離心技術(centrifugation)是利用物體高速旋轉時產生強大的離心力，使置于旋轉體中的懸浮顆粒發(fā)生沉降或漂浮，從而使某些顆粒達到濃縮或與其他顆粒分離之目的。這里的懸浮顆粒往往是指制成懸浮狀態(tài)的細胞、細胞器、病毒和生物大分子等。

當分離懸濁液中的可溶部分和不溶性顆粒時，可使用離心機對樣品進行簡單、快速的離心分離，以代替耗時的過濾操作，此方法即為沉淀離心法。

1、沉淀離心法原理

沉淀離心通常使用固定的轉速(即離心力)，離心一定時間以達到分離的目的。沉淀離心中離心機轉速、轉子半徑及離心時間是決定分離效果的主要因素。離心沉淀樣品所需時間取決于樣品的沉降系數(shù)(s值)，沉降系數(shù)s的物理學意義是單位離心力作用下樣品的沉降速度。

故沉降系數(shù)s越大，顆粒沉降越快，所需時間越短，反之亦然。沉淀離心法是從懸濁液或乳濁液中分離樣品最常用的一種方法，主要用于去除溶液中懸浮的雜質，或通過離心沉淀收集懸浮于溶液中的顆粒物質。

2、沉淀離心法應用實例

利用沉淀離心法收集培養(yǎng)基中的大腸桿菌。用含有相應抗生素的LB培養(yǎng)基振蕩培養(yǎng)大腸桿菌過夜，將培養(yǎng)物轉移至1.5mL離心管內。用臺式固定角轉子離心機12000rpm離心1min，將上清液倒出，并用移液器吸取殘余培養(yǎng)基。剩下的沉淀即為大腸桿菌，可用于小提質粒、超聲破碎法粗提蛋白等實驗操作。

差速離心是根據顆粒大小和密度不同造成沉降速度(即沉降系數(shù))的差異，通過分級提高離心轉速或高速與低速離心交替進行，使具有不同質量的顆粒樣品(或大分子)從混合液中分批沉降至管底，從而實現(xiàn)分離目的。

該方法適用于混合樣品中各沉降系數(shù)差別較大的組分之間的分離，更準確地說是沉降系數(shù)差別在1至幾個數(shù)量級的混合樣品的分離，差別越大，分離效果越好。

1、差速離心法原理

差速離心法一般采用固定角轉子，通過較低速度的離心沉淀，最重的顆粒將全部沉到管底。繼續(xù)將上清液以更高的轉速沉淀，即可得到次重的顆粒樣品。

逐步增加離心轉速，即可分別得到不同重量的樣品顆粒，以達到分離的目的。但以上只是理想狀態(tài)，通常每步得到的沉淀并不均一，通常會混有較輕的顆粒。這是因為在離心前各種重量的顆粒均勻分布在溶液中，當開始離心后，所有顆粒都依照自身的沉降速度向管底移動，所以距離管底較近的輕顆粒也會沉到管底而混合到重顆粒之中。

通常為了得到較純的顆粒樣品，還需要將沉淀重懸，用相同的轉速再次沉淀。重復幾次之后即可得到大小基本均一的顆粒。但是一般在實際使用中，差速離心通常不用于精細分離。僅用于s值相差1個數(shù)量級及以上的2種顆粒的分離。且沉淀不能實現(xiàn)完全回收。

2、差速離心法應用

差速離心技術的應用十分普遍，尤其是針對有生物活性的物質，如動植物病毒、各種亞細胞組分(細胞核、葉綠體、線粒體等)，以及核酸和蛋白質等生物大分子的分離、粗提和濃縮。

應用實例：馬鈴薯線粒體的制備。取馬鈴薯塊莖200g，加入2.5倍體積的勻漿緩沖液，勻漿后用4層紗布過濾。濾液經4000rpm離心10min，收集上清液。上清液13800g(相對離心力RCF，即重力加速度g的倍數(shù))離心15min收集沉淀，用緩沖液重懸并加入終濃度為15mmol/L的MgCl2。經DNase Ⅰ處理后，加入2倍體積的緩沖液，13800g離心15min收集沉淀，即為線粒體。

密度梯度離心法是使待分離樣品在密度梯度介質中進行離心沉降或沉降平衡，最終分配到梯度中某些特定位置上，形成不同區(qū)帶的分離方法，又稱區(qū)帶離心。

密度梯度離心不僅可依據樣品顆粒的重量及沉降系數(shù)進行分離，還可根據樣品顆粒的密度、形狀等特征進行分離。密度梯度離心在整個離心過程中只使用一種轉速，中途無需變更實驗參數(shù)，而差速離心則需要進行調整轉速、重懸反復離心等操作。

密度梯度離心適宜分離密度有一定差異的樣品，而差速離心則適用于分離混合樣品中各沉降系數(shù)差別較大的組分。

密度梯度離心的優(yōu)缺點：

密度梯度離心的優(yōu)點是：分離效果好，可一次性獲得較純的樣品顆粒;適應范圍廣，既可像差速離心法一樣分離具有沉降系數(shù)差異的顆粒，又能分離有一定浮力密度差的顆粒;顆粒會懸浮在相應的位置上形成區(qū)帶，而不會形成沉淀被擠壓變形，故能最大限度保持樣品的生物活性;樣品處理量大，且可同時處理多個樣品;對溫度變化及加減速引起的擾動不敏感。密

度梯度離心法的缺點是：離心時間長、需制備密度梯度介質溶液、對操作者的技能要求較高。密度梯度離心法通常采用吊桶式的水平轉子、區(qū)帶轉子及近垂直轉子。

根據梯度介質的濃度及顆粒在其中沉降的行為，密度梯度離心又分為速度區(qū)帶離心和等密度梯度離心。

速度區(qū)帶離心：

速度區(qū)帶離心所采用的密度梯度為預先制備好的、密度變化較為平緩的介質，且該介質的最大密度低于混合樣品顆粒的最小顆粒密度。待分離樣品添加在梯度介質的液面上，當樣品中不同顆粒間存在沉降速度差時(不需要像差速沉降離心法所要求大的沉降系數(shù)差)。

在一定的離心力作用下，大小、重量不同的顆粒將各自以一定的速度沉降，離心一段時問之后(通常不超過4h)，不同沉降系數(shù)的樣品顆粒逐漸分開，最后在密度梯度介質中形成一系列分界清晰的不連續(xù)區(qū)帶。

沉降系數(shù)越大的樣品顆粒，沉降速度越快，所呈現(xiàn)的區(qū)帶也越低，故整個離心過程必須在沉降系數(shù)最大的顆粒到達管底前結束。離心時間和離心速度的控制是速度區(qū)帶離心法成功與否的關鍵。

速度區(qū)帶離心法在分離密度相差不大、重量和大小區(qū)別較大的樣品(如核糖體等)時非常有效。但對于大小相近而密度不同的顆粒(如線粒體、溶酶體等)則不能用此法分離。此法梯度介質常用蔗糖、甘油及Ficoll(聚蔗糖)等，其中蔗糖最大濃度可達60%，密度可達1.28g/cm3，能夠滿足絕大部分生物樣品的分離需求。

等密度梯度離心：

等密度梯度離心通常采用密度梯度較陡的介質，且該梯度最大密度大于樣品混合顆粒中的最大密度，而最小密度低于樣品的最小密度，即樣品的密度范圍不能超過介質的濃度梯度范圍。

等密度梯度離心是根據樣品顆粒浮力密度的差異而加以分離的，密度差越大，分離效果越好，而分離效果與顆粒大小和形狀無關，但大小和形狀決定達到平衡的速度、時間和區(qū)帶寬度。加樣方式分為2種：①類似于速度區(qū)帶離心，即離心管中預先放置梯度介質，樣品直接加在梯度液面上;②樣品預先與梯度介質溶液混合后裝入離心管，通過離心介質自發(fā)形成密度梯度。

在離心過程中，樣品顆粒同時受到離心力場與浮力的共同作用而發(fā)生位移，最終二者達到平衡，即顆粒所在位置的介質密度等于其自身的浮力密度，故不同密度的顆粒會在離心管中富集成不連續(xù)的區(qū)帶。當體系到達平衡狀態(tài)后，樣品區(qū)帶的形狀和位置均不再受離心時間和轉速的影響。提高轉速可以縮短達到平衡的時間，離心所需時間以最小顆粒到達等密度點(即平衡點)的時間為基準，通常需十幾個小時，有時甚至長達數(shù)日。

等密度梯度離心法根據不同樣品的需求，梯度介質可選用堿金屬鹽類(如CsCl)、蔗糖、甘油及Percoll(膠體硅)等。其中CsCl最大密度可達1.7g/cm3，但由于具有較高的滲透壓，通常用于核酸等大分子的純化。然而，Percoll具有滲透壓低、粘度小、密度高等特點，適合分離活細胞。等密度離心通常用于分離純化核酸、病毒、蛋白復合體、亞細胞器等，并能從組織、血液及其他體液標本中分離純化出不同類型的細胞。

根據離心機相對離心力(RCF)上限及其主要應用，實驗室常用離心機大致可分為4類，見下表。

1、離心速度

在離心驅動系統(tǒng)帶動下轉頭旋轉的速度，單位為r/min。

2、相對離心力

物體以一定的角速度做圓周運動就產生離心力F=ω2r，但離心力要克服與其相垂直的地球重力以及樣品粒子的摩擦力、浮力影響(后兩者可忽略不計)，故以RCF表示，RCF=ω2r/980，等于在離心場中作用于樣本粒子上的離心力相當于地球重力的倍數(shù)，單位是重力加速度g，RCF=1 000g則是重力加速度的1000倍。

RCF的大小與離心速度及在離心容器中粒子距心軸的路徑(實際離心半徑)有關，即RCF=1.12r(n/1 000)2，故有最大、平均和最小RCF之分。樣品粒子能否得到有效分離主要取決于RCF，文獻中常給出最大或平均RCF為離心條件。

轉頭額定轉速所對應的RCF可以通過離心半徑RCF-RPM曲線換算，但精確RCF值還是建議查找生產廠轉頭參數(shù)表。

3、沉降系數(shù)S

是樣本粒子重要的物理化學參數(shù)，以Svedbergs值(S值=10-13 s)表示對應離心力樣品粒子的沉降速率，不同S值樣品粒子所需離心時間(完全沉降至容器底部)的表達式為t=1/Sω2·ln (rmax/rmin)。常見分離生物樣本的S值及參考離心條件，見下表。

4、K因數(shù)值

反映離心轉頭的效率，與其大小、材質和速度有關。利用K值可估算出某S值樣本粒子的沉降時間：t=K/S;K值越小，轉頭離心效率越高，粒子沉降所需時間短。

離心技術是一項重要的純化技術，廣泛應用于生物學、醫(yī)藥、化學等領域。針對不同的樣品，選擇適當?shù)碾x心純化方法，如沉淀離心法、差速離心法、密度梯度離心法、分析超速離心及離心淘洗等。有時需要聯(lián)合使用不同的方法。以達到進一步分析的目的，例如，可以通過差速離心進行初步純化，隨后使用密度梯度離心對樣品進行進一步的純化和濃縮，得到的高純度樣品可滿足大部分儀器檢測的需求。

離心現(xiàn)象指的是在做圓周運動的物體，當所受向心力突然消失或者是提供不了支撐物體繼續(xù)做圓周運動的向心力時產生的逐漸遠離圓心的移動。離心現(xiàn)象 做勻速圓周運動的物...[查看全部]

離心力是慣性力的一種，由于一切物質都具有“慣性”特性。雜技中的“火流星”，也是利用離心力使火流星旋轉而不會掉下來，人造地球衛(wèi)星也是利用它繞地球旋轉產生的離心力與地球對它的吸引力相平衡而不停地繞地運行，既不會掉回地面，也不會離開地球飛向宇宙空間。

離心力不是力，是離心加速度的外在表象，也是引起離心現(xiàn)象的原因。在物理學中，并沒有離心力的存在。離心力不是真正意義上的力。

力需要施力物體。真正意義上的力是不能脫離施力物體而存在的。而離心力恰巧就沒有施力物體。所以它并不是真正意義上的力。

力可以使物體具有加速度。反過來也一樣，加速度也可以等效為力。力總是與加速度相伴出現(xiàn)。力是引起運動狀態(tài)改變的原因，運動狀態(tài)改變就必然會有加速度。所以當一個物體具有加速度時和一個物體受力時，從效果上來講是沒有區(qū)別的。但是加速度真的可以脫離力而存在嗎?

確實，絕大多數(shù)情況，加速度是由力引發(fā)的。力與加速度可以說是因果關系，力為因，加速度是果。整個宇宙里沒有力而存在加速度的例子可以說是極少。離心加速度可以說是目前發(fā)現(xiàn)的唯一的特例。引發(fā)離心加速度的原因不是力，而是物體的慣性。

離心加速度存在于曲線運動中。為了使問題簡化，我們就通過對曲線運動的特例勻圓運動的討論來解釋。在勻圓運動中，物體圍繞著固定的圓心以恒定的速率做圓運動。物體在向心力的作用下其運動方向在不斷的改變。

然而物體有慣性，會努力維持自己原先的運動狀態(tài)。很顯然，慣性作用與向心力的作用是整相反的。向心力不斷的改變著物體的運動狀態(tài)，慣性也就不斷地進行阻礙。前面提到，有改變運動狀態(tài)的力，就必然有相應的加速度。勻圓運動中的向心加速度雖然方向在不斷的改變，但始終指向圓心，試圖將物體拉向圓心。

然而在勻圓運動中，眾所周知，物體始終與圓心保持相同的距離，也就是半徑不變。顯然，向心加速度并沒有得逞。那么就必然會有一個與向心加速度時刻方向相

離心鑄造是將熔融金屬澆入高速旋轉的金屬鑄型內，在離心鑄造機的作用下，鑄型高速旋轉，在其離心力的驅使下，冷卻結晶的一種鑄造成型方法。

鑄造是一種液態(tài)金屬成型的方法。鑄造的方法有很多種，最廣泛的應用是砂型鑄造，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術水平的不斷發(fā)展及人類社會對其應用的需要，對鑄造技術提出了一系列新的，更高的要求，歸納起來，主要有以下三方面：

1、不僅要求鑄件的生產批量增大，而且更加追求其質量的提高，如提高鑄件的表面光滑成度，及盡量減少各種類型的鑄造缺陷;

2、盡量簡化其工藝步驟，提高其生產效率，提高其自動化在造型中所占的比例，降低工人勞動強度;

3、把金屬材料的消耗降到最低，降低生產成本。

為了實現(xiàn)上述目地，近些年來，人們將傳統(tǒng)鑄造工藝與現(xiàn)代科學技術成果相結合的基礎上，又發(fā)明了多種鑄造方法，為了和傳統(tǒng)的砂型鑄造方法作以區(qū)分，除了傳統(tǒng)砂型方法外，都稱之為特種鑄造方法。常見的鑄造方法介紹：

①失臘鑄造;②金屬型鑄造;③低壓鑄造;④離心鑄造;⑤陶瓷型鑄造;⑥壓力鑄造;⑦消失熔鑄造;⑧磁型鑄造等。

特種鑄造在其造型所使用的材料，方法以及模具上都和傳統(tǒng)的砂型鑄造有著很大的不同。

離心鑄造從發(fā)明到現(xiàn)在以有七八十年的歷史了，直到上世紀初才逐步推廣于工業(yè)生產。直到40年代初期我國才開始運用離心鑄造方法來生產鑄鐵管。

而在現(xiàn)代，離心鑄造已經是一種應用廣泛的鑄造方法，尤其對生產盤環(huán)類及管套類鑄件生產得心應手。

離心鑄造還可用于諸如生產葉輪等異型鑄件、造紙、無縫管坯、雙金屬鑄件(如鋼套鑲銅軸承)、干燥滾筒等。離心鑄造機如今已實現(xiàn)了高度自動化、機械化，一些機械化離心鑄管廠已實現(xiàn)了十幾萬噸的年產量。

為使鑄型旋轉，離心鑄造就要在離心鑄造機上進行。根據鑄型旋轉空間位置的不同，離心鑄造機可分為立式與臥式兩大種類。

在立式離心鑄造機上，鑄型是繞垂直

離心現(xiàn)象指的是在做圓周運動的物體，當所受向心力突然消失或者是提供不了支撐物體繼續(xù)做圓周運動的向心力時產生的逐漸遠離圓心的移動。

做勻速圓周運動的物體，由于時刻受到向心力的作用，速度的方向不斷發(fā)生變化，從而維持物體沿圓周運動，此時物體所需的向心力應該滿足關系式F=mω2R或F=mv2/R。

如果物體的角速度(或線速度)增大，或者物體受到的向心力變小，即F mω2R或F mv2/R。那么，物體將不能在原來的圓周上運動，要逐漸遠離圓心而去：如果物體所需的向心力突然消失，即F=0，那么由于慣性，物體將沿切線方向飛出去，如下圖所示。

做勻速圓周運動的物體，在所受合力突然消失或者不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠離圓心的運動，這種運動叫做離心運動。

從字面上看，“離心”即遠離圓心，這是很籠統(tǒng)含混的，剖析開來應包括以下幾點：

1、發(fā)生離心現(xiàn)象的物體原來一定是向心的，即做圓周運動，否則談不到離心與否的問題。

2、離心狀況包括兩種：①沿更大的圓周軌道半徑運動，如汽車在光滑的路面上行駛，轉彎時打滑外行;②不再做圓周運動，沿切向直線飛出，如轉動濕漉漉雨傘時雨滴飛出的運動，以及工廠里轉動的砂輪與刀具磨出的砂粒的運動，等等。

1、向心力消失

向心力是可以改變物體的運動方向，若向心力突然消失，于是物體的運動方向不再被改變，由于物體的慣性，物體就會沿著切線方向飛出去。

2、向心力太小

向心力太小就不能讓物體保持做圓周運動的速度，速度方向受向心力而變化，但變化是較慢的，這時物體就會逐漸遠離圓心而做離心運動。

合力F不足以提供物體做圓周運動的向心力，包括兩種情況：原來物體做圓周運動，滿足關系式F=Fn=mv2/R。

當Fn不變、F減小時.F Fn mv2/R，原來的圓周運動被破壞，為了維持新的情況下的圓周運動，需減小