离心

许多在悬浮液体中的粒子或细胞会慢慢的因为重力而落到容器的底部。不过需要花的时间很长。甚至有一些很小的粒子，只有在高离心力的作用下才可能和液体分离。当悬浮液以一定的转速旋转时，粒子会因为离心力而渐渐远离旋转轴。计算离心加速度和转速的公式如下：

${\displaystyle RPM={\sqrt {g \over r}}}$,

其中g表示离心的加速度，而r是粒子距旋转轴的距离[6]。

不过依照离心模型的不同，转子的相对角度以及半径也会改变，因此公式也要随之修改。例如，Sorvall #SS-34转子的最大半径是10.8 cm，因此公式会变成${\textstyle RPM=299{\sqrt {g \over r}}}$，可以进一步简化为${\textstyle RPM=91{\sqrt {g}}}$[6]。

若考虑粒子受力相对于重力的大小，会用相对离心力（Relative Centrifugal Force、RCF）表示。是离心机旋转时，其内容物受到垂直于旋转轴的力，相对于重力的比值，这可以量测不同型式以及大小离心机的强度。例如，RCF 1000 x g表示其离心力是重力的1000倍。RCF和转速以及粒子距旋转轴的距离有关。最常见RCF的公式是[7]：

${\displaystyle RCF=1.118\times 10^{-5}\times r\times (rpm)^{2}}$,

其中${\textstyle 1.118\times 10^{-5}}$是常数，r是半径，单位是厘米，rpm是转速，单位是每分钟转速[7]。

以往，许多分离技术都是以转速3000 rpm来进行，其产生的g大约是其半径（用厘米表示）的10倍，因此半径160 mm的离心机，其产生的加速度大约是1600 x g[8]。因为RCF和半径是线性的关系，若半径大10%，其RCF也会增加10%。因此，上述的公式可以再简化为${\textstyle RCF=10\times r}$，误差只有0.62%。

特奥多尔·斯韦德贝里和他的学生H. Rinde在1923年分析了大颗粒溶胶的重力沈降[9]。溶胶中包括不只一种物质，但是各物质均匀分布，也称为胶体[10]。不过小颗粒的溶胶（例如含金的溶胶）无法分析[9]。为了要研究此问题，斯韦德贝里开发了分析离心机，配备了照相吸收系统，希望有更大的离心效果[9]，他也发展了测分子重量所需要的理论[10]。此时，斯韦德贝里的注意力开始从金转向蛋白质[9]。

1900年时，大家已普遍接受蛋白质是由胺基酸所组成。但有关蛋白质是高分子还是胶体，当时还有争议[11]。当时在研究的蛋白质是血红蛋白，已知有712个碳原子、1,130个氢原子、243个氧原子、2个硫原子，和至少1个铁原子。因此红蛋白的重量约是16,000原子质量单位（Da），但还不确定此数值是否要乘以4（表示一个血红蛋白中有四个铁原子）[12]。

利用一系列用沉降平衡技术进行的实验，发现了二个重要的结论：血红蛋白的分子量是68,000 Da，其此每一个分子中有四个铁原子，而且不论血红蛋白是用哪一种方式分离，其分子量不变[9][10]。针对分子量这么大的物质，不论是以什么方式采样的，其分子量都不变，这是前所未有的，因此支持血红蛋白是高分子，不是胶体[11]。为了要研究此一现象，需要更高速的离心机，因此制作了超高速离心机来确认沉降-扩散的理论[9]。后来检测到相同的分子量，而且有扩散边界，表示其为单致密粒子（single compact particle）[9]。进一步的离心应用发现，在不同的条件下，大型的匀相粒子可以分解为个别的子单元[9]。离心的应用是蛋白质实验科学上的一大进步。

Linderstorm-Lang在1937年发现密度梯度管（density gradient tubes）可以用来量测密度，这是他在研究马铃薯黄症病毒时发现的[13]。在Meselson和Stahl证实DNA拷贝是半守恒的著名实验中，也使用此一方式，配合不同氮的同位素。他们用密度梯度离心来确认在拷贝周期后，DNA上是否有出现其他的氮同位素[14]。

• 离心机