6個裝有離心杯的小腔室，呈扇形應(yīng)時，可自上而下透光。離心機配有光學系統(tǒng)，在整個離心周期內(nèi)可以通過紫外吸收或折射率變化監(jiān)測離心杯中的沉降物，并可以在預(yù)定周期內(nèi)對沉降物進行拍照。分析離心杯中物質(zhì)的沉降時，重粒子和輕粒子之間形成的界面就像折射透鏡。結(jié)果，在檢測系統(tǒng)的照相底板上出現(xiàn)了一種現(xiàn)象，由于沉降繼續(xù)，界面向前推進，峰也移動，從峰的移動速度可以計算出樣品顆粒的沉降速度。

  分析超速離心機的主要特點是可以在短時間內(nèi)用少量的樣品獲得一些重要的信息，確定生物大分子是否存在，計算它們的沉降系數(shù)，結(jié)合界面擴散估計分子的大小，檢測分子的異質(zhì)性和混合物中各組分的比例，確定生物大分子的分子量，還可以檢測生物大分子的構(gòu)象變化。