离心分离的原理、组成及操作程序

一、离心力及其作用
　　当悬浮液绕轴旋转时，悬浮中的微粒就同时受到背向转轴方向的离心力和正向转轴方向的介质浮力的双向作用，微粒的运动轨迹取决于所受合力的方向。根据物理学原理推导可知：F合=F离-F介=Vr×4p2N2r/3600-Vs×4p2N2r/3600= V4p2N2r/3600×（r-s），式中V表示微粒的体积，N表示每分钟的转数，r表示微粒至转轴的距离，r与s分别表示微粒与其介质的密度。显然，当r=s时，F合=0，微粒受力平衡，故将维持距转轴恒定的距离转动，也就不可能被分离开；当rs时，F合，微粒主要受向心力作用，故而将向转轴方向移动，直至浮到介质表面；而当当r>s时，F合>0，微粒主要受离心力作用而向远离转轴方向移动，直至沉淀到容器底部。因此，r>s是微粒从悬浮液中进行离心分离的基本条件。使用普通离心机的根本目的就在于使这样的微粒从悬浮液中分离出来。
从理论上讲，凡是能通过离心分离的微粒在悬浮液静置时，受重力与浮力的共同作用也能自动沉降而得以分离，只是分离所需时间较长，效果较差，沉降本领较弱。一般常用相对离心力（RCF）的大小来表示离心分离的本领强弱。相对离心力是指微粒在离心分离时所受的合力（F合）与在静置分离时所受合力（F’合）的比值，而F’合= Vr×g- Vs×g= Vg×（r-s），式中g为重力加速度，故RCF= F合/F’合=4p2N2r/3600g，由于4p2N2r/3600就是微粒处的角加速度，所以相对离心力又是微粒在离心时的角加速度与在静置时的重力加速度之比。很明显，只要调节N或/和r就可影响RCF的值，从而改变其离心分离本领。实验中RCF的值常用多少倍于重力加速度表示，如1000×g。
二、离心力与作用时间的积累效应
微粒在悬浮液中被分离的速度快慢除与转动的转数大小有关外，还与离心时间长短有关，即离心力作用于微粒上具有时间积累效应。衡量时间积累效应高低的物理量常用冲量矩的大小来表示，冲量矩（Lt）的值等于离心力的力矩（L）与离心时间(t)的乘积，依物理学原理可推导出：Lt=（2pRn/60）2×t，即冲量矩的大小与转速（N）的平方和时间的乘积成正比。
由此可见，在同一离心转头的条件下（N，r一定），转动时间越长，冲量矩越大，分离效果越好。对同一悬浮液，因转动的时间不同而有不同的冲量矩，若调节影响冲量矩的两个可变因子即转速(N)和时间（t），可以在较低转、速较长时间得到较高转速、较短时间同样的冲量矩，从而得到相同的分离效果。但是，若转速相差太大，则会受扩散作用影响而使较低转速离心的分离效果下降
三、普通离心机的组成
普通离心机分水平式和斜角式两种，其构造简单、功能单一，只适用于一般物质的离心分离。实验室常用的水平式离心机主要由驱动电机、变速箱与调速手柄、旋转盘(包括转轴及其支架)、离心筒、带盖的离心腔以及机座等部分组成。
【实验准备】
一、离心机的准备
在离心操作前必需首先准备好离心机。备机包括：1.机型的选择：即根据具体的实验要求选择水平式离心机或斜角式离心机。2.离心套筒的准备：检查离心套筒内是否有橡皮缓冲胶垫，胶垫上若附着碎玻璃等杂物应清除。3. 离心机检查：检查离心机安放是否平稳，转轴是否牢固，润滑是否良好，离心腔内有无异物，缸盖能否锁紧等。
二、电源的准备
电源应选择与离心机使用说明书相吻合的电源，电原插座必须有地线以保证离心安全。若实验室没有合适的电源，则应重新安装电源线，电源插座应靠近离心机以方便操作。
三、平衡附件的准备
平衡附件包括：1.天平：普通离心机用1／1000的台平进行离心平衡，台平上固定两个等重的烧杯，以备平衡之用。2.离心管和配平管：离心管用于装离心液，配平管用于装配乎液 (注意：配平管的长度一般不宜超过离心管的长度，以避免水平离心时被转轴打碎)。3.烧杯与皮头吸管：烧瓶用来盛配平液，皮头吸管用来吸配平液进行配平。
四、离心液的准备  
离心液应根据具体的实验要求进行准备。
五、试机
在以上准备完成以后，应先让离心机进行空载运转，密切观察空载运转情况是否正常，在无异常时方可进行离心。
【实验操作】
1．取离心管装上离心液放于一对重量相近的离心套筒的橡胶孔中，离心液面距离心管口至少应留2cm的距离，以免离心时离心液溅出。
2．调平称量天平。
3．将置于离心机对称位置上的离心套筒、离心管及内盛物配平，相差不超过o.l克。
4．将平衡好的离心套筒放于离心机支架对称位置的吊环中。
5．检查离心机是否安放平稳，电源开关及调速杆是否位于“零位”，若不在则应复位。
6．关上离心机缸盖，锁牢。
7．插上电源插头，打开电门开关。
8．用调速杆缓慢加速至所需速度，维持所需时间。
9．离心完毕，将调速杆缓慢退回到‘零位”，关掉电门，拔下电源插头，任离心机自停（切记：不能用手助停，以免沉淀物泛起、损坏离心转轴、碰伤人的肢体）。
10．待离心机完全停止转动后，打开缸盖取出离心套筒及离心管。
11．清洁离心套筒、离心管及离心腔，关闭缸盖。
【注意事项】
1. 离心前必需将放置于对称位置上的离心套筒、离心管及离心液进行精确平衡，重量差不超过0.1克。对于高速和超速离心机，不仅要求重量平衡，而且要求配平液的密度与离心液的密度相等，以达到力矩平衡。
2．离心机安放要求水平、稳固，转轴上的支架要牢固，转轴润滑良好，吊栏应活动自如，保证离心机的正常运转。
3．离心管盛液不宜过满，避免腐蚀性液体溅出腐蚀离心机，同时造成离心不平衡。
4．离心开始前应检查转头是否拧紧。放入离心套筒后应紧盖、锁牢，防止意外事故的发生。离心完毕应关电门、拔掉电源插头任机自停，严禁用手助停，以免伤人损机，使沉淀泛起。
5．注意离心机的保养和“四防”。离心机使用完毕，要及时清除离心机内水滴、污物及碎玻璃渣，擦净离心腔、转轴、吊环、套筒及机座。经常做好离心机的防潮、防过冷、防过热、防腐蚀药品污染，延长使用寿命。
6．离心过程若发现异常情况应立即拔下电源插头，然后，再进行检查。如听到碎玻璃渣声响，可能是试管被打碎，应重新更换试管。若整个离心机座转动起来，则是严重不平衡所至。若离心机不转动，则可能是电泳无电或保险丝烧断，应重新更换保险丝。若发生机械或电机故障，应报告指导教师清专门维修人员检修。