離心機是通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場對不同沉淀系數(shù)混合物質(zhì)進行快速分離、濃縮和提純的專門設(shè)備，集機械、電氣、力學、制冷、真空、生物化學等多學科于一體的科學儀器，廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、食品衛(wèi)生、生物醫(yī)學工程、動植物研究及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域，對生物細胞、病毒、血清、蛋白，有機物、無機物溶液、懸浮液及膠體等樣品進行分離、濃縮、純化和提取等制備工作 [1-2]。
1 離心機的原理
1.1 離心力
離心力（centrifugal force， Fc）就是利用物質(zhì)沉降原理將裝有樣品溶液的離心管的轉(zhuǎn)頭置于離心軸上，通過轉(zhuǎn)頭繞軸高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的強大離心作用力，使樣品中不同性質(zhì)顆粒按其密度或形狀大小相互分離 [1,3]。根據(jù)物理學勻速圓周運動規(guī)律，置于轉(zhuǎn)頭中的離心管內(nèi)的物質(zhì)顆粒在離心場中都受到一個向外的的離心合力：
Fc=mω2r （1）
其中，ω為角速度，ω=2πn/60，n為轉(zhuǎn)頭每分鐘的轉(zhuǎn)速（r/min），r為離心管與轉(zhuǎn)軸的距離（cm），即離心半徑。
1.2相對離心力
由于各種離心機轉(zhuǎn)子的半徑或者離心管至轉(zhuǎn)軸中心距離不同，顆粒所受的離心力也不同，物質(zhì)顆粒除受離心力作用外，還受到重力 P的影響。因此，超速離心中國際上近年來采用相對離心力（relative centrifugal force， RCF），也就是離心機所產(chǎn)生的離心加速度和地球重力加速度的倍數(shù)值，單位為重力加速度 g（g=9.8m/s2），來表達離心機轉(zhuǎn)速 [3]。
任何一個離心機轉(zhuǎn)子都可以通過公式（2）計算出最大半徑（rmax）、最小半徑（rmin）和平均半徑（rav）或任意位置的相對離心力大小。
一般情況下，離心條件選用rav時的相對離心力。
1.3 沉降系數(shù)
樣品中的物質(zhì)顆粒，在重力場或離心力場中沉
降或上浮，同時受到介質(zhì)浮力及摩擦力的影響，沉降速度發(fā)生變化，也就是顆粒在單位離心力作用下的沉降速度被稱為顆粒的沉降系數(shù)（sedimentation coefficient，s）。
其中 v為顆粒在離心場中的沉降速度；d表示物質(zhì)顆粒的直徑； ρp和 ρm分別為物質(zhì)顆粒和溶劑的密度；η為溶劑的黏性系數(shù)。
不同的物質(zhì)顆粒，其沉降系數(shù)各不相同，可以通過公式（3）計算 s值，也可以查有關(guān)文獻得到所需物質(zhì)的s值。
1.4 沉降時間和 k系數(shù)
在離心機上把樣品中的物質(zhì)顆粒從溶液中全部沉降分離出來的時間稱為沉降時間（sedimentation time，t），統(tǒng)一稱為離心時間。
其中 rb離心機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸到離心管底的距離， rm為旋轉(zhuǎn)軸到離心管液面的距離。通過轉(zhuǎn)速可以計算出從離心管表面沉降到離心管底的時間（t）。
k系數(shù)（kfactor）為轉(zhuǎn)子系數(shù)，是用來描述轉(zhuǎn)子中物質(zhì)顆粒沉降下來的效率，是溶液恢復到澄清程度的一個指數(shù)，也稱為“cleaning factor”[1]。
t=k/s
常見離心技術(shù)參數(shù)是：離心速度 n、相對離心力 FC、離心時間 t、離心溫度 T和沉降系數(shù) s等，這幾
這幾個方面也是影響分離效果的主要因素。操作離心時，最主要是選擇待分離樣品的離心速度、離心力和離心時間。
通過以上公式，根據(jù)所選的轉(zhuǎn)速，就可以計算出 k值，進而就可以計算出所離心樣品需要的離心時間。
2 離心機的分類
離心機是實驗室常見的分離儀器，式樣和型號比較多，按溫度可分為冷凍離心機和常溫離心機。
按容量可分為微量離心機、大容量離心機和超按外型可分為臺式離心機和落地式離心機 [4]。按用途可分為分析式離心機和制備式離心機。按轉(zhuǎn)速可分為低速離心機＜ 8000 r/min，主要
用于血液或細胞制備、蛋白質(zhì)和酶沉淀物的分離，由
于不能產(chǎn)生足夠大的離心力場，不能分離超小粒子
（如病毒，DNA分子）和大分子，或進行密度梯度離心；高速離心機 8000～30000 r/min，能分離病毒、細菌、細胞核、細胞膜、線粒體以及 DNA制備等；超速離心機30000～80000 r/min和超高速離心機＞80000 r/min，配合光學儀器，可作分子量測定、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其聚集狀態(tài)分析和化合物純度檢定 [5]。近年來，隨著世界衛(wèi)生組織（WHO）以及歐盟
（COS）與美國食品藥物管理局（FDA）的藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）認證規(guī)范，在國內(nèi)的生物工程及醫(yī)藥行業(yè)進行 GMP認證，產(chǎn)生了適用于制藥和生物工程的 GMP新型離心機，主要有 6大組成部分：密封系統(tǒng)、氣體抽除裝置、離心機主體、減震墊、減震系統(tǒng)以及新型機座，具有防污染、防爆和密封性好等功能[6-8]。如何選用離心機？按生物高分子的分子量來選用 [3,9]：分子量＞ 10 8，用普通離心機和高速離心機；分子量＞ 10 4～10 8，用超速離心機；分子量＜ 10 4，用離心和超速分離效果不好，必須采用另外的分離方法。
3 離心機的操作及注意事項
1 離心機應(yīng)水平放置。在離心機投入使用前，或移動過位置以及常時間離心后，必須進行離心機水平調(diào)整，否則會引起轉(zhuǎn)頭運轉(zhuǎn)嚴重不平衡；距墻10cm以上，并保持良好的通風環(huán)境，免受熱源和太陽光線的直接照射，室內(nèi)溫度不宜超過 30℃，否則會影響冷凍離心機制冷效果 [9]。
2 嚴格按照離心機操作規(guī)程使用，超速離心機應(yīng)在專門管理人員操作下使用。
3 絕對不允許超過轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)數(shù)、能承受的最大離心力和最大允許速度使用；不能在高速運轉(zhuǎn)時使用低速度轉(zhuǎn)子[10]。
4 不要超過離心所允許的密度1.2g/mL，當分離物的密度＞ 1.2g/mL時，必須按以下公式計算轉(zhuǎn)頭分離物品的最高轉(zhuǎn)速
在離心管重量平衡后對稱放入轉(zhuǎn)子內(nèi)，否則在非對稱的情況下負載運行，就會使軸承產(chǎn)生離心偏差，引起離心機劇烈振動，嚴重的會使離心機轉(zhuǎn)軸斷裂。在超速離心時離心管有要求對號入座的，平衡后對稱放入，使用水平轉(zhuǎn)子時，一定要檢查離心管是否掛牢，務(wù)必按對應(yīng)的號碼放置離心管，離心管也專機使用，不能混用，否則會損傷轉(zhuǎn)頭。
（6）在使用離心管套時，必須全部裝入轉(zhuǎn)子內(nèi)。平衡時應(yīng)帶上管套，離心管套專機使用，不能在不同型號離心機之間混用。
（7）使用時準確組裝轉(zhuǎn)頭，小心地將轉(zhuǎn)頭放穩(wěn)在離心軸上。離心管平衡后對稱的放入轉(zhuǎn)頭內(nèi)，轉(zhuǎn)頭與軸承固定于一體，防止轉(zhuǎn)頭在高速時與轉(zhuǎn)軸發(fā)生松動，導致轉(zhuǎn)子飛離出離心機而發(fā)生意外。
（8）不使用帶傷的轉(zhuǎn)頭。使用前應(yīng)認真檢查轉(zhuǎn)頭是否有劃痕或被腐蝕，保證轉(zhuǎn)頭完好無損。
（9）使用前檢查轉(zhuǎn)頭的使用壽命，超過了使用壽命應(yīng)當停止或降級、減速使用。一般情況下，鋁轉(zhuǎn)頭的使用壽命在 1000次以上或 2500h左右，鈦轉(zhuǎn)頭在5000次以上或10000h左右。
（10）在允許的溫度范圍內(nèi)使用，對于鋁合金轉(zhuǎn)頭的使用溫度 0～25℃。
（11）將離心腔門或蓋子關(guān)好以及轉(zhuǎn)子蓋子擰緊。
（12）開機后，離心機轉(zhuǎn)速還未達到預(yù)置轉(zhuǎn)速時，操作者不要離開離心機，直到運轉(zhuǎn)正常方可離開，要隨時觀察運行情況。
（13）在運行中，當發(fā)現(xiàn)異常情況時必須立即按“STOP”鍵，進行適當處理。
（14）在運行過程中，突然停電，必須將電源切.
4 離心機的維護
（1）每周要開機一次，放一個轉(zhuǎn)頭在低速
心機運轉(zhuǎn)正常。
1 定期用水平儀放在離心軸或離心體上看是否水平，若不平，必須調(diào)整后才能使用。
2 每次使用離心機后，必須將轉(zhuǎn)頭馬上取出并清潔或晾干，放在通風的位置。
3 要定期給真空泵、擴散泵換油，使真空系統(tǒng)正常運行。
4 應(yīng)定期檢查整流碳刷和電刷的磨損情況，磨損過度的應(yīng)立即更換。
5 定期給離心轉(zhuǎn)軸涂抹潤滑脂，磨損過度的墊圈立即更換。離心機腔體蓋邊緣涂抹真空脂，防止密封圈老化，應(yīng)定期檢查有無變形。
6 每次使用離心機，必須作詳細記錄，一年作一次統(tǒng)計。對于超速離心機，整機和所用轉(zhuǎn)頭都有一定的壽命，整機保用 160億轉(zhuǎn)，鋁轉(zhuǎn)頭可用 1000次、2500h，鈦轉(zhuǎn)頭可使用 5000次、10000h，若到達壽命，必須降級或減速使用。
7 離心機的主要附件是轉(zhuǎn)頭和離心管等，使用時應(yīng)嚴格按其說明書使用，平時應(yīng)注意他們的清潔、消毒、保養(yǎng)，若轉(zhuǎn)頭離心孔、離心管底或壁上有明顯裂紋，就不能使用。
8 不同廠家的轉(zhuǎn)頭不能混用，應(yīng)該是配套使用，否則會減少轉(zhuǎn)頭的壽命，甚至損壞離心機。
5 離心機常見故障
1 真空度下降：真空度下降是常見的故障 [9]。對于高速和超速離心機，大部分都設(shè)真空裝置，目的是讓離心腔在運行狀態(tài)時處于中或高真空狀態(tài)，減少對轉(zhuǎn)頭的摩擦，使其平穩(wěn)運行。在真空度下降或抽不好時，需要檢查真空系統(tǒng)，一般是機械泵油臟、過少，將油更換，真空度就會恢復。
2 離心機不工作：一般離心機是采用串激電機來驅(qū)動轉(zhuǎn)頭，觀看碳刷接觸是否良好和磨損程度，磨損厲害的，需要更換碳刷。對于高速、超速離心機?？措x心條件是否選擇合適，檢查傳感部分、控制系統(tǒng)和顯示單元等，逐步檢查就可找出原因。
3 轉(zhuǎn)子卡住轉(zhuǎn)軸：對于小型或臺式離心機，很
或不涂抹潤滑油，轉(zhuǎn)子卡死在轉(zhuǎn)軸上，這樣會嚴重損傷離心軸和轉(zhuǎn)子。
（4）面板故障提示：對于高速、超速離心機，出現(xiàn)故障時，面板上都會出現(xiàn)故障提示并有報警，針對相應(yīng)的故障提示符號處理就能解決出現(xiàn)的問題。
總的來說，對離心機的使用要做到“問、聞、看、開、查”[9]?！皢枴本褪窃儐柺褂萌?，在故障前有無異常，有無由機身內(nèi)部發(fā)出的怪味（如電線燒焦的味道），以前是否發(fā)生過同類現(xiàn)象，上一次發(fā)生故障的時間，在操作過程中是否有違規(guī)操作的行為等?！奥劇本褪锹勗O(shè)備有無異常的味道，如燒糊電線的味道，發(fā)霉的味道?！翱础本褪遣榭丛O(shè)備的外觀是否完好，外殼是否有燒糊的痕跡，水泡過的痕跡，檢查轉(zhuǎn)子的磨損情況，密封圈的老化情況等?！伴_”就是將設(shè)備的外殼打開，對機器內(nèi)部進行仔細觀察?！安椤本褪菍C器進行一個系統(tǒng)的全面檢查，先易后難、先簡后繁、先外部后內(nèi)部，采用排除法，逐步檢查出故障的原因。
