离心技术在植物病理学中的应用
55页1、离心技术原理及其在植物病理学研究中的应用,主要内容,离心技术的定义和应用 离心技术的基本原理 离心机的主要构造和类型 三种常用离心方法 超速离心机的结构与操作 注意事项 高速离心机的结构与使用 离心技术应用举例,病原生物样品的分离和制备,离心技术,生物样品悬浮液在高速旋转下,由于巨大的离心力作用,使悬浮的微小颗粒以一定的速度沉降,从而与溶液得以分离,而沉降速度取决于颗粒的质量、大小和密度。主要用于各种生物样品的分离和制备。 离心技术在生物科学研究领域,应用十分广泛,每个分子生物学实验室都要装备多种型式的离心机。,离心技术的基本原理,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 = ma = m2 ra 粒子旋转的加速度, m 沉降粒子的有效质量(g),粒子旋转的角速度(弧度/秒), r粒子的旋转半径( cm )。,相对离心力(Relative centrifugal force,RCF),离心力常用地球引力的倍数来表示,因而称为相对离“ RCF ” 或者用数字乘“g”来表示,例如25000g,则表示相对离心力为25000。相对离心力是
2、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 = 1.11910-5(rpm)2 r ( rpm revolutions per minute,rpm/min , r为半径cm ),平均半径的计算,在上式中,只要给出旋转半径r,则RCF和rpm之间可以相互换算。但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,所以在计算时规定旋转半径均用平均半径“Rav”代替: Rav=(RminRmax) / 2r的测量如右图所示:,Rmin,Rmax,Rav,在上式的基础上,Dole和Cotzias制作了与转子速度和半径相对应的离心力的转换列线图。 在将离心机转数换成相对离心力时,先在离心机半径标尺上取已知的离心机半径和在转数标尺上取已知的离心机转数,然后将这两点间划一条直线,在图中间RCF标尺上的交叉点,即为相应的离心力数值。,科技文献中离心力的表述方式,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
3、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。,定义:特定大分子在特定条件下在离心场中的沉降速率。它是某种大分子的分子量、密度及其颗粒形状的综合体现。 S20W定义为一种颗粒20下, 在浓度为零的纯水中的沉降测量结果。S20w实际上时常在10-13秒左右,故把沉降系数10-13秒称为一个Svedberg单位,简写S,量纲为秒。 (S= Svedberg unit) 斯韦德贝里,沉降系数 (Sedimentation Coefficient , S20W),沉降速度(Sedimentation velocity),沉降速度是指在一定离心力作用下,单位时间内物质运动的距离。,式中r为球形粒子半径;d为球形粒子直径;为流体介质的粘度;p为粒子的密度;m为介质的密度。 粒子的沉降速度与粒子半径的平方、粒子的密度和
4、介质密度之差成正比;离心力场增大,粒子的沉降速度也增加。 当pm,则S0,粒子顺着离心方向沉降。 当pm,则S0,粒子到达某一位置后达到平衡。 当pm,则S0,粒子逆着离心方向上浮。,离心机的主要构造和类型,离心机可分为工业用离心机和实验用离心机。 实验用离心机又分为制备性离心机和分析性离心机,制备性离心机主要用于分离各种生物材料,每次分离的样品容量比较大。 分析性离心机一般都带有光学系统,主要用于研究纯的生物大分子和颗粒的理化性质,依据待测物质在离心场中的行为(用离心机中的光学系统连续监测),能推断物质的纯度、形状和分子量等。 分析性离心机都是超速离心机。,三种离心机转头工作原理,固定角转头水平转头垂直转头,角转头工作情况,水平式转头工作情况,垂直转头工作情况,三种常用离心方法,差速沉降离心法差速区带离心法(速度区带离心法)等密度区带离心法(平衡密度梯度离心法),差速沉降离心法,即采用逐渐增加离心速度或低速和高速交替进行离心,使沉降速度不同的颗粒,在不同的离心速度及不同离心时间下分批分离的方法。此法一般用于分离沉降系数相差较大的颗粒。,差速区带离心法工作示意,等密度区带离心法工作示意
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