第二章细胞分离与破碎--2(0)

1、生科院生科院 生物工程系生物工程系 2022-6-26Bioseparation Engineering侯志敏侯志敏细胞分离与破碎细胞分离与破碎1. 发酵液预处理发酵液预处理2.细胞分离细胞分离3.细胞破碎细胞破碎 第一节第一节 发酵液预处理发酵液预处理2022-6-265一、发酵液的一般特性一、发酵液的一般特性二、发酵液预处理的目的和要求二、发酵液预处理的目的和要求三、发酵液预处理的方法三、发酵液预处理的方法2022-6-266一、发酵液的一般特性一、发酵液的一般特性 水分含量高（水分含量高（90-99%90-99%） 产物浓度低（产物浓度低（10%10%） 发酵液黏度大，不易过滤发酵液黏度

2、大，不易过滤 残留培养基成分残留培养基成分 含有发酵代谢副产物含有发酵代谢副产物 发酵液含有色素、毒性物质和热源物质等有机杂质发酵液含有色素、毒性物质和热源物质等有机杂质2022-6-267二、发酵液预处理的目的和要求二、发酵液预处理的目的和要求（一）目的（一）目的 改变发酵液特性，加速固液分离改变发酵液特性，加速固液分离 富集分离产物于固相（或液相）富集分离产物于固相（或液相） 去除部分杂质，减少后续分离负荷去除部分杂质，减少后续分离负荷2022-6-268（二）要求（二）要求 菌体分离菌体分离 发酵悬浮物的去除发酵悬浮物的去除 固液悬浮物的去除固液悬浮物的去除 蛋白质的去除蛋白质的去除 重

3、金属离子的去除重金属离子的去除 色素、毒物和热源物等有机质的去除色素、毒物和热源物等有机质的去除 改变发酵液特性，利于后续分离工作改变发酵液特性，利于后续分离工作 调节适宜的调节适宜的pH值和温度值和温度杨白劳是怎么死的杨白劳是怎么死的?2022-6-2610卤水点豆腐卤水点豆腐凝聚原理凝聚原理 黄豆里的蛋白质团粒被水簇拥着不停地运动，聚不到一块黄豆里的蛋白质团粒被水簇拥着不停地运动，聚不到一块儿，形成了儿，形成了“胶体胶体”溶液。点卤用盐卤或石膏，盐卤主要含溶液。点卤用盐卤或石膏，盐卤主要含氯化镁，石膏是硫酸钙，它们能使分散的蛋白质团粒很快氯化镁，石膏是硫酸钙，它们能使分散的蛋白质团粒很快地

4、聚集到一块儿，成了白花花的豆腐脑地聚集到一块儿，成了白花花的豆腐脑。 2022-6-2611三、发酵液预处理的方法三、发酵液预处理的方法（一）凝集和絮凝方法（一）凝集和絮凝方法1、凝集、凝集 在在凝聚剂凝聚剂的作用下，使发酵液中的胶体脱稳并使的作用下，使发酵液中的胶体脱稳并使粒子粒子相互凝聚为相互凝聚为1mm大小块状大小块状絮凝体絮凝体的过程。的过程。 本质：对初始粒子表面电荷的中和、消除离子表本质：对初始粒子表面电荷的中和、消除离子表面稳定的面稳定的双电荷层双电荷层。2022-6-2612胶体双电子层的结构 +电荷密度电荷密度+吸附层吸附层扩散层扩散层距固体表面的距离距固体表面的距离正电荷分

5、布正电荷分布负电荷分布负电荷分布2022-6-2613破坏双电荷层的方法 加入具有相反电性的加入具有相反电性的电解质电解质，中和胶粒电性，降，中和胶粒电性，降低双电子层的排斥力，导致胶粒的相互碰撞。低双电子层的排斥力，导致胶粒的相互碰撞。 另外，由于电解质在水中的水化作用，会破坏胶另外，由于电解质在水中的水化作用，会破坏胶粒周围的水化层，促使胶粒碰撞、聚集、沉降。粒周围的水化层，促使胶粒碰撞、聚集、沉降。凝聚剂种类凝聚剂种类： 硫酸铝硫酸铝Al2(SO4)318H2O(明矾明矾)、 氯化铝氯化铝AlCl36H2O、三氯化铁、三氯化铁FeCl36H2O、硫酸、硫酸亚亚铁FeSO47H2O、石灰、

6、石灰、ZnSO4、MgCO3等。等。 机理机理：A、破坏双电层，、破坏双电层，B、水解后胶体吸附，、水解后胶体吸附，C、氢键结合等氢键结合等。2022-6-2615（一）凝集和絮凝方法（一）凝集和絮凝方法2、絮凝、絮凝 在高分子在高分子絮凝剂絮凝剂的作用下，通过的作用下，通过桥架作用桥架作用使使粒子相互作用形成较大的粒子相互作用形成较大的絮凝团絮凝团的过程。的过程。 本质：悬浮粒子与絮凝剂之间的桥架作用本质：悬浮粒子与絮凝剂之间的桥架作用。2022-6-2616絮凝现象与原理絮凝现象与原理絮凝剂絮凝剂菌体细菌体细胞胞废水处理废水处理 絮凝剂絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，具是一种能溶于水的

7、高分子聚合物，具长链状结构，其链上含有许多活性功能团，长链状结构，其链上含有许多活性功能团，包括带电荷的离子基团和不带电荷的非离子包括带电荷的离子基团和不带电荷的非离子型基团。型基团。絮凝剂种类絮凝剂种类： 有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物；乙烯类衍生物；无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等；无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等；天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖等。钠、明胶、骨胶、壳多糖等。 机理机理：絮凝剂主要起絮凝剂主要起中和电荷、桥架和

8、网中和电荷、桥架和网络络作用作用2022-6-2619复合型生物絮凝剂复合型生物絮凝剂凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。 凝聚凝聚：投加的化学物质（铝、铁的盐类或投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰等）石灰等）中和胶体的电荷中和胶体的电荷，使粒子相互聚集成，使粒子相互聚集成mmmm 大小块状凝聚体的过程。大小块状凝聚体的过程。 絮凝絮凝：使用絮凝剂（天然的和合成的大分子使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm10mm大大小絮凝团的过程。其中絮凝剂小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用主要起架桥

9、作用。 凝聚：胶体粒子凝聚：胶体粒子(10-100nm)(10-100nm)中性盐促进下脱中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（稳相互聚集成大粒子（1mm1mm） 机理：机理：a a 中和粒子表面电荷中和粒子表面电荷 b b 消除双电层结构消除双电层结构 絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程形成絮凝团的过程 机理：架桥作用机理：架桥作用 凝聚和絮凝技术能有效的改变细胞菌体和蛋白凝聚和絮凝技术能有效的改变细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的质等胶体粒子的分散状态分散状态, ,使其聚集起来使其聚集起来, ,增大体积增大体积以便固液分离以便固液分离

10、, ,常用于菌体细小常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中而且黏度大的发酵液的预处理中. .2022-6-2623（二）加热法（二）加热法前提：产物的热稳定性高前提：产物的热稳定性高目的：降低发酵液黏度目的：降低发酵液黏度 加速凝聚作用加速凝聚作用 除去热变性蛋白除去热变性蛋白 破坏凝胶状胶体稳定性破坏凝胶状胶体稳定性 增加滤饼空隙率增加滤饼空隙率2022-6-2624（三）调节（三）调节pH值法值法 促进絮凝和凝聚作用促进絮凝和凝聚作用 释放或稳定产物，防止其氧化、变性或沉淀。释放或稳定产物，防止其氧化、变性或沉淀。 调节调节pH值时应防止过酸或过碱值时应防止过酸或过碱2022-6-26

11、25不同不同pH值条件下小球藻值条件下小球藻具有不同的悬浮特性具有不同的悬浮特性2022-6-2626（五）加入助滤剂法（五）加入助滤剂法 防止滤布或生成的滤饼阻塞而影响过滤。防止滤布或生成的滤饼阻塞而影响过滤。 常用的助滤剂：常用的助滤剂： 纸浆纸浆 石棉石棉 活性炭活性炭 硅藻土硅藻土 酸性白土酸性白土2022-6-2627（六）加吸附剂或盐（六）加吸附剂或盐 吸附细胞吸附细胞 常用的吸附剂有磷酸氢二钠和氯化钙形成常用的吸附剂有磷酸氢二钠和氯化钙形成的的CaHPO4凝胶、氧化铝凝胶和聚丙烯酰胺凝胶、氧化铝凝胶和聚丙烯酰胺凝胶等。凝胶等。 发酵液中的杂质不仅直接影响产品质量和收发酵液中的杂质

12、不仅直接影响产品质量和收得率，同时对后继提取和精制有很大影响。得率，同时对后继提取和精制有很大影响。 高价无机离子（高价无机离子（Ca2+、Fe2+ 等）等）溶性蛋白质溶性蛋白质 多糖的去除多糖的去除 有色物质的去除有色物质的去除（七）发酵液的相对纯化（七）发酵液的相对纯化 1. 无机离子的去除无机离子的去除 Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+等（如等（如何去除？）何去除？）（1）Ca2+加草酸钠沉淀加草酸钠沉淀C2O4Na2 + Ca2+ C2O4Ca + 2Na+（2）Mg2+加三聚磷酸钠形成络合物加三聚磷酸钠形成络合物Na5P3O10 + Mg2+Mg Na5P3O10 + 2Na+（3）

13、Fe2+加入黄血盐，形成普鲁士蓝加入黄血盐，形成普鲁士蓝沉淀沉淀4Fe3+ + 3K4Fe(CN)6 Fe4Fe(CN)63 + 12K+高价无机离子的去除高价无机离子的去除 利用各种沉淀方法，可以去除液相中各种利用各种沉淀方法，可以去除液相中各种蛋白质。常用的有蛋白质。常用的有等电点沉淀法、等电点沉淀法、变性沉淀法、盐析法、有机变性沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法、反应沉淀法溶剂沉淀法、反应沉淀法等。这等。这些沉淀方法既可以作为除杂质的方法，也可以些沉淀方法既可以作为除杂质的方法，也可以作为提取目标产物的技术手段。作为提取目标产物的技术手段。2 2杂蛋白的去除杂蛋白的去除 酶解法酶解法可将混合

14、液中的不溶性多糖物质可将混合液中的不溶性多糖物质酶解，使其转化为溶解度较大的单糖，从而改酶解，使其转化为溶解度较大的单糖，从而改变流体的流动特性，提高过滤速率。变流体的流动特性，提高过滤速率。 3 3多糖的去除多糖的去除 发酵液中有色物质可能是由于微生物生长发酵液中有色物质可能是由于微生物生长代代谢过程分泌谢过程分泌的，也可能是的，也可能是培养基培养基（如糖蜜、（如糖蜜、玉米浆等）带来的，色素物质化学性质的多样性增玉米浆等）带来的，色素物质化学性质的多样性增加了脱色的难度。加了脱色的难度。 有色物质有色物质如何去除如何去除？ 4 4有色物质的去除有色物质的去除 色素物质的去除，一般以使用离子交

15、换树色素物质的去除，一般以使用离子交换树脂、离子交换纤维、活性炭等材料的脂、离子交换纤维、活性炭等材料的吸附吸附法来脱色法来脱色最为普遍。最为普遍。 一般发酵液的脱色往往是在过滤除去菌体一般发酵液的脱色往往是在过滤除去菌体后进行。后进行。 活性炭用于油脂、饮料、活性炭用于油脂、饮料、食品、饮用水的脱色、脱味。食品、饮用水的脱色、脱味。 活性炭是一种由含炭材料活性炭是一种由含炭材料制成的外观呈黑色，内部孔隙制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔

16、。不见的微孔。活性炭脱色活性炭脱色（1）活性碳一般使用温度是）活性碳一般使用温度是75-80度比较好；度比较好；（2）活性炭脱色效果在水中最强，在强极溶剂中使用效果）活性炭脱色效果在水中最强，在强极溶剂中使用效果也不错，在非极性溶剂中效果较差；也不错，在非极性溶剂中效果较差；（3）一般情况下，在）一般情况下，在pH3-6条件下使用较好；条件下使用较好； （4）一般情况下，加入量为）一般情况下，加入量为0.13（WV） ； （5）脱色时间一般为）脱色时间一般为30-60min；注意事项：注意事项： （1）切不在沸腾的溶液中加入活性炭，那样）切不在沸腾的溶液中加入活性炭，那样会有暴沸的危险。会有暴

17、沸的危险。 （2）用活性炭脱色要待固体物质完全）用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入。溶解后才加入。活性炭脱色原理和操作活性炭脱色原理和操作活性炭净化空气活性炭净化空气活性炭活性炭除甲醛除甲醛固液分离固液分离胞外胞外上清液上清液/ /滤液滤液提取生化物质的第一步，分两部分：提取生化物质的第一步，分两部分：胞内胞内富集细胞富集细胞第二节第二节 细胞分离细胞分离 大部分工业生物分离的第一步往往是将不溶大部分工业生物分离的第一步往往是将不溶物质从发酵液中除去。这些不溶性固体的浓物质从发酵液中除去。这些不溶性固体的浓度和颗粒大小的变化范围很宽。度和颗粒大小的变化范围很宽。 浓度高达每单位体积含浓度

18、高达每单位体积含60%的不溶性固体，的不溶性固体，又低至每单位体积仅含又低至每单位体积仅含0.1%。 粒径的变化以从直径约为粒径的变化以从直径约为1um的微生物，的微生物，到直径为到直径为1mm的不溶性物质。的不溶性物质。 对于浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶对于浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶物，我们以采用过滤方法分离。物，我们以采用过滤方法分离。 与过滤设备相比，离心设备的价格昂贵。但与过滤设备相比，离心设备的价格昂贵。但当固体颗粒细小而难以过滤时，离心操作往当固体颗粒细小而难以过滤时，离心操作往显得十分有效。显得十分有效。 当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重当静置悬浮液时，密度较

19、大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉，这一过程称为力作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降沉降。 离心产生的固体浓缩物和过滤产生的浓缩不离心产生的固体浓缩物和过滤产生的浓缩不同：同： 通常情况下离心只能得到一种较为浓缩的悬浮通常情况下离心只能得到一种较为浓缩的悬浮液或浆体；而过滤获得水分含量较低的滤饼。液或浆体；而过滤获得水分含量较低的滤饼。 但是，对大多数生物发酵液以离心但但是，对大多数生物发酵液以离心但不能有效地过滤分离，所以离心往往是很有不能有效地过滤分离，所以离心往往是很有效的方法。效的方法。43常见的细胞分离方法常见的细胞分离方法 重力沉降重力沉降 离心沉降离心沉降 过滤过滤 当一固体微粒通过

20、无限连续介质时，它的运当一固体微粒通过无限连续介质时，它的运动速度受两种力的影响：动速度受两种力的影响： 浮力作用浮力作用 流体阻力作用流体阻力作用一、颗粒沉降（一、颗粒沉降（Sedimentation） 什么情况下颗粒在流体中会发生沉降过程？什么情况下颗粒在流体中会发生沉降过程？ （一）重力沉降（一）重力沉降 由地球引力作用而发生的颗粒沉由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降降过程，称为重力沉降 当一个球形颗粒放在静止流体中，颗粒当一个球形颗粒放在静止流体中，颗粒密度大于流体密度时，则颗粒将在重力作用密度大于流体密度时，则颗粒将在重力作用下作沉降运动。下作沉降运动。 设颗粒的初速度

21、为零，则颗粒最初只受重设颗粒的初速度为零，则颗粒最初只受重力力Fg与浮力与浮力Fb的作用。的作用。重力向下，浮力向上。重力向下，浮力向上。 Fb 浮力浮力 Fg 重力重力根据根据沉降作用力沉降作用力可分为：可分为：重力沉降、离心沉降重力沉降、离心沉降（一）重力沉降（一）重力沉降当作用于颗粒上的这两个外力之和不等当作用于颗粒上的这两个外力之和不等于零时，颗粒将产生加速度。当颗粒开于零时，颗粒将产生加速度。当颗粒开始下沉时，受到流体向上作用的阻力。始下沉时，受到流体向上作用的阻力。 Fb 浮力浮力 Fd 阻力阻力 Fg 重力重力根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律，得到颗粒，得到颗粒直径为直径为d、颗

22、粒密度为颗粒密度为s的的重力沉降运动基本方程式：重力沉降运动基本方程式：（1）球形颗粒的自由沉降速度）球形颗粒的自由沉降速度gdFs3g6 重力：重力：（a）gdF 3b6 浮力：浮力：（b） t u u0加速段加速段匀速段匀速段 颗粒做匀速运动，沉降速度恒定不变，该速度称为颗粒做匀速运动，沉降速度恒定不变，该速度称为自由自由沉降速度沉降速度。达到恒定的沉降速度时，合力为：。达到恒定的沉降速度时，合力为： 042662203s3 madugdgdF 42220dduF 阻力：阻力：（c）阻力系数阻力系数 Fb 浮力浮力 Fd 阻力阻力 Fg 重力重力042662203s3 madugdgdF

23、34s0gdu （球形颗粒的自由沉降速度）（球形颗粒的自由沉降速度）（2）阻力（曳力）系数（）阻力（曳力）系数（Drag coefficient） 与流体的流动阻力系数类似，阻力（曳力）系数与颗粒与流体的流动阻力系数类似，阻力（曳力）系数与颗粒沉降雷诺数有关，即沉降雷诺数有关，即)(Re0f 00Redu 注意：其中注意：其中d为颗粒直径，为颗粒直径，u0为颗粒的沉降速度，为颗粒的沉降速度，、分别分别为流体的密度与粘度。为流体的密度与粘度。 依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉降运依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生沉降运动，称为离心沉降。动，称为离心沉降。适于分离两相密度差较小，适于分离两

24、相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。颗粒粒度较细的非均相物系。 由重力沉降知，由重力沉降知，当颗粒较小时，其沉降速度小当颗粒较小时，其沉降速度小，需要较大的沉降设备。为了提高生产能力，需要较大的沉降设备。为了提高生产能力，使用离心沉降。因为离心力比重力大千倍或万使用离心沉降。因为离心力比重力大千倍或万倍。倍。（二）（二）离心沉降离心沉降 颗粒离心沉降的速度方向是由圆心沿径向指向外周，但由于颗粒离心沉降的速度方向是由圆心沿径向指向外周，但由于颗粒和流体同时做圆周运动，颗粒的实际运动轨迹是一个半颗粒和流体同时做圆周运动，颗粒的实际运动轨迹是一个半径逐渐扩大的螺旋线。离心沉降速度并不是颗粒的实际

25、运动径逐渐扩大的螺旋线。离心沉降速度并不是颗粒的实际运动速度，只是其在径向上的分量。速度，只是其在径向上的分量。 r1r2ArCBuruut颗粒在旋转流颗粒在旋转流体中的运动体中的运动（1 ）球形颗粒的离心沉降速度（）球形颗粒的离心沉降速度（u）重力场重力场离心力场离心力场力场强度力场强度重力加速度重力加速度gut2/R 方向方向指向地心指向地心 沿旋转半径从中心指向外周沿旋转半径从中心指向外周 Fg=mg RumFTC2作用力作用力 惯性离心力场与重力场的区别惯性离心力场与重力场的区别沉降速度沉降速度恒定恒定变化变化离心加速度离心加速度（离心力场强度）（离心力场强度）直径为直径为d的球形粒子

26、在流体中作匀速圆周运动，的球形粒子在流体中作匀速圆周运动，切线速度为切线速度为uT； 径向速度径向速度ur； 旋转半径为旋转半径为R粒子密度为粒子密度为s； 流体密度为流体密度为 惯性离心力（与重力相当）惯性离心力（与重力相当）: 向心力向心力(与重力场中的浮力相当与重力场中的浮力相当): 阻力阻力(与颗粒径向运动方向相反与颗粒径向运动方向相反): 径向受力分析径向受力分析RudTs236RudT2362422rud（指向中心）（指向中心）（指向中心）（指向中心）ur uTuR（中心指向外周（中心指向外周 ）三力达到平衡，则：三力达到平衡，则：RudTs236RudT23602422rud 平

27、衡时颗粒在平衡时颗粒在径向径向上相对于流体的运动速度上相对于流体的运动速度ur便是此位置便是此位置上的上的离心沉降速度（绝对速度在径向上的分量离心沉降速度（绝对速度在径向上的分量）。RuduTsr234离心沉降速度表达式离心沉降速度表达式 gdust3)(4重力沉降速度表达式重力沉降速度表达式两者区别在于两者区别在于加速度的不同，一个是加速度的不同，一个是“ut2/R”， 一个是一个是“g” 。（2 ）离心分离因数（）离心分离因数（Kc ) 同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为度的比值为 ：cTtrKgRuuu2 比值比值K

28、c就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比称为强度之比称为离心分离因数离心分离因数。 例如；当旋转半径例如；当旋转半径R=0.4m，切向速度切向速度uT=20m/s时，求分时，求分离因数。离因数。1022gRuKTc 分离因数是离心分离设备的重要指标。某些高速离心机分离分离因数是离心分离设备的重要指标。某些高速离心机分离因数值可高达数十万。旋风或旋液分离器的分离因数一般在因数值可高达数十万。旋风或旋液分离器的分离因数一般在52500之间。之间。 表明离心沉降速度是沉降速度的百倍，因此离心沉降设表明离心沉降速度是沉降速度的百倍，因此离心沉降

29、设备分离效果远高于重力沉降设备。备分离效果远高于重力沉降设备。原理原理 离心分离是基于固体颗粒和周围离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，液体密度存在差异，在离心场中使不同在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。 动植物细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分动植物细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分离等常用离心分离。离等常用离心分离。离离心心力力与与离离心心转转速速的的换换算算RCF和和rpm之间可以相互换算之间可以相互换算 rpm revolutions per minute，每分钟转，每分钟转数，数，r/min RCFrelative centrifu

30、gal force，相对离心，相对离心力力 一般情况下，低速离心时常以转速一般情况下，低速离心时常以转速“rpm”来表示，高速离心时则以来表示，高速离心时则以“g” 表表示。示。 通常通常离心力离心力常用常用地球引力的倍数地球引力的倍数来表示，来表示，因而称为因而称为相对离心力相对离心力 “ RCF ”。或者用数字乘。或者用数字乘“g”来表示，例如来表示，例如25000g，则表示相对离心，则表示相对离心力为力为25000。 相对离心力是指在离心场中，作用于颗粒的相对离心力是指在离心场中，作用于颗粒的离心力离心力相当于地球重力的倍数相当于地球重力的倍数，单位是重力，单位是重力加速度加速度“g”，

31、此时，此时“RCF”相对离心力用下式相对离心力用下式计算：计算：RCF = 1.119105(rpm)2 r 由上式见，只要给出旋转半径由上式见，只要给出旋转半径r，则，则RCF和和rpm之间以相互换算。之间以相互换算。 计算颗粒的相对离心力时，应注意离心管与旋转轴中计算颗粒的相对离心力时，应注意离心管与旋转轴中心的距离心的距离“r”不同，即沉降颗粒在离心管中所处位置不同，即沉降颗粒在离心管中所处位置不同，则所受离心力也不同。因此在报告超离心条不同，则所受离心力也不同。因此在报告超离心条件时，通常总是用地心引力的倍数件时，通常总是用地心引力的倍数“g”代替每分钟代替每分钟转数转数“rpm”，因

32、为它以真实地反映颗粒在离心管，因为它以真实地反映颗粒在离心管内不同位置的离心力及其动态变化。科技文献中离内不同位置的离心力及其动态变化。科技文献中离心力的数据通常是指其平均值（心力的数据通常是指其平均值（RCFa v），即离心），即离心管中点的离心力。管中点的离心力。 为便于进行转速和相对离心力之间的换算，为便于进行转速和相对离心力之间的换算，Dole 和和Cotzias 利用利用RCF的计算公式，制作了的计算公式，制作了转速转速“rpm”、相对离心力、相对离心力“RCF”和旋转半径和旋转半径“r”三者关系的列线图三者关系的列线图。换算时，先在。换算时，先在r标尺上标尺上(单单位位rpm)取已

33、知转速，取已知转速， 在在RCF标尺上取已知的离标尺上取已知的离心半径心半径(单位单位cm)，将这两点间划一条直线，与，将这两点间划一条直线，与图中图中g标尺上的交叉点即为相应的相对离心力标尺上的交叉点即为相应的相对离心力数值。数值。 （一）离心机的种类与用途（一）离心机的种类与用途对于常速和高速离心机，由于所分离的颗对于常速和高速离心机，由于所分离的颗粒大小和密度相差较大，粒大小和密度相差较大，只要选择好离心只要选择好离心速度和时间速度和时间，就能达到分离效果。，就能达到分离效果。超速离心的离心方法：差速离心、密度梯超速离心的离心方法：差速离心、密度梯度离心和等密度梯度离心。度离心和等密度梯

34、度离心。 1. 差速离心分级差速离心分级2.区带离心区带离心 （密度梯度离心）（密度梯度离心） 差速区带离心差速区带离心 平衡区带离心平衡区带离心1.1.差速离心差速离心: : 工业上最常用的离心分离方法工业上最常用的离心分离方法实验室常用的转子实验室常用的转子按离心机的作用方式：按离心机的作用方式：斜角式斜角式平抛式平抛式管式管式蝶式蝶式螺旋式螺旋式多室多室（三）离心机的种类与用途（三）离心机的种类与用途（1 1）斜角式离心机）斜角式离心机v是一类结构最简单的实验室常用离心机，是一类结构最简单的实验室常用离心机，v指离心管腔与转轴成一定倾角的转子；指离心管腔与转轴成一定倾角的转子；v颗粒在角

35、转子中沉降时，颗粒在角转子中沉降时，先沿离心力方向撞向离心管，先沿离心力方向撞向离心管，然后再沿管壁滑向管底，然后再沿管壁滑向管底，因此管的一侧会出现颗粒沉积因此管的一侧会出现颗粒沉积。（1 1）斜角式离心机）斜角式离心机结构稳定，结构稳定，可装载较多的样品可装载较多的样品使用较高的转速。使用较高的转速。加速或减速时，对样品加速或减速时，对样品 有搅动。有搅动。大容量冷冻离心机大容量冷冻离心机(2(2）平抛式离心机）平抛式离心机v一类结构简单的实验室常用的低中速离心机，一类结构简单的实验室常用的低中速离心机，转速一般在转速一般在 3000-6000rpm3000-6000rpm。v 转子活动管

36、套内的离心管，静止时垂直挂在转转子活动管套内的离心管，静止时垂直挂在转头上，旋转时随着转子转动，从垂直悬吊上升到头上，旋转时随着转子转动，从垂直悬吊上升到水平位置。水平位置。v转头结构复杂，最高转头结构复杂，最高 转速相对要低转速相对要低v容量也小一些。容量也小一些。 ( (）管式离心机）管式离心机 管式离心机是一种分离效率很高的离心分管式离心机是一种分离效率很高的离心分离设备，其转鼓细长，可在离设备，其转鼓细长，可在15000-5000015000-50000的高的高转速下工作。设备简单、操作稳定。转速下工作。设备简单、操作稳定。适用范围适用范围 细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、核酸等。特别适合一