臺式高速離心機的核心原理是利用高速旋轉產生的強大離心力,迫使混合物中密度不同的成分產生不同沉降速度,從而實現分離。
1.離心力的產生:設備通過電機驅動轉子高速旋轉(轉速通常為10000-25000rpm),轉子帶動內部的樣品離心管做圓周運動。運動過程中會產生遠超重力的離心力(通常以重力加速度g的倍數衡量,可達數千g),為成分分離提供動力。
2.沉降分離的關鍵:密度差異
混合物中各成分的密度不同,在相同離心力作用下,會產生不同的沉降速度:
密度大于周圍介質(如溶液)的成分(如細胞、固體顆粒),會受到指向轉子外側的離心力,向離心管底部沉降。
密度小于周圍介質的成分(如油脂、氣泡),會受到指向轉子中心的浮力,向離心管頂部上浮。
密度相近的成分,則需通過調整轉速或延長離心時間,依靠微小的沉降速度差異實現分離。
3.沉降系數(S)的影響
沉降系數是衡量物質沉降速度的指標,與物質的質量、形狀、密度,以及介質的密度、黏度相關。簡單來說,質量越大、形狀越規則(如球形)的物質,沉降系數越大,越容易快速沉降,這也是分離不同大小細胞器(如細胞核、線粒體)的核心依據。
臺式高速離心機的的核心結構設計均圍繞“強化離心力作用”和“確保分離穩定性”展開,各部件與原理的配合如下:
轉子:作為承載樣品的核心部件,其形狀(如角轉子、水平轉子)決定了離心力的方向和作用方式。例如,角轉子可讓離心力直接作用于樣品,加速沉降;水平轉子在旋轉時會讓離心管水平放置,增大沉降面積。
電機與控制系統:通過高精度電機實現轉子的高速穩定旋轉,同時控制系統準確調節轉速、時間和溫度,確保離心力大小和作用時長符合分離需求,避免因轉速波動影響分離效果。
安全門鎖與減震系統:高速旋轉產生的離心力大,安全門鎖可防止設備運行時艙門意外打開,減震系統則減少轉子不平衡帶來的震動,保障設備穩定運行,間接確保離心力均勻作用于樣品。
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