在生命科學研究中,，離心是一種*的技術(shù)手段,，更是實驗室中常見的實驗項目,。但是你真的了解這門技術(shù)嗎？你是否知道離心的原理,，了解如何選擇合適的轉(zhuǎn)頭,、離心管和離心方法呢？小貝離心課堂重新開課,，帶你玩轉(zhuǎn)離心機,，快來加入我們吧！

離心原理

學習一門技術(shù)勢必要先從了解其原理開始,。我們可以通過簡單的實驗來理解離心的基本原理,。

首先我們來觀察在重力作用下顆粒的沉降：抓一把沙子和泥土的混合物放到裝有水的容器里搖勻，然后把容器置于桌上,，觀察到在地球引力作用下大量的顆粒立即沉淀到容器的底部,。一段時間后，又看到容器中的混合物分成數(shù)層,，每層都由大小相同的顆粒組成,，顆粒在容器的分布從上到下逐漸增大。不過,，仍然會有一些細小的顆粒在水中緩慢的向容器底部移動,，由于移動得非常緩慢，我們不一定能觀察到這些顆粒的運動,。另外還有一些顆粒則漂浮在水面上,。

通過實驗中觀察到的結(jié)果，我們可以得出大顆粒比小顆粒更快地沉降到底部,，而更小的顆粒則沉降得更慢,。不過，一些密度比較重的小顆粒反而比密度比較輕的大顆粒沉降得更快,。我們還可以看到有些小顆粒在水中是不沉降的,，漂浮在水面。

圖1 重力作用下混合顆粒的沉降：顆粒沉降的速度依賴于顆粒的大小,，大顆粒則先沉降到底部,，而小顆粒則停留在容器的上部。

以上即是離心的主要原理,，液體中的顆粒在重力的作用下以一定的速率向下移動,，顆粒移動的速率往往與顆粒的大小與密度相關(guān),，這樣就出現(xiàn)了顆粒的沉降運動。當然前提是顆粒的密度必須大于液體的密度,。

總結(jié)來說,，離心技術(shù)是利用離心機旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生離心力，將具有沉降系數(shù)差別的樣品進行分離,、分析,、濃縮和提純的一種技術(shù)。

離心常用術(shù)語

離心力和相對離心力
盡管有些生物顆?？梢栽谥亓觯?×g）作用下實現(xiàn)分離,，如人血細胞，將處理過的血細胞置于桌上1-2 小時,，由于不同細胞的大小不一樣,，白細胞和紅細胞能自動分層。但若需分離更小的生物顆粒,，遠大于重力的力則是必須的，這可以通過沿軸旋轉(zhuǎn)裝有懸浮顆粒的離心管來實現(xiàn),。顆粒在放射狀的離心力下從軸心向外運動,，使離心管旋轉(zhuǎn)的機器就是離心機，而裝載了離心管并帶動離心管沿軸旋轉(zhuǎn)的即是轉(zhuǎn)頭,。不管是細胞還是生物大分子受到離心力都可以用以下公式計算：

   (1)

F離心力– 顆粒受到的離心力
m – 顆粒的質(zhì)量
ω – 角速度
r – 旋轉(zhuǎn)軸到顆粒的距離

但是通常情況下,，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)頭受到的放射狀的力都是由相對離心力（RCF：Relative centrifugation force）來衡量的。而所謂的相對離心力即是離心力與重力之比,，用以下公式
表示：

       (2)

RCF – 相對離心力,；
F離心力– 顆粒受到的離心力；
F重力– 顆粒受到的重力,；
m – 顆粒的質(zhì)量,；
ω – 角速度；
g –重力加速度,；
r – 旋轉(zhuǎn)軸到顆粒的距離,。
ω 是轉(zhuǎn)頭的角速度，指轉(zhuǎn)頭每秒鐘轉(zhuǎn)過的弧度數(shù),，其值就是:

   (3)

RPM (Revolution per minute) – 轉(zhuǎn)頭每分鐘轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)

結(jié)合公式（2）和公式（3）可得到同一轉(zhuǎn)頭的轉(zhuǎn)速與相對離心力之間的關(guān)系：

   (4)

r – 旋轉(zhuǎn)軸到顆粒的距離（單位：毫米mm）
由上可以看出轉(zhuǎn)頭的相對離心力與轉(zhuǎn)頭的轉(zhuǎn)速的平方成正比,，而且與轉(zhuǎn)頭的半徑成正比。對于同一轉(zhuǎn)頭而言,，由于半徑不變,，增加轉(zhuǎn)速也就相當于提高了相對離心力。

為便于進行轉(zhuǎn)速和相對離心力之間的換算,，Dole 和Cotzias 利用RCF 的計算公式,，制作了轉(zhuǎn)速“rpm”,、相對離心力“RCF”和旋轉(zhuǎn)半徑“r”三者關(guān)系的列線圖，圖式法比公式計算法方便,，且一目了然,。換算時，先在r 標尺上取已知的半徑和在rpm 標尺上取已知的離心機轉(zhuǎn)數(shù),，然后將這兩點間劃一條直線,，與圖中RCF 標尺上的交叉點即為相應(yīng)的相對離心力數(shù)值。

上圖轉(zhuǎn)速與半徑相對應(yīng)的離心力列線圖,，左列為半徑標尺,，右列為轉(zhuǎn)速標尺，連接半徑與轉(zhuǎn)速的直線與中間RCF 表尺的交匯點,，就可得到相對離心力,。注意，若已知的轉(zhuǎn)數(shù)值處于rpm 標尺的右邊,，則應(yīng)讀取RCF 標尺右邊的數(shù)值,，轉(zhuǎn)數(shù)值處于rpm 標尺左邊，則應(yīng)讀取RCF 標尺左邊的數(shù)值,。

在重力場的沉降中,，重力場通常被看作恒定值，而離心管中的離心力場卻不是一個恒定值,。由于轉(zhuǎn)頭的形狀及設(shè)計,，離心管中從管頂至管底各點到旋轉(zhuǎn)中心的距離是不同的，為了計算相對離心力的數(shù)值可用平均相對離心力來表示,，即同一離心轉(zhuǎn)頭部和底部所受離心力的平均值,。科技文獻中離心力的數(shù)據(jù)通常是指其平均值（RCFav）,，即離心管中點的離心力,。