离心技术详解

基本原理

当一个粒子（生物大分子或细胞器）在高速旋转下受到离心力作用时，此离心力“F”由下式定义，即：

F = m·a = m·ω2 ·r

a — 粒子旋转的加速度， m — 沉降粒子的有效质量，ω—粒子旋转的角速度， r—粒子的旋转半径( cm )。

通常离心力常用地球引力的倍数来表示，因而称为相对离心力Relative Centrifugal Force,“ RCF ”。或者用数字乘“g”来表示，例如25000×g，则表示相对离心力为25000。相对离心力是指在离心场中，作用于颗粒的离心力相当于地球重力的倍数，单位是重力加速度“g”（980cm/sec2），此时“RCF”相对离心力可用下式计算：

RCF=ω2r/980
ω=2π×rpm/60

∴ RCF = 1.119×10－5×(rpm)2 r

( rpm — revolutions per minute每分钟转数，r/min )

由上式可见，只要给出旋转半径r，则RCF和rpm之间可以相互换算。但是由于转头的形状及结构的差异，使每台离心机的离心管，从管口至管底的各点与旋转轴之间的距离是不一样的，所以在计算是规定旋转半径均用平均半径“rav”代替：

rav=( r min＋rmax) / 2

一般情况下，低速离心时常以转速“rpm”来表示，高速离心时则以“g” 表示。计算颗粒的相对离心力时，应注意离心管与旋转轴中心的距离“r”不同，即沉降颗粒在离心管中所处位置不同，则所受离心力也不同。因此在报告超离心条件时，通常总是用地心引力的倍数“×g”代替每分钟转数“rpm”，因为它可以真实地反映颗粒在离心管内不同位置的离心力及其动态变化。科技文献中离心力的数据通常是指其平均值（RCFav），即离心管中点的离心力。

为便于进行转速和相对离心力之间的换算，Dole 和Cotzias 利用RCF的计算公式，制作了转速“rpm”、相对离心力“RCF”和旋转半径“r”三者关系的列线图，图式法比公式计算法方便（见下）。换算时，先在r标尺上取已知的半径和在rpm标尺上取已知的离心机转数，然后将这两点间划一条直线，与图中RCF标尺上的交叉点即为相应的相对离心力数值。注意，若已知的转数值处于rpm标尺的右边，则应读取RCF标尺右边的数值，转数值处于rpm标尺左边，则应读取RCF标尺左边的数值。