離心是蛋白質(zhì)、酶、核酸及細(xì)胞亞組分分離的zui常用的方法之一，也是生化實(shí)驗(yàn)室中常用的分離、純化或澄清的方法。尤其是超速冷凍離心已經(jīng)成為研究生物大分子實(shí)驗(yàn)室中的常用技術(shù)方法。
離心機(jī)(centrifuge)是實(shí)施離心技術(shù)的裝置。離心機(jī)的種類很多，按照使用目的，可分為兩類，即制備型離心機(jī)和分析型離心機(jī)。前者主要用于分離生物材料，每次分離樣品的容量比較大，后者則主要用于研究純品大分子物質(zhì)，包括某些顆粒體如核蛋白體等物質(zhì)的性質(zhì)，每次分析的樣品容量很小，根據(jù)待測(cè)物質(zhì)在離心場(chǎng)中的行為(可用離心機(jī)中的光學(xué)系統(tǒng)連續(xù)地監(jiān)測(cè))，能推斷其純度、形狀和相對(duì)分子質(zhì)量等性質(zhì)。這兩類離心機(jī)由于用途不同，故其主要結(jié)構(gòu)也有差異。
離心原理
將樣品放入離心機(jī)轉(zhuǎn)頭的離心管內(nèi)，離心機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，樣品液就隨離心管做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，于是就產(chǎn)生了一個(gè)向外的離心力。由于不同顆粒的質(zhì)量、密度、大小及形狀等彼此各不相同，在同一固定大小的離心場(chǎng)中沉降速度也就不相同，由此便可以得到相互間的分離。
離心力和相對(duì)離心力
溶液中的固相顆粒做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)向外離心力，其定義為：
F = mω2r
式中：
F 為離心力的強(qiáng)度； m 為沉降顆粒的有效質(zhì)量；
ω 為離心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，其單位為rad/s；
r 為離心半徑(cm)，即轉(zhuǎn)子中心軸到沉降顆粒之間的距離。
很顯然，離心力隨著轉(zhuǎn)速和顆粒質(zhì)量的提高而加大，而隨著離心半徑的減小而降低。目前離心力通常以相對(duì)離心力Fcf 表示，即離心力F 的大小相對(duì)于地球引力(G)的多少倍，單位為g，其計(jì)算公式如下：
Fcf = 1.119×105(h)2r×g
可以看出，在同一轉(zhuǎn)速下，由于f 的不同，F(xiàn)cf相差會(huì)很大，實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般取平均值。在離心實(shí)驗(yàn)的報(bào)告中，F(xiàn)cf、r 平均、離心時(shí)間t 和液相介質(zhì)等條件都應(yīng)表示出來(lái)，因?yàn)樗鼈兌寂c樣品的沉降速度有直接的。顯然Fcf是一個(gè)只與離心機(jī)相關(guān)的參數(shù)，而與樣品并無(wú)直接的關(guān)系。
沉降速度與沉降系數(shù)
一個(gè)顆粒要沉降，它必須置換出位于它下方等體積的溶液，這只有當(dāng)顆粒的質(zhì)量大于被置換出的液體的質(zhì)量時(shí)才能通過(guò)離心的手段達(dá)到，否則，在離心過(guò)程中顆粒將發(fā)生向上漂浮，而不是下沉。當(dāng)顆粒在運(yùn)動(dòng)時(shí)，不論方向如何，它都要穿過(guò)溶劑分子，所產(chǎn)生的摩擦力總是與顆粒運(yùn)動(dòng)的方向相反。
摩擦力的大小與顆粒的運(yùn)動(dòng)速度成正比，并且受顆粒的大小、形狀及介質(zhì)性質(zhì)的影響：
式中：
f 為顆粒在濟(jì)劑中的摩擦系數(shù)．與顆粒的大小、形狀及介質(zhì)性質(zhì)相關(guān)；
v 為顆粒的沉降速度。
由于離心力的存在，顆粒將加速運(yùn)動(dòng)直到摩擦力與離心力相等。在這種情況下，顆粒所受到的凈作用力為零，顆粒將以zui大速度運(yùn)動(dòng)。
式中 Mp 和M s 分別為顆粒的質(zhì)量及等體積的溶劑的質(zhì)量。
上式中的Mp 和M s 很難確定，為了建立分子大小與沉降系數(shù)之間的關(guān)系，引入了沉降系數(shù)這一新的概念。沉降系數(shù)定義為沉降速度與離心力的比率或單位離心場(chǎng)中顆粒的沉降速度，它以svedberg單位計(jì)算，1S＝1×10-13 s。例如，核糖核酸酶A 的沉降系數(shù)為1．85×10-13 s，即可記作1．85S。
近年來(lái)，在生物化學(xué)、分子生物學(xué)及生物工程等書刊文獻(xiàn)中，對(duì)于某些大分子化合物，當(dāng)它們的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和分子量不很清楚時(shí)，常常用沉降系數(shù)這個(gè)概念去描述它們的大小。如核糖體RNA(rRNA)有30 s 亞基和50s 亞基，這里的s 就是沉降系數(shù)，現(xiàn)在更多地用于生物大分子的分類，特別是核酸
