旋转如何加快分离

离心机由驱动系统带动转子,使样品容器绕轴旋转。在随转子运动的参考系中,可以用向外的离心力描述颗粒的运动趋势;与此同时,介质带来的浮力和黏滞阻力也参与决定沉降。因而分离不是简单地把“重的物质甩出去”。

对于密度高于周围介质的颗粒,通常会出现向较大半径方向的沉降。移动速度还受颗粒形状、尺寸与流体黏度影响;同样质量的紧凑颗粒和细长颗粒,并不一定以相同速度移动。分析型超速离心机还可利用光学检测,跟踪这种分布变化,而不只是收集沉淀。

参考:[3]

转速不是离心场强度

每分钟转数描述旋转频率,相对离心场强度RCF则表示离心加速度相对于重力加速度的倍数。其大小与旋转半径成正比,与角速度的平方成正比,可写为RCF=ω²r/g。半径与转速必须一起给出,才有可比较的场强信息。

因此,同样转速的两个转子,如果样品所在半径不同,样品经历的离心场也不同;同一转子内,管顶和管底的半径也未必一样。文献中的最大、平均或其他参考半径应明确说明,不能把“多少rpm”直接当成“多少倍重力”。

参考:[1] [3]

不同分离模式依赖不同性质

差速离心利用沉降速率不同,分步获得沉淀和上清液,常用于细胞或亚细胞组分的分级。得到沉淀不代表纯化已经完成,因为原本靠近容器底部的小颗粒也可能与较快沉降的组分一起进入沉淀。

速率区带离心让样品在梯度介质中迁移,并在沉淀前观察不同区带,主要区分沉降行为。等密度离心则使组分在其浮力密度与当地介质密度匹配的位置形成带。后二者虽都能出现条带,判断依据却不同;不能见到分层就一概解释为“大分子在下、小分子在上”。

参考:[2] [3]

密度差成为生物学证据

1958年的梅塞尔森—斯塔尔实验把不同氮同位素标记与氯化铯密度梯度离心结合,比较复制过程中DNA的密度分布。经一轮复制出现中间密度带,随后出现轻带与中间带,这些结果成为支持DNA半保留复制的重要证据。

这一实例显示,离心机提供的是可测的物理分离,生物学结论还依赖标记方案、对照与解释。转子、介质和样品相互匹配,才构成完整实验;提高转速并非所有分离问题的通用答案。仪器操作还涉及机械强度、样品封闭和温控,原理说明不能替代具体型号的安全规范。

参考:[2] [4]