如图2-6所示,离心机有各种各样的类型,结构也越来越复杂,但基本结构大同小异,一般都由驱动系统、离心室和离心转头组成。高速离心机和超速离心机都带有制冷系统(以消除高速旋转转头与空气之间摩擦而产生的热量)、控制系统、防护系统等,超速离心机还装有真空系统。
(一)驱动系统
驱动系统是离心机的心脏,包含电动机,是提供离心机动力的重要组成部分。不同类型驱动系统有不同寿命限制,在使用时应注意使用年限或累积的总转数。驱动系统的类型主要分为电机驱动、油轮驱动、空气旋涡驱动和磁悬浮驱动。
(二)离心室
老式离心机的离心室上盖装有电源开关,当盖上离心室盖后,电机才能启动,可以确保安全。新式离心机的离心室都装有电磁锁,在电机运行前将上盖锁住,离心结束转头停稳后,将室内压力降到大气压时,才能将盖打开。
(三)离心转头
1. 转头的类型
根据转头的结构和用途主要分为固定角转头、水平转头、垂直转头,还有近垂直转头、区带转头、连续流转头和酶标板转头等。
(1)固定角转头。
离心管在离心机中放置的位置与旋转轴心形成一个固定的角度,角度在14°~40°变化,常见的角度有20°、28°、34°及40°等。固定角转头的重心低,转速可较高,样品粒子穿过溶剂层的距离略大于离心管的直径;又因为有一定的角度,故在离心过程中撞到离心管外壁的粒子沿着管壁滑到管底形成沉淀,这就是“管壁效应”,此效应使最后在管底聚成的沉淀较紧密。
(2)水平转头。
图2-6 离心机(www.daowen.com)
此类转头静止时,处在转头中的离心管中心线与旋转轴平行,而在转头旋转加速时,离心管中心线由平行位置逐渐过渡到垂直位置,即与旋转轴成90°角,粒子的沉淀方向同旋转半径方向基本一致,但也有少量的“管壁效应”。由于此类转头的重心位置较高,样品粒子沉降穿过溶剂层的距离大于直径。它对于多种成分样品分离特别有效,常用于速率区带离心和等密度离心。
(3)垂直转头。
离心管垂直插入转头孔内,在离心过程中始终与旋转轴平行,而离心时液层发生90°角的变化,从开始的水平方向改成垂直方向,转头降速时,垂直分布的液层又逐渐趋向水平,待旋转停止后,液面又完全恢复成水平方向。这是因为在进行密度梯度离心前,由于重力的作用,垂直转头的粒子沉淀距离等于离心管的直径,离心分离所需的离心力最小,适用于速率区带离心和等密度离心,但一般不用于差速离心。
2. 离心管及其管帽
离心管及其管帽是转头的重要附件。制造离心管的材料主要有塑料和不锈钢。塑料离心管常用材料有聚乙烯(PE)、聚碳酸酪(PC)、聚丙烯(PP)等。塑料离心管都有盖,离心前管盖必须盖严,倒置不漏液。塑料离心管的优点是透明或半透明、硬度小,缺点是易变形、抗有机溶剂的腐蚀性差、使用寿命短。不锈钢离心管强度大,不变形,能抗热、抗冻、抗化学腐蚀,但用时也应避免接触强腐蚀性的化学药品。
(四)制冷系统
高速离心机和超速离心机都带有制冷系统,以冷却离心腔,保持在较低的温度下离心。制冷系统主要由温度传感器和制冷器组成,以前多采用氯氟烃(Chloro fluoro carbon,CFC)制冷,现在主要采用半导体固态制冷。
(五)真空系统
超速离心机通过制冷系统还不足以抵消转头与空气摩擦产生的大量热量,因此设计了真空系统。转速一般在60 000 r/min以下的超速离心机,只使用简单的机械油泵来抽真空;转速在60 000 r/min以上的超速离心机,要使用机械油泵加油扩散二级真空系统。真空系统给操作、维修和保养带来许多不便,因此,高速离心机和低速离心机中均不使用真空系统。
(六)控制系统
控制系统是离心机的指挥中心,各种设定的参数通过控制系统来执行,主要有速度控制、温度控制和真空度控制。
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