4)浮力
在重力场中,浮力的定义是指被物体所排开周围介质的重量。但在离心场的情况下,颗粒的浮力与离心力方向相反,为颗粒排开介质的质量与离心加速度之乘积。用下式表示:
FB=Pm(m/Pp)ω2R=Pm/Ppmω2R (4–5)
其中Pp为颗粒密度(g/cm3),Pm为介质密度(g/cm3),m/Pp为介质的体积,Pm (m/Pp)为颗粒排开介质的质量。
综上所述,在离心场中,作用于颗粒上的力主要有离心力Fc、浮力FB和摩擦阻力Ff。当离心转子从静止状态加速旋转时,原来处于悬浮状态的颗粒如果密度大于周围介质的密度,则颗粒离开轴心方向移动,即发生沉降;如果颗粒密度**周围介质的密度,则颗粒朝向轴心方向移动,即发生漂浮。无论沉降或漂浮,离心力的方向与摩擦阻力和浮力方向相反;当离心力增大时,反向的两个力也增大,到后离心力与摩擦阻力和浮力平衡,颗粒的沉降(或漂浮速度)达到某一极限速度,这时颗粒运动的加速度等于零,速度dx/dt变成恒速运动。那么
Fc=FB+Ff (4–6)
将式4–1,4–3,4–5代入式4–6得
mω2R=6πηrpdR/dt+(Pm/Pp)mω2R (4–7)
其中球形体积V为4πrp3/3,m=VPp=(4πr3p/3)Pp故4–7式可写成:
(4πrp3/3)(Pp)(ω2R)=6πηrpdR/dt+(4πr3/3)(Pp)(ω2R)
整理后得:
dR/dt=4rp2 (Pp-Pm)/18ηω2R (4–8)
或者:
V=dR/dt=d2(Pp-Pm)18ηω2R (4–9)
上式d为颗粒直径(厘米),对于非球形颗粒还应考虑f/f0的摩擦系数比,得:
dR/dt=d2(Pp-Pm)/(18ηf/f0)ω2R (4–10)
从式4–10可见:①颗粒的沉降速度与颗粒直径的平方、颗粒与介质的密度差和离心加速度成正比,而与介质的粘滞度、颗粒偏离球形的程度成反比;②当颗粒的密度Pp大于介质密度Pm颗粒发生沉降;当Pp<Pm时,颗粒漂浮;当Pp=Pm时,颗粒不沉不浮;③在离心加速度ω2R不变的情况下,颗粒的沉降速度主要决定于颗粒的直径大小和颗粒的形状,而颗粒的密度所起的作用较小。
4. 按用途分类:分为制备型和制备分析。
制备型离心机:仅能分离浓缩,提纯试样。
制备分析离心机:在制备型离心机的基础上,还能通过光学系统对样品的沉降过程进行观察、拍照、测量、数字输出、打印自动显示。
3)介质的摩擦阻力
介质对颗粒的摩擦阻力(Ff)用Stocke阻力方程表示:
Ff=6πηrpdR/dt (4–3)
其中η是介质的粘滞系数(厘泊,cP);rp是颗粒的半径(cm);dR/dt是颗粒在介质中的移动速度(cm/s),又称为沉降速度,即单位时间内颗粒沉降的距离。上述方程只适用于球形颗粒,但不少生物颗粒并非球形,有椭球形、扁球形、棒形或线形等,这使情况较复杂。对于椭球形颗粒的
Stocke阻力方程应改写成为:
Ff=6πηrp(dR/dt)f/f0 (4–4)
其中f0为球形摩擦系数,f为同球形等体积的扁球形或椭球形的摩擦系数。从f/f0可以得出,颗粒偏离球形程度越大,f越大,则阻力Ff值也越大。
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