超速离心机

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超速离心机（）是一种针对超高速旋转而优化的離心機，能够产生高达 1,000,000 G的加速度 。超速离心机分为制备型和分析型两种，在分子生物学、生物化学和聚合物科学中都非常重要。

历史
1924年，西奥多·斯韦德贝格制造了一台能够达到7000G（12000rpm）加速度的离心机，并将其命名为超速离心机（与之前开发的超显微镜相对）。1925年至1926年间，斯韦德贝格制造了一台新的超速离心机，其加速度可达100000G（42000rpm） 。如今，加速度达到100000G或以上的离心机通常被归类为超速离心机 。斯韦德贝格因其利用超速离心机对胶体和蛋白质的研究而荣获1926年诺贝尔化学奖 。

真空超速离心机由弗吉尼亚大学物理系的爱德华·格雷顿·皮克尔斯发明。通过抽真空来减少高速旋转引起的摩擦。此外，真空能使样品内部保持恒温，并消除干扰沉降实验结果的对流。

1946年，皮克尔斯创立了Spinco专业仪器公司，用于销售他设计的分析式和分离式超速离心机。但他认为设计过于复杂，不适合商业用途，于是开发了一种更简单的型号。然而，尽管设计有所改进，超速离心机的销量依然很低，Spinco几乎破产。但公司通过专注于销售而得以生存，在生物医学领域因其实用性而广受欢迎。 1949年，Spinco推出了L型分离超速离心机，其转速可达40,000rpm。1954年，贝克曼仪器公司收购了Spinco，构成了Spinco离心机部门的基础。

分析型超速离心机
在分析型超速离心机中，利用紫外吸收或干涉光学系统实时监测旋转样品。使研究人员能够观察在离心力作用下，样品浓度分布相对于旋转轴的变化。在现代设备中，这些数据会被数字化并存储，以便进行后续的数学分析。沉降速度实验和沉降平衡实验是使用这些设备进行的两类常用实验。

沉降速度实验能够解释整个沉降过程，提供溶解聚合物的形状、摩尔质量及其粒径分布 。该方法的粒径分辨率与颗粒半径的平方近似成正比，通过调节转子转速，可以覆盖100 Da至10 GDa的粒径范围。此外，沉降速度实验还可以用于研究聚合物之间的可逆化学平衡，其原理是通过监测聚合物复合物的数量和摩尔质量、利用各元素光谱信号差异进行多信号分析，以及根据吉尔伯特-詹金斯理论解释的聚合物体系沉降速度与组成的关系，来获取有关复合材料组成的信息。

沉降平衡实验可以获得实验的最终稳态。在稳态下，沉降与扩散达到平衡，扩散方向与浓度梯度相反，从而获得与时间无关的浓度分布。在离心场中，沉降平衡的分布可以用玻尔兹曼分布来描述。该实验不受聚合物形状和摩尔质量的影响，并且在发生化学反应的混合物中，可以获得化学平衡常数 。

分析型超速离心法可获得的信息包括聚合物的整体形状、构象变化以及聚合物样品的粒径分布。由于聚合物（如蛋白质）在不同的非共价复合物之间处于化学平衡状态，因此超速离心分析可用于研究复合物的数量、亚基比例以及平衡常数。

分离超速离心机
用于分离的超速离心机提供多种转子类型，适用于各种实验应用。大多数转子设计用于容纳装有样品的试管。在摆动式转子中，试管通过铰链连接，并随着转子加速水平旋转。在固定角转子中，试管固定在预定的角度。区域式转子设计用于将大量样品容纳在单个中央凹槽中，而不是像传统转子那样放置在试管中。一些区域式转子允许在转子高速旋转的同时进行样品注入和取出。

在生物学中，高速离心机用于分析与沉淀含有细胞器（例如线粒体和核糖体）和微粒（例如病毒)的成分。

危险
由于超速离心机的转子在运行过程中会产生极高的动能，因此转子的故障可能造成大量损失。传统的转子由高强度重量比的金属制成，例如铝或钛。日常使用和腐蚀性化学溶液带来最终会导致转子性能退化。在推荐的范围内正确使用设备和转子，并对转子进行仔细维护对于降低风险至关重要 。

近年来，一些采用轻质碳纤维复合材料的转子被制造出来，重量减轻了约60%，从而实现了更快的加速和减速。同时，碳纤维复合材料转子还具有耐腐蚀性，增加了转子的使用寿命。

来源
相关条目

• 离心
• 特奥多尔·斯韦德贝里
• 气体离心法
• 实验室离心机