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        【離心課堂】轉(zhuǎn)頭效率K因子與離心時(shí)間

        【離心課堂】轉(zhuǎn)頭效率K因子與離心時(shí)間
        貝克曼庫(kù)爾特生命科學(xué)  2020-10-14  |  閱讀:4067

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        轉(zhuǎn)頭的k 值

        轉(zhuǎn)頭的k 值(又稱(chēng)k 因子或k 系數(shù))用以衡量轉(zhuǎn)頭的沉淀效率。所有的離心機(jī)廠家在轉(zhuǎn)頭出廠時(shí)都計(jì)算了制備型轉(zhuǎn)頭的k 值,轉(zhuǎn)頭k 值通過(guò)在轉(zhuǎn)頭運(yùn)行至最高轉(zhuǎn)速、離心管裝滿(mǎn)樣品時(shí)計(jì)算得到的,其計(jì)算公式如下:

         圖片1.png(1)


        k – 轉(zhuǎn)頭的k 值

        rmax – 最大半徑,指旋轉(zhuǎn)軸到離心管底端的垂直距離

        rmin – 最小半徑,指旋轉(zhuǎn)軸到離心管頂端的垂直距離

        ω – 角速度

        由于圖片2.png  (2)


        將公式(2)代入公式(1)可得到以下轉(zhuǎn)頭k 值的計(jì)算公式:

         圖片3.png(3)

         

        由上得出轉(zhuǎn)頭k 值是與轉(zhuǎn)頭的最高轉(zhuǎn)速形狀有關(guān)。

        最高轉(zhuǎn)速完全一樣的轉(zhuǎn)頭,離心管與軸的角度越小,也就是rmax / rmin 越小,k 值就越小。所以制備型超速離心機(jī)的四類(lèi)轉(zhuǎn)頭的k值如下:水平轉(zhuǎn)頭k 值 > 定角轉(zhuǎn)頭k 值 > 近垂直轉(zhuǎn)頭k 值 > 垂直轉(zhuǎn)頭k 值。

        如果在離心時(shí),轉(zhuǎn)頭沒(méi)有運(yùn)行到最高轉(zhuǎn)速,那么rpm 就不能使用最高轉(zhuǎn)速的k 值,必須將轉(zhuǎn)頭實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速代入公式(3)來(lái)計(jì)算實(shí)際的k 值。

         圖片4.png(4)

         

        離心時(shí)間

        已知某轉(zhuǎn)頭k 值和顆粒的沉降系數(shù),可以計(jì)算出用該轉(zhuǎn)頭分離顆粒時(shí)所需要的時(shí)間。其公式如下:

        圖片5.png (5)

        t – 沉淀時(shí)間(單位:小時(shí))

        k – 指實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)頭k 值

        S – 顆粒的沉降系數(shù)

         

        由公式(5)可以看出,轉(zhuǎn)頭k 值是評(píng)估轉(zhuǎn)頭離心效率的一個(gè)指標(biāo),對(duì)于沉淀同一顆粒,轉(zhuǎn)頭k 值越小,顆粒沉淀所需要的時(shí)間就越短,也就是離心效率越高;反之,轉(zhuǎn)頭k 值越大,顆粒沉淀所需要的時(shí)間就越長(zhǎng),轉(zhuǎn)頭的離心效率越低。

        舉例:分離沉降系數(shù)為 15 S 的蛋白,如果用的轉(zhuǎn)頭k 值是15,那么沉降該蛋白顆粒所需要的時(shí)間是:

        t = k/s = 15/15 = 1 小時(shí)

        如果用的轉(zhuǎn)頭k 值是18,那么沉降所需的時(shí)間是:

        t = k/s = 18/15 = 1.2 小時(shí)

         

        已知一個(gè)轉(zhuǎn)頭k 值和沉淀所需要的時(shí)間,如果用另一個(gè)轉(zhuǎn)頭來(lái)沉淀同樣的顆粒,可以用以下公式來(lái)計(jì)算需要沉淀的時(shí)間:

        圖片6.png(6)

        ka – a 轉(zhuǎn)頭的k 值

        kb – b 轉(zhuǎn)頭的k 值

        ta – a 轉(zhuǎn)頭沉降樣品所需要的時(shí)間

        tb – b 轉(zhuǎn)頭沉降樣品所需要的時(shí)間

         

        如果該轉(zhuǎn)頭不是在最高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,或者樣品沒(méi)有裝滿(mǎn),又或者換用了其他更小的離心管(例如g-MAX 管等),相應(yīng)k 值都會(huì)發(fā)生改變,相應(yīng)離心所需的時(shí)間也需要重新計(jì)算。

         

        綜上所述,k 因子已經(jīng)綜合考慮了離心的轉(zhuǎn)速、相對(duì)離心力以及樣品在最小半徑和最大半徑等位置的受力改變情況,還有顆粒沉降的行程等因素,是計(jì)算離心時(shí)間、評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)頭離心效率的最準(zhǔn)確和最重要指標(biāo)。

         

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