離心機(jī)轉(zhuǎn)速在20000r/min以上的稱為超速離心機(jī)。離心技術(shù)，特別是超速離心技術(shù)是分子生物學(xué)、生物化學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的手段。 

 

    1924年T.Svedberg和Rinde研制出世界上第一臺渦輪超速離心機(jī)以來，發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已廣泛地應(yīng)用到科學(xué)研究和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。現(xiàn)在離心機(jī)轉(zhuǎn)頭最高轉(zhuǎn)速已達(dá)100000r/min，最大離心力達(dá)700000g。 

 

    離心機(jī)作為一種手段，具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，超速離心機(jī)可在低溫下操作，保護(hù)了生物大分子的活性。制備型的離心機(jī)負(fù)載量大，一次可分離提純幾克樣品，比層析、 

 

    電泳上的樣品量大得多。分析離心機(jī)不僅可測物質(zhì)的分子量，還可檢驗物質(zhì)的純度、構(gòu)象、沉降系數(shù)等。因此離心技術(shù)在生物學(xué)研究中占有重要的地位，是分離、純 

 

    化細(xì)胞、病毒、蛋白、核酸和酶的最方便最有效的工具。 

 

    (二)離心機(jī)原理 

 

    當(dāng)含有細(xì)小顆粒的懸浮液靜置不動時，由于重力場的作用使得懸浮的顆粒逐漸下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液體小的粒子就會上浮。微粒在重力場下移 

 

    動的速度與微粒的大小、形態(tài)和密度有關(guān)，并且又與重力場的強(qiáng)度及液體的粘度有關(guān)。象紅血球大小的顆粒，直徑為數(shù)微米，就可以在通常重力作用下觀察到它們的 

 

    沉降過程。 

 

    此外，物質(zhì)在介質(zhì)中沉降時還伴隨有擴(kuò)散現(xiàn)象。擴(kuò)散是無條件的絕對的。擴(kuò)散與物質(zhì)的質(zhì)量成反比，顆粒越小擴(kuò)散越嚴(yán)重。而沉降是相對的，有條件的，要受到外力 

 

    才能運(yùn)動。沉降與物體重量成正比，顆粒越大沉降越快。對小于幾微米的微粒如病毒或蛋白質(zhì)等，它們在溶液中成膠體或半膠體狀態(tài)，僅僅利用重力是不可能觀察到 

 

    沉降過程的。因為顆粒越小沉降越慢，而擴(kuò)散現(xiàn)象則越嚴(yán)重。所以需要利用離心機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，才能迫使這些微粒克服擴(kuò)散產(chǎn)生沉降運(yùn)動。 

 

    離心就是利用離心機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開。離心力(F)的大小取決于離心轉(zhuǎn)頭的角速度(ω，r/min)和物質(zhì)顆粒距離心軸的距離(r，cm)。它們的關(guān)系是：F＝ω2R 

 

    為方便起見，F(xiàn)常用相對離心力也就是地心引力的倍數(shù)表示。即把F值除以重力加速度g(約等于9.8m/s2.)得到離心力是重力的多少倍，稱作多少個g。例如離心機(jī)轉(zhuǎn)頭平均半徑是6cm，當(dāng)轉(zhuǎn)速是60000 

 

    r/min時，離心力是240000×g，表示此時作用在被離心物質(zhì)上的離心力是日常地心引力的24萬倍。 

 

    因此，轉(zhuǎn)速r/min和離心力g值之間并不是成正比關(guān)系，還和半徑有關(guān)。同樣的轉(zhuǎn)速，半徑大一倍，離心力(g值)也大一倍。轉(zhuǎn)速(r/min)和離心力(g值)之間的關(guān)系可用下式換算： 

 

    式中：r為半徑(cm)，g為離心力(g值) 

 

    （三)超速離心機(jī)的離心方法 

 

    用離心方法分離生物大分子和亞細(xì)胞物質(zhì)的基本原理是根據(jù)它們在液體介質(zhì)中或者沉降速度不同而形成不同的區(qū)帶，或者它們的密度不同而停留在液體介質(zhì)中不同的位置而把它們一一分開。前者是沉降速度法，應(yīng)用該法時液體介質(zhì)的最大密度要小于樣品中最小顆粒的密度，離心時選用高轉(zhuǎn)速和短時間；后者是沉降平衡法，應(yīng)用該法時液體介質(zhì)的最大密度要大于樣品中最小顆粒的密度，離心時選用較低轉(zhuǎn)速和較長時間。實際操作有幾種形式： 

 

    1.差速離心這種方法是選擇不同轉(zhuǎn)速的離心，分別分離各個不同組分。例如先用低速沉降大顆粒和上清液，在高速離心上清沉降中等顆粒，最后超速離心上清沉降小顆粒。采用逐級提高離心力分離上情液的方法，把不同大小的顆粒分開。 

 

    這種方法比較簡單，方便。分離的組份沉到管底，因此可以迅速濃縮所要的組份，減少體積。但回收率和純度是有矛盾的，要提高回收率，勢必提高轉(zhuǎn)速或延長離心時間，這樣大小相近的顆粒也會沉到管底。因此該法多用于粗提純或初步濃縮樣品。 

 

    2.速度區(qū)帶(或速度梯度)離心本法是將樣品放在一個連續(xù)的密度梯度液體上，通過離心，大顆粒沉降快，小顆粒沉降慢。經(jīng)過一段時間，相同的顆粒就在同一深度 

 

    形成一條帶子，因此把各種組份分開來。它適用于分離密度相同、而大小不同的物質(zhì)，如不同的蛋白質(zhì)組份密度都差不多，但分子量不一樣，用本法很容易將其分 

 

    開。但對密度不同、大小類似的物質(zhì)則不易分離。 

 

    蔗糖梯度是一種常用的介質(zhì)。用不同濃度的蔗糖溶液(5%-60%)配成梯度，用于梯度離心。再分別進(jìn)行收集處于不同區(qū)帶里的各個組份。