离心分离原理与应用课件.ppt

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1、离心分离原理与应用一、离心技术应用与分类二、离心理论与离心实验中涉及到的几个重要参数三、离心机使用中应注意的问题四、差速离心与密度梯度离心五、超速分析离心简介六、生物样品的预处理七、实验操作实例：线粒体提取，叶绿体提取。一、离心技术应用与分类1.沉淀分离2.生物材料制备离心3.离心分析1.沉淀分离1）.用于澄清溶液；离心沉淀清除杂质；生物样品中通过添加沉淀剂、特定溶剂离心除去特定物质或从沉淀中获得目标物。从培养液中，浓缩提出培养目标物；处理大量样品；大批量工业用途的离心分离。2）.普通实验室用离心机、冷冻离心机、血液离心机、工业专用离心机。2.生物材料制备离心1）.用于生物大分子

2、、有机大分子、亚细胞结构、动植物病毒、细菌等的分离、提取与纯化；得到有生物活性的材料。2）.使用设备的有：高速冷冻离心机、超速离心机。3.离心分析1）.利用大分子及微小颗粒在离心力场中的生物化学、物理、力学特性，通过光学、电子、照相、扫描记录它们在离心力场中的行为特征，得到表征它们理化特性的参数，沉降系数S值、扩散系数D、分子量M、浮力密度；生物粒子结构研究、组分分析等。2）.设备：分析离心机、有分析系统的离心机。二、离心理论与离心实验中涉及到的几个重要参数1.离心分离理论2.离心实验与离心设计中的几个重要参数3.离心实验中转速与离心时间的计算与选择1.离心分离理论1）.物质在离心

3、力场的作用原理2）.颗粒的离心沉降理论（1）.物质在离心力场的作用原理离心技术是根据物质颗粒在离心力场中的行为发展起来的。不同质量、大小、形状的物质颗粒在离心力场中受力的作用,产生运动的速度取决于该颗粒处于所在离心力场（G）中所受离心力作用的大小。可由离心力场转头的角速度ω（以弧度/秒表示）和颗粒距离旋转轴心的辐射距离（R，以厘米表示）来决定即由下述方程表示。转头旋转一周等于2π弧度，转头的角速度（r/min）可表示为：离心力场为（2）相对离心力加速度（RCF）离心力场一般用相对离心力场以重力加速度常数g(980cm/s2)的倍数来表示，即RCF的单位为g。相对离心力即为上式n代表（

4、r/min）可简化为：RCF=1.119×10-5(rpm)2R（r/min＝rpm）RCF：RCF值一般即为我们离心时所选择使用的离心力的大小，如选用离心力的十万g离心。即表示为100000×g这里×g代表离心力场单位，不可分开。g为重力加速度；（×g）表示重力加速度的倍数。2）颗粒离心沉降理论（1）粘性介质溶液中的沉降作用颗粒沉降行为及其运动速度不但取决于在所提供的离心力场中受到的离心力作用大小，也取决于颗粒密度、半径、形状，以及悬浮介质的粘度、密度等因素的作用。R：用cm来表示根据斯托克斯（S.G.Stokes）定律，粘滞液体中的小球在离心力场中受离心力作用产生运动，通过液体介

5、质时受到反向磨擦力，粘滞阻力（即阻力Ff）的反向作用。这个粘滞阻力为：式中：η——流体的粘滞系数r——颗粒球体半径a——不对称系数（如颗粒非球体时短与长径比）c——移动速度由阿基米德原理，介质液体中的颗粒受到浮力Fb的作用等于颗粒排开液体ρ′——介质液体的密度颗粒所受离心力Fc则为：ρ——小球体的密度小球重为、浮力为当颗粒小球在Fc、Fb、Ff的共同作用下，在介质液体中运动达到平衡以匀速运动时，所受力系也达到平衡，其表达方程为：即当小球为圆球体时（2）沉降速度设小球直径为d，在离心力场中有式在重力场单位下，以Stokes定理表示的颗粒的速度。从式中可见，球形颗粒的沉降速度不但决定于所

6、处离心力场，也决定于颗粒的大小、密度与介质密度以及悬浮介质的粘度。（3）沉降系数如果用S值定义为单位离心力场沉降速度即有2.离心实验与离心实验设计中的几个参数1）沉降系数SS值是表征生物颗粒理化特性的参数。它在一定程度上反映了生物颗粒的大小与结构；未命名的有稳定组成结构的生物颗粒常以S值来表示。悬浮于离心力场中介质液体里的颗粒粒子，在离心力与反向的浮力，磨擦粘滞阻力的作用下，达到恒定的匀速运动状态。若忽略粒子受到来自四周无规力及对粒子行为影响微小的其它作用力如重力等的影响，粒子则受三个作用力，即离心力Fc=ω2rm；粒子置换了一部分溶液而产生的浮力Fb=－m0ω2r；磨擦力Ff=－f

7、v。粒子在近三种力的作用下进行匀速运动。则即式中：—粒子运动速度f—磨擦系数m——粒子质量m0——粒子置换液体的质量以粒子的质量乘以偏微分比容和密度ρ来代替被置换的溶液质量m0。即代入上式偏微分比容:是生物大分子的一个理化参数,与大分子本身的结构有密切关系。其定义为1克大分子溶质溶大量溶剂中发生的溶剂变化。(生物大分子的偏微分比容值基本上在0.6-0.75范围）。沉降系数S定义：单位离心力场之速度即S是反映离心力场行为特性的重要标志。沉降系数S单位量纲为秒