离心机是利用离心力实现混合物分离、提纯或浓缩的实验室与工业核心设备,其核心逻辑是通过高速旋转产生远超重力的离心力场,使混合物中密度、颗粒大小、沉降系数不同的组分产生差异化沉降或分层,从而实现分离。根据分离目标的不同,其具体分类及说明如下:
1、固 - 液分离(最核心、最广泛的功能)
分离 “固体颗粒” 与 “液体介质” 组成的混合物(如悬浮液、乳浊液),根据分离目标可细分为两种模式:
澄清(液):将悬浮液中的固体颗粒(如细胞碎片、沉淀)沉降至离心管底部,上层得到澄清的液体(如 supernatant,上清液)。
示例:实验室中离心分离 “酵母发酵液”,去除酵母细胞,获取上层含代谢产物的澄清液;工业中废水处理,分离水中的污泥颗粒。
富集(固):将稀悬浮液中的固体颗粒(如微生物细胞、纳米材料)快速沉降并浓缩,去除多余液体,得到高浓度的固体沉淀。
示例:生物实验中离心收集 “大肠杆菌菌体”,替代繁琐的过滤;食品工业中浓缩果汁中的果肉颗粒。
2、液 - 液分离
分离 “互不相溶的两种液体”(如油水混合物、有机溶剂与水的混合体系),利用两种液体密度差异,在离心力作用下实现快速分层:密度大的液体沉降至下层,密度小的液体浮于上层。
传统重力分层(如静置分液)耗时久(数小时至数天),而离心机可将分层时间缩短至数分钟甚至数秒,且分离更彻底。
示例:化工行业中 “萃取后有机相与水相的分离”(如从水溶液中用有机溶剂提取药物成分后,快速分离两相);环境监测中 “水样中油类物质的分离与定量”。
3、分级分离(多组分精细分离)
对 “含多种不同密度 / 颗粒大小的固体颗粒” 的混合物,通过控制离心速度和时间,实现不同组分的分步分离(类似 “筛选”):
原理:离心力场中,颗粒沉降速度与 “颗粒直径平方、密度差” 正相关 —— 直径大、密度大的颗粒先沉降,直径小、密度小的颗粒后沉降。
示例:材料科学中 “纳米颗粒的粒径分级”(如分离 10nm 与 50nm 的二氧化硅颗粒);土壤学中 “土壤颗粒的分级”(分离砂粒、粉粒、黏粒)。