在生物、化学、医学等研究工作中，进行各种理化特性分析前，常需要对不同的物质组分进行纯化及提取，离心分离是对生化样品进行分离纯化时最常用的一种前处理方法。实验室离心机用于分离纯化液相非单一分散系统中各种不同密度、不同分子量的组分，利用离心力达到液-液，液-固，液-液-固组分的离心沉降，已广泛地应用于生化制品科学研究和生产部门，是一种高效快捷的样品分离纯化前处理仪器设备。图1所示为实验室离心机结构示意

图1：实验室离心机结构示意图

离心力是一种惯性力，是物体做圆周运动而产生向心力的反作用力。离心机通过电机驱动转子带动离心管高速旋转，产生离心力，使离心管中的物质在离心力场中发生沉降分离。离心分离的沉降效果由相对离心力（RCF：RelativeCentrifugalForce）决定。相对离心力定义为离心加速度与重力加速度的比值，按以下计算公式计算得出

g:重力加速度，取9.81m/s²计算

R：离心半径cm

N:转速rpm

图2所示为水平转子、角转子、垂直转子的离心半径示意

图2：不同形状转子离心半径示意图

也可以通过查找如图3的相对离心力标度尺估算相对离心力

图3：相对离心力标度尺

对于不同物理尺度规格的生化样品，进行分离所需要的实验室离心机类型也不同，对微生物细胞，血液中的红细胞和血清等，待分离物质颗粒的直径在1微米到50微米之间，可用低速离心机分离，转速大约在4000转/分钟到7000转/分钟，相对离心力约为2000g到9420g,一般采用台式低速离心机或落地式低速大容量离心机。对于动植物组织内的病毒等直径约为0.1微米到1微米的待分离物质，建议采用高速冷冻离心机，转速约为10000转/分钟到20000转/分钟，离心力约为10000g到100000g.而分离各种蛋白质、DNA、RNA等直径约为0.002微米到0.1微米的组分，则需要用超速离心机，转速在40000转/分钟以上，离心力要求达到100000g到400000g以上。

常用的离心纯化方法包括以下三种：图4所示的差速离心法；图5所示的速率区带离心法；图6所示的等密度区带离心法

差速离心法利用不同的悬浮粒子在离心力场中沉降系数的差别,在同一离心条件下,不同粒子沉降速度不同,通过不断增加相对离心力,使一个非均匀混合液体分散系统中各种大小、形状不同的粒子分层沉淀。操作过程中一般是在第一级离心后将上清液与沉淀分开,然后将上清液再在更高转速条件下离心,分离出第二部分沉淀,如此往复逐级加高转速,逐级分离出所需要的物质。差速离心的分辨率不高,沉淀系数在同一个数量级内的各种粒子不容易分开,常用于生化样品的粗制品提取。

图4：差速离心示意图

速率区带离心是指根据待分离的粒子在离心力作用下，在梯度液中沉降速度的不同，离心后具有不同沉降速度的粒子处于不同的密度梯度层内，形成几条分开的样品区带，达到彼此分离的目的。临床常使用的分离梯度液是聚蔗糖Ficoll、二氧化硅胶体Percoll及蔗糖。比如要从静脉血中分离出单个核细胞，前一种分离液Ficoll将血液中的所有单个核细胞（淋巴细胞和单核细胞）分为一个层，同时提取。而Percoll分离液将血液中淋巴细胞和单核细胞分为两个梯度层，分别提取。后者分离效果优于前者，但操作繁琐。梯度液在离心过程中以及离心完毕后取样时，起着支持介质和稳定剂的作用,避免因机械振动而引起已分层的粒子重悬。采用速率区带离心法时，需要严格控制离心时间,既要有足够的时间使各种粒子在介质梯度液中形成区带,又要避免任一待分离粒子形成沉淀状态。此法是一种不完全的沉降分离,沉降效果受物质本身物理尺度的影响较大,一般应用在物质大小相异而密度相同的情况。

图5：速率区带离心示意图

当液体分散体系中不同颗粒存在浮力密度差时，在离心力场下，颗粒或向下沉降，或向上浮起，一直沿梯度移动到它们密度恰好相等的位置上，即等密度点，形成区带，这种离心方法被称为等密度区带离心法。等密度区带离心的离心效果取决于颗粒的浮力密度差，密度差越大，分离效果越好，与颗粒的大小和形状无关，但后两者决定着达到平衡的速率、时间和区带的宽度。该方法的特点是（1）与样品粒子的密度有关（2）与样品粒子的大小和其他参数无关（3）转速、温度不变,则延长离心时间也不能改变这些粒子的成带位置。

图6：等密度区带离心

（文：湖南湘立科学仪器有限公司市场与产品管理部）