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臨床生物化學

常用分析技術在臨床生物化學中的應用 離心技術的應用 基本原理的分類 離心分離方法 分析性超速離心

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（一）基本原理

⒈離心力（centrifugal force，Fc）離心作用是根據在一定角度速度下作圓周運動的任何物體都受到一個向外的離心力進行的。離心力（Fc）的大小等于離心加速度ω²X與顆粒質量m的乘積，即：

其中ω是旋轉角速度，以弧度/秒為單位；X是顆粒離開旋轉中心的距離，以cm為單位；m是質量，以克為單位。

⒉相對離心力（relative centrifugal force，RCF）由于各種離心機轉子的半徑或者離心管至旋轉軸中心的距離不同，離心力而受變化，因此在文獻中常用“相對離心力”或“數字×g”表示離心力，只要RCF值不變，一個樣品可以在不同的離心機上獲得相同的結果。

RCF就是實際離心場轉化為重力加速度的倍數。

式中X為離心轉子的半徑距離，以cm為單位；g為地球重力加速度（980cm/sec²）；n為轉子每分鐘的轉數（rpm）。

在上式的基礎上，Dole和Cotzias制作了與轉子速度和半徑相對應的離心力的轉換列線圖，見圖16-4，在用圖16-4將離心機轉數換成相對離心力時，先在離心機半徑標尺上取已知的離心機半徑和在轉數標尺上取已知的離心機轉數，然后將這兩點間劃一條直線，在圖中間RCF標尺上的交叉點，即為相應的離心力數值。例已知離心機轉數為2500rpm，離心機的半徑為7.7cm，將兩點連接起來交于RCF標尺，此交點500×g即是RCF值。

⒊沉降系數（sedimentation coefficient，s）根據1924年Svedberg對沉降系數下的定義：顆粒在單位離心力場中粒子移動的速度。

若ω用2πn/60表示，則

式中X₁為離心前粒子離旋轉軸的距離；X₂為離心后粒子離旋轉軸的距離。S實際上時常在10^-13秒左右，故把沉降系數10^-13秒稱為一個Svedberg單位，簡寫S，量綱為秒。

⒋沉降速度（sedimentation velocity）沉降速度是指在強大離心力作用下，單位時間內物質運動的距離。

式中r為球形粒子半徑；d為球形粒子直徑；η為流體介質的粘度；ρ_P為粒子的密度；ρ_m為介質的密度。

從上式可知，粒子的沉降速度與粒子直徑的平方、粒子的密度和介質密度之差成正比；離心力場增大，粒子的沉降速度也增加，將此式代入上項沉降系數公式中，則S的表示式也可表示為：

從該式中可看出，①當ρ_P＞ρ_m，則S＞0，粒子順著離心方向沉降。②當ρ_P＝ρ_m，則S＝0，粒子到達某一位置后達到平衡。③當ρ_P＜ρ_m，則S＜0，粒子逆著離心方向上浮。

⒌沉降時間（sedimentation time，Ts）在實際工作中，常常遇到要求在已有的離心機上把某一種溶質從溶液中全部沉降分離出來的問題，這就必須首先知道用多大轉速與多長時間可達到目的。如果轉速已知，則需解決沉降時間來確定分離某粒子所需的時間。

根據沉降系數（S）式可得：

圖16-4　離心力的轉換列線圖

將左側r點與右側n點連成一條直線，與中間RCF相交的

點即為相對離心力(×g)RCF=1.118×10²×r×n²。

積分得

式中X₂為離心轉軸中心至離心管底內壁的距離；X₁為離心轉軸至樣品溶液彎月面之間的距離，那么樣品粒子完全沉降到底管內壁的時間（t₂－t₁）用Ts表示則式可改為：

式中Ts以小時為單位，S以Svedberg為單位。

⒍K系數（k factor） K系數是用來描述在一個轉子中，將粒子沉降下來的效率。也就是溶液恢復成澄清程度的一個指數，所以也叫“cleaning factor”。原則上，K系數愈小的，愈容易，也愈快將粒子沉降。

其中R_max為轉子最大半徑；R_min為轉子最小半徑。由其公式可知，K系數與離心轉速及粒子沉降的路徑有關。所以K系數是一個變數。當轉速廢，或者離心管的溶液量不同，即粒子沉降的路徑改變時，K系數就改變了。通常，離心機的轉子說明書中提供的K系數，都是根據最大路徑及在最大轉速下所計算出來的數值。如果已知粒子的沉降系數為80S的Polysome，采用的轉子的K系數是323，那么預計沉降到管底所需的離心時間是T＝k/S＝4h，利用此公式預估的離心時間，對水平式轉子最適合；對固定角式轉子而言，實際時間將比預估的時間來得快些。

（二）分類

根據離心原理，按照實際工作的需要，目前已設計出許多離心方法，綜合起來大致可分三類。

⒈平衡離心法根據粒子大小、形狀不同進行分離，包括差速離心法（differential velocitycentrifugation）和速率區帶離心法（rate zonal centrifugation）。

⒉等密度離心法（jsopycnic centrifugation）又稱等比重離心法，依粒子密度差進行分離，等密度離心法和上述速率區帶離心法合稱為密度梯度離心法。

⒊經典式沉降平衡離心法用于對生物大分子分子量的測定、純度估計、構象變化等。

離心技術的應用 | 離心分離方法

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