蜀科小課堂——離心速度單位 xg與/rpm之間的換算

  離心技術(shù)在生物科學(xué)，特別是在生物化學(xué)和分子生物學(xué)研究領(lǐng)域，已得到十分廣泛的應(yīng)用，每個(gè)生物化學(xué)和分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室都要裝備多種型式的離心機(jī)。離心技術(shù)主要用于各種生物樣品的分離和制備，生物樣品懸浮液在高速旋轉(zhuǎn)下，由于巨大的離心力作用，使懸浮的微小顆粒（細(xì)胞器、生物大分子的沉淀等）以一定的速度沉降，從而與溶液得以分離，而沉降速度取決于顆粒的質(zhì)量、大小和密度。

基本原理
當(dāng)一個(gè)粒子（生物大分子或細(xì)胞器）在高速旋轉(zhuǎn)下受到離心力作用時(shí)，此離心力“F”由下式定義，即： 
F = m•a = m•ω2 r
a — 粒子旋轉(zhuǎn)的加速度， m — 沉降粒子的有效質(zhì)量，ω—粒子旋轉(zhuǎn)的角速度， r—粒子的旋轉(zhuǎn)半徑( cm )。
通常離心力常用地球引力的倍數(shù)來表示，因而稱為相對(duì)離心力 “ RCF ”?；蛘哂脭?shù)字乘“g”來表示，例如25000×g，則表示相對(duì)離心力為25000。相對(duì)離心力是指在離心場(chǎng)中，作用于顆粒的離心力相當(dāng)于地球重力的倍數(shù)，單位是重力加速度“g”
（980cm/sec2），此時(shí)“RCF”相對(duì)離心力可用下式計(jì)算：

∴ RCF = 1.119×10－5×(rpm)2 r 
( rpm — revolutions per minute每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，r/min )

由上式可見，只要給出旋轉(zhuǎn)半徑r，則RCF和rpm之間可以相互換算。但是由于轉(zhuǎn)頭的形狀及結(jié)構(gòu)的差異，使每臺(tái)離心機(jī)的離心管，從管口管底的各點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)軸之間的距離是不一樣的，所以在計(jì)算是規(guī)定旋轉(zhuǎn)半徑均用平均半徑“ra v”代替： 

ra v=( r min＋rmax) / 2

  一般情況下，低速離心時(shí)常以轉(zhuǎn)速“rpm”來表示，高速離心時(shí)則以“g” 表示。計(jì)算顆粒的相對(duì)離心力時(shí)，應(yīng)注意離心管與旋轉(zhuǎn)軸中心的距離“r”不同，即沉降顆粒在離心管中所處位置不同，則所受離心力也不同。因此在報(bào)告超離心條件時(shí)，通?？偸怯玫匦囊Φ谋稊?shù)“×g”代替每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)“rpm”，因?yàn)樗梢哉鎸?shí)地反映顆粒在離心管內(nèi)不同位置的離心力及其動(dòng)態(tài)變化?？萍嘉墨I(xiàn)中離心力的數(shù)據(jù)通常是指其平均值（RCFa v），即離心管中點(diǎn)的離心力。
  為便于進(jìn)行轉(zhuǎn)速和相對(duì)離心力之間的換算，Dole 和Cotzias 利用RCF的計(jì)算公式，制作了轉(zhuǎn)速“rpm”、相對(duì)離心力“RCF”和旋轉(zhuǎn)半徑“r”三者關(guān)系的列線圖，圖式法比公式計(jì)算法方便。換算時(shí)，先在r標(biāo)尺上取已知的半徑和在rpm標(biāo)尺上取已知的離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，然后將這兩點(diǎn)間劃一條直線，與圖中RCF標(biāo)尺上的交叉點(diǎn)即為相應(yīng)的相對(duì)離心力數(shù)值。注意，若已知的轉(zhuǎn)數(shù)值處于rpm標(biāo)尺的右邊，則應(yīng)讀取RCF標(biāo)尺右邊的數(shù)值，轉(zhuǎn)數(shù)值處于rpm標(biāo)尺左邊，則應(yīng)讀取RCF標(biāo)尺左邊的數(shù)值。