離心機是什麼？帶你明白離心機的原理和種類！

離心機是什麼？

離心機是一種利用旋轉運動產生的離心力（centrifugal force）將液體或顆粒分離成不同密度的設備。離心機被廣泛應用於實驗室、食品、生技、製藥、醫療領域。依照離心機的操作原理，當樣品在離心轉子內運轉時，密度較大的成分會被推向離心管的外側，而密度較小的成分則靠近離心管的中心。例如，在血液樣本中，紅血球、白血球和血漿的密度不同，而通過使用離心機，可以將這些組成份分離出來，形成紅血球在底部、白血球在中間、血漿在頂部的分層。這樣就可以進一步對每個成份進行進一步的分析或處理。簡單來說，離心機利用旋轉產生的離心力，根據樣品成份的密度差異將混合物分離出來。
 

離心機的運作原理？離心機的組成結構？

離心機(centrifuge)是一種常見的實驗室設備，其主要功能是通過旋轉運動使物質產生離心力，進而實現固體和液體的分離。離心機通常由一個旋轉部分和一個固定的外殼組成。

離心機的運作原理基於離心力的概念。離心力是一種向外推進的力，它產生於物體在離心中被甩開轉子中心的趨勢。在離心機中，這種離心力使得樣品中的顆粒或液體在旋轉時受到向外的力，進而分離成不同的層次。

以下是離心機運作的基本原理：

1.    樣品放置：

待分離的混合物被放置在離心機的離心管中。這個混合物可以包含固體和液體成分。

2.    高速離心運轉：

離心機啟動後，轉子中離心管開始高速旋轉。這種旋轉運動產生的離心力將樣品中的成份分離開來。

3.    離心分離：

在高速旋轉的過程中，離心力將樣品中的固體和液體分離。固體成分被推到容器的底部，形成一個被稱為“沉澱”的分層，而液體則被推到容器的上層，形成一個被稱為“上清液”的分層。

4.    離心停止：

當分離完成後，離心機停止旋轉。此時，可以打開轉子裡樣品離心管，取出分離的成分。

 

離心機的基本組成包括：

轉子部分（Rotor）： 

轉子是安裝樣品的配件，它會以高速旋轉。轉子有各式各樣形狀和大小，取決於應用的需求。
 

馬達和驅動系統（Motor）：

提供轉子旋轉部分所需的動力，使其可以高速離心。一般都是無碳刷式馬達,免保養上油
 

控制系統（Control System）：

控制離心機的運轉速度、時間和溫控、記憶等其他相關參數的電子系統。
 

安全裝置（Safety Devices）：

包括離心上蓋、安全門鎖、不平衡檢測、超速保護、馬達過熱保護等，確保使用者在離心機運行時的安全。

 

離心機轉速如何換算離心力?轉速(RPM)和離心力(xg)的關係

離心機的轉速與離心力之間存在直接關係。離心力是由旋轉物體所產生的向外推力，它的大小與物體的質量、旋轉半徑以及轉速有關。從這個公式可以看出，離心力與轉速的平方成正比，與旋轉半徑成反比。這意味著當離心機的轉速增加時，離心力也會增加；同時，增加旋轉半徑也會增加離心力。因此，調整離心機的轉速可以直接影響到分離過程中產生的離心力的大小。通過適當地調整轉速，可以根據實驗需求來調節離心力的大小，從而達到更好的分離效果。以下提供離心力換算公式:

$$RCF=11.18\times {\left(\frac{N}{1000}\right)}^2\times R$$  

 

固定角轉子與水平角轉子使用上的差異

固定角轉子（Fixed Angle Rotor）

在固定角轉子中，離心管在旋轉過程中保持在一個固定的角度。通常，這個固定的角度會是45度或50度。這樣的設計通常用於容量較小的離心管，如微量離心管或50ml離心管。
固定角轉子在分離過程中產生的離心力被集中在樣本管的底部，固定角轉子離心結束沉澱呈現斜面，這有助於更有效地沉澱顆粒。一般來說高轉速，高離心力的離心需求都設計在固定角轉子上。

水平角轉子（Swinging Bucket Rotor）

在水平角轉子中，離心管在旋轉過程中可以擺動。意味著它們可以根據離心力的方向進行微小的調整，以確保在旋轉過程中樣本均勻地分佈在離心管中。

水平角轉子通常應用於較大容量的離心，如15ml,50ml,離心管或500ml，1L離心瓶，它提供了大處理量和更均勻的分離效果。一般來說水平轉子都是使用在細胞,血液檢體離心,著重在大容量或支數多的離心且大部份都是低速運轉，水平角轉子離心結束沉澱呈現平面，可參考下面離心原理圖示。



簡單來說，固定角轉子適用於較小容量的樣本管，通常在需要更高的離心力和分離效果時使用。而水平角轉子則適用於較大容量的樣本管，並且提供了更好的樣本均勻性和分離效果。至於選擇那一種轉子離心取決於使用者的實驗條件需求，以及所使需的樣品類型和容量,轉速等。

 

常見的離心機種類有那些？依照使用目的分類

實驗室中常見的離心機種類有不同的用途，根據其設計和功能可以分為以下主要類型：

1.常規離心機（Centrifuge）

常規離心機是最基礎的離心機類型，主機大致上設計在轉速6000rpm，用於將液體樣品中的固體和液體分離。它們可以用於分離細胞、蛋白質、DNA、細菌等。
 

2.微量離心機（Microcentrifuge）

微量離心機專門用於處理微量樣品，通常具有更小的離心管和更高的離心轉速。常應用於分離微量的細胞、DNA樣品等等。目前廠商大多都有供應微量專用離心機。
 

3.超高速離心機（High speed centrifuge）

超高速離心機是一種高速離心機，能夠以極高的轉速運轉，產生極大的離心力。它們通常用於分離更細小的顆粒，如超微細的生物分子、病毒或化工奈米領域的樣品離心等。
 

4.臨床檢驗離心機（Clinical Centrifuge）

這類離心機通常使用於臨床實驗室，用於處理血液、尿液等樣本，進行檢測和診斷。主機通常都是較低的轉速，並且易於操作且離心樣品支數較多、方便檢驗應用。
 

5.大容量離心機（High-Capacity Centrifuge）

這類離心機設計具有較大離心的容量，通常用於處理大量樣本，一般為500ml或1000ml甚至更大量、例如產業生產中的物質分離或醫事檢驗單位需要大量處理樣品的應用。
 

6.血液血容積比離心機（Hematocrit Centrifuge）

用於測定血液的細胞比容，即紅血球在血液中所占的百分比。
 

7.連續流離心機（Continuous Flow Centrifuge）

這種離心機允許樣品連續進入和離開，通常用於大量樣品處理，如工業生產。
 

8.冷凍離心機（Refrigerated Centrifuge）

這類離心機搭載壓縮機可以針對需要穩定控溫或對溫度敏感的樣品進行溫控,以達到良好離心效果,高速離心機一般都會搭載低溫控溫功能,以免造成馬達過熱。

這些離心機的選擇取決於使用者實驗的需求，不同的應用需要不同類型的離心機來達到最佳的分離效果。以上只是根據離心機種類作簡易分類，實際上還有更多特殊用途的離心機，可以依照需求，選擇適當的離心機。

 

 

離心機使用注意事項

1.    平衡樣品

在放置離心管時，確保它們是平衡的且對稱擺放。平衡不良可能導致離心機產生不穩定的振動，影響分離效果並且有損壞設備的可能。
 

2.    離心管的密封

確保離心管的蓋子密封性良好，以防止樣品滲漏流出。
 

3.    不超速使用

不同的離心管可能有不一樣的轉速限制，使用前確保在管材的規定離心力範圍內操作，以防止離心管的破裂造成不平衡導致損壞。
 

4.    合適的裝填量

選擇合適的離心管或離心瓶，確保樣品容量在管材的最大建議容量範圍內，確保達到優異的分離效果。
 

5.    定期保養維護

定期檢查離心機的各個部件，確保轉子、軸承等部分無異常磨損，需要維護的地方定期進行保養。
 

6.    配戴防護裝備

在操作過程中，特別是在處理有害物質的情況下，應戴上適當的個人防護裝備，如手套、護目鏡等。
 

7.    明確標語和警告

在實驗室中，應將離心機的操作程序和注意事項進行明確的標語和警告，以提醒使用者注意安全事項。
 

8.    穩固桌面

提供穩固的桌面，以確保離心過程的穩定性。
 

9.    電源安全

當離心機運行時，確保電源連接正確，避免因電源問題引起的意外事故。
 

10.  熟悉機器操作

操作離心機前，仔細閱讀製造商提供的操作手冊，以確保正確的使用和維護。

綜合以上幾點，安全操作離心機需要謹慎，遵從相關的操作流程和標準，以確保實驗室的安全性和實驗結果的可靠性。
 

有關離心機使用的10個常見問題?

1.    樣品在離心機中分離不充分怎麼辦？

•    可能原因： 樣品管容量過大、轉速不足、樣品液體黏度高。
•    解決辦法： 使用合適容量的樣品離心管，提高轉速，考慮使用適當樣品液體。
 

2.    為什麼離心機無法達到預定的轉速？

•    可能原因： 可能是電源供應問題、轉子不平衡或轉子損壞。
•    解決辦法： 檢查電源連接，平衡樣品管，檢查轉子是否損壞，聯繫供應商。
 

3.    為什麼離心機在運行時產生噪音？

•    可能原因： 可能是轉子或軸承有損壞，或者樣品管不平衡。
•    解決辦法： 停止離心機，檢查轉子和軸承是否損壞，並確保樣品管平衡，聯繫供應商。
 

4.    如何作離心機轉速和離心力的換算？

•    解決辦法： 現在離心機上都有配置轉速和離心力換算的功能鍵，按下即可換算出離心g值。
 

5.    為什麼我的離心機內部出現漏液？

•    可能原因： 離心管未正確密封、離心管破損、轉子密封問題。
•    解決辦法： 確保離心管密封正確，檢查離心管是否損壞，檢查轉子密封。
 

6.    為什麼離心機轉子出現不平衡？

•    可能原因： 離心管擺放不平衡、轉子損壞重量不均。
•    解決辦法： 重新放置離心管以確保平衡，檢查轉子是否損壞。
 

7.    如何知道離心機的最高轉速？

•    解決辦法： 查閱離心機型錄或製造商提供的操作手冊，資料上面通常會標明主機最高轉速。
 

8.    為什麼離心機的轉子需要平衡？

•    解決辦法： 平衡轉子可以防止離心機在運轉時產生振動或失衡造成損壞，確保安全運行和分離效果，特別是水平角轉子共振現象更明顯。
 

9.    離心機如何作清潔和保養？

•    解決辦法： 定期清潔離心機腔體內部和外部表面，檢查離心機各部位零件狀態，轉子需用中性洗劑清洗，馬達通常為無碳刷不需上油保養。
 

10.   如何確保離心機安全的使用？

•    解決辦法： 離心時確實做好轉子重量平衡，對稱位置擺放，確認離心管正確放置，注意離心管材耐受離心力上限，避免超載操作。
 

結論

文章中我們介紹了離心機這個儀器設備的原理和種類還有一些離心機使用注意事項和離心機的10個常見問題，希望提供讀者對於離心機有更進一步的了解，來幫助我們能夠更容易的使用離心機。有立國際是專業儀器設備代理，從公司88年成立以來就專注於離心機的代理與銷售，專業的商品諮詢與優質售後服務，可提供給您在離心機儀器設備上購買與使用的建議。代理德國Hermle全系列離心機在各式容量還有齊備的機型款式應用上皆能提供好選擇,加上高離心轉速優勢,滿足實驗的需要,您有任何離心機的問題嗎？歡迎與我們聯繫。