原则上，离心分离法可以分离任何非均相混合物的组分，只要这些组分在密度、大小或形状等物理性质上存在差异。它是一种强大的实验室和工业技术，通过显著放大重力来分离固体与液体、不混溶液体之间，甚至大分子与溶剂。
需要理解的核心原则是，离心分离法不是基于化学性质分离物质；它是基于物理性质分离物质。如果混合物中的组分具有不同的密度，离心机将迫使密度较大的物质沉到底部，而密度较小的物质则留在顶部。
基本原理：离心分离法的工作原理
离心分离法本质上是一种加速沉降的方法。它用高速旋转产生的强大离心力取代了相对较弱的重力。
放大重力
离心机使样品围绕固定轴旋转，使其受到强大的向外力，即相对离心力 (RCF) 或 G 力。这种力可以是地球重力的数千倍，甚至数十万倍。
这种巨大的力极大地加速了密度较大的颗粒从混合物中沉降的自然趋势。
密度的关键作用
分离最重要的因素是密度。当混合物旋转时，每个组分都受到相同的离心力。
然而，密度较大的组分会取代密度较小的组分，迫使密度较大的物质向外迁移并聚集在管底部形成沉淀物。上面留下的密度较小的液体称为上清液。
颗粒大小和形状的影响
虽然密度是主要的，但颗粒的大小和形状也起作用。相同密度的较大颗粒将比较小颗粒沉降得更快，因为它们具有更大的质量来克服液体的粘性阻力。
这一原理是差速离心的基础，该技术用于分离不同大小的组分，例如亚细胞器。
常见应用和可分离的混合物
这一原理使得离心分离法在生物学、化学和工业领域具有极其广泛的应用。
固液分离
这是离心分离法最常见的用途。它用于分离悬浮在液体中的固体颗粒。
例子包括从培养基中沉淀细菌细胞或真核细胞，收集化学反应中形成的沉淀物，或通过去除酵母来澄清葡萄酒和啤酒。
液液分离
离心分离法对于分离两种不混溶液体（即不混合的液体，如油和水）非常有效。
该过程能迅速破坏乳液，迫使密度较大的液体沉到底部，密度较小的液体浮到顶部，形成两个不同的层。这在乳制品加工中用于将奶油（脂肪）从牛奶中分离出来。
生物和高分子分离
使用高速或超速离心机，可以分离非常小且密度差异微小的组分。
这包括分离血液成分（红细胞和白细胞与血浆），分离亚细胞器（如线粒体、细胞核和核糖体），以及从细胞提取物中纯化大分子，如蛋白质、DNA 和 RNA。
了解局限性
相信这个过程意味着了解它不能做什么。使离心分离法如此强大的物理原理也定义了它的局限性。
离心分离法不能分离什么
离心分离法对均相混合物（通常称为真溶液）无效。在真溶液中，例如溶解在水中的盐，溶质被分解到分子水平并均匀分布。
没有显著的密度差异可供离心力作用。溶解的颗粒太小且结合紧密，无法仅通过物理力分离。
设备的重要性
您可以实现的分离类型与您使用的设备直接相关。简单的台式离心机非常适合沉淀细胞。
然而，分离微小的病毒或单个蛋白质需要超速离心机，这是一种能够产生极端 G 力的专用且昂贵的设备。
为您的混合物做出正确选择
要应用这些知识，首先要确定混合物的性质和您的目标。
- 如果您的主要重点是从液体中分离可见固体：标准离心机以中等速度运行几乎总是正确的工具。
- 如果您的主要重点是破坏两种液体的乳液：离心分离将根据密度显著加速分层过程。
- 如果您的主要重点是分离非常小的生物颗粒（例如，细胞器、病毒）：您将需要一台能够产生极高 G 力的超速离心机。
- 如果您的主要重点是从溶剂中分离溶解的固体：离心分离将不起作用；您必须使用其他方法，如蒸发、色谱或蒸馏。
最终，离心分离法是一种利用物理差异实现分离的物理工具。
总结表：
| 分离类型 | 常见示例 | 关键原理 |
|---|---|---|
| 固液分离 | 细菌细胞、沉淀物 | 密度差异迫使固体沉淀 |
| 液液分离 | 油/水、奶油/牛奶 | 不混溶液体按密度分层 |
| 生物分离 | 血液成分、细胞器、蛋白质 | 高 G 力按大小/密度分离 |
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