离心分离在下游加工技术中的应用

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1、离心分离在下游加工中的应用摘要：离心是工业生产中广泛使用的一种固液分离手段，它在生物工业中的应用也十分普遍，是分离非均相系统最常用的技术手段。由离心分离的影响因素我们可以通过适当的选择离心的类型进行发酵液的分离。与常规过滤相比，离心分离具有分离速度快、效率高、操作时卫生条件好等优点，适合于大规模的分离过程。但离心分离的设备投资费用高，能耗较大[1]。关键词：离心分离，离心方法，分离原理，应用1离心分离的定义及原理  离心分离是借助于离心机旋转所产生的离心力的作用，促使不同大小，不同密度的粒子分离的技术[1]。离心分离的原理是利用悬浮粒子与周围溶液间存在密度差进行的，高密度相

2、在离心加速的作用下从低密度相中沉降下来或利用份分离物的沉降系数、质量及浮力等因子的不同使物质进行分离的。  在离心力场中，不同的颗粒沉降速度不同。由离心分离基本原理，可以导出一定介质中，颗粒沉降（或漂浮）速度UP的公式为：                                （1-1）式（1-1）中d为颗粒的直径；为颗粒的密度；为液体介质的密度；为旋转角速度；r为离心机转轴中心到颗粒中心距离；η为液体介质黏度。2离心沉降效率的影响因素  由式（1-1）可知，增大离心力（）可提高沉降速度，对沉降速度小的颗粒，提高转速是有效的方法。在特定的离心场中，颗粒沉降速度还与如

3、下因素有关：①与颗粒的直径有关，大颗粒容易沉降；②与颗粒密度和介质密度之差（）成正比，不同密度颗粒沉降速度不同；③随介质黏度增大而减小[1]。3离心分离的设备离心分离的设备——离心机常以其转速来分类。因为对一定的离心转子，在一定的转速下，其相对离心加速度（RCF）是一定的，它是离心分离能力的主要指标[2]。常用的离心机主要分为低速离心机、高速离心机和超高速离心机。低速离心机的转速在8000r/min以下，产生的离心加速度在10000g以下，主要用于分离细胞、细胞碎片及培养基残渣等。高速离心机转速为10000～25000r/min，离心加速度在10000～100000g之间，

4、主要用于分离各种沉淀物。细胞碎片和较大的细胞器等。超高速离心机转速为25000～150000r/min，离心加速度在100000～1000000g之间[2]，常用于生物大分子、细胞器和病毒的分离纯化。4离心方法  离心分离常用的方法主要有差速离心、等密度梯度离心、速率区带密度梯度离心、平衡等密度梯度离心、区带离心、连续流离心、离心淘洗等方法[3]。4.1差速离心法差速离心指分步改变离心转速或高速与低速离心交替进行，选用大小不同的离心力使具有不同质量、不同沉降系数的微小颗粒（粒子或大分子）从混合的悬浮液中分批沉降而进行分离的方法。该方法适用于在悬浮液中的样品颗粒之间重量存在较

5、大差别，更准确的说是沉降系数的差别在一个到几个数量级的混合样品的分离。重量或沉降系数值的差别越大，分离效果越好[3]。差速离心一般采用角转子。在离心开始的时候，所有颗粒都均匀地分布在整个离心管中，离心期间各种颗粒以不同速度向管底沉降，经过一定时间后，最重的或沉降系数最大的颗粒全部沉到管底，得到不含这种颗粒的上清液。将上清液进一步以更高转速离心一段时间，又可得到次轻的颗粒，逐次增加离心转速就可以分步得到不同质量、不同沉降系数的颗粒样品，达到分离的目标。差速离心常用来分离各种亚细胞器及粗提核酸、蛋白质。其优点是操作简单，但分离精度并不高[4]。4.2密度梯度离心使用密度梯度介质

6、来对样品颗粒进行离心分离、提取、纯化的方法称为密度梯度离心。密度梯度离心法目前已经成为了生物大分子、有机大分子、亚细胞、病毒、蛋白质、核酸等生物研究技术中不可缺失的有力工具[3]。密度梯度离心比差速离心的分辨率高。一般差速离心只能分离样品颗粒沉降系数差别在10倍以上的颗粒。而密度梯度离心不仅可以依据样品颗粒质量大小和s值的差别分离，还可以利用样品颗粒的密度，颗粒的形状来进行分离沉降系数相差10%-20%的颗粒或者颗粒密度差小于0.01mg的组分分离。根据梯度介质的浓度和颗粒在其中的沉降行为，密度梯度离心法又分为速率区带离心与等密度梯度离心。4.2.1速率区带密度梯度离心法速

7、率区带离心是把样品置于预先铺着好的，密度变化较为平缓的介质梯度上离心，该梯度的最大密度低于混合物样品颗粒的最小颗粒密度，样品颗粒在离心中按照各自不同的沉降速度沉降，经过一定时间离心后不同大小的颗粒沉降在不同的层次区域上从而互相分离，这种方法对分离密度相差不大，但重量和大小有较大区别的样品颗粒十分有利，这种方法中梯度介质的主要作用是稳定分离液柱，防止对流产生，常在甩开转子、区带转子等转子中使用。在离心过程中最重的颗粒跑得最快，在最底层，次之的跟随其后，轻的颗粒在最上层，为了使颗粒不会跑到离心管底形成沉淀，在运行一段时