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[[File:Centrifuga_Hermle_2.jpg|thumb|{{le|實驗室離心機|Laboratory centrifuge}}]]
'''离心'''（Centrifugation）是用[[離心力]]來從[[溶液]]中分離不同粒子的方式，粒子會依其大小、形狀、[[密度]]、介質[[黏度]]以及轉速不同，而有不同的分離情形<ref name="Fischer">{{cite web|title=Centrifugation Theory|url=https://www.fishersci.se/se/en/scientific-products/centrifuge-guide/centrifugation-theory.html|website=Fischer Scientific|publisher=Thermo Fisher Scientific|access-date=2018-03-09|archive-url=https://web.archive.org/web/20190820084129/https://www.fishersci.se/se/en/scientific-products/centrifuge-guide/centrifugation-theory.html|archive-date=2019-08-20|url-status=dead}}</ref>。混合物中密度高的成分會在[[離心機]]的外圍，而密度低的成分會在[[離心機]]的內側。化學家以及生物學家可以增加離心管的[[等效引力|等效重力]]，使[[沉澱]]物快速移動到管的底部。剩下在沉澱物上方的液體稱為[[上清液]]（supernatant）。

若外加力只有重力，非勻相混合物中粒子分離速度，會和粒子的大小及[[密度]]有關。粒子大小越大，密度越大，越快會分離出來。若在混合物中給予較大的等效重力（例如離心力），可以加速分離的速度。這很適合工業和實驗室的應用，有些物質在自然條件下也會[[沉澱]]，但需要花很長的時間，利用离心技術，可以在很短的時間進行[[沉澱]]<ref>{{cite web|last1=Frei|first1=Mark|title=Centrifugation Basics|url=http://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/biofiles/centrifugation-basics.html|website=Sigma-Aldrich|access-date=2016-05-10|archive-date=2021-04-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20210430223815/https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/biofiles/centrifugation-basics.html}}</ref>。

離心的速率會以[[角速度]]表示，其單位是[[每分鐘轉速]]（RPM），或是以[[G力]]表示的[[加速度]]。RPM和g力之間的轉換係數和離心機的[[半径]]有關。粒子在離心時的{{le|沉降|settling}}速度是其粒子大小、形狀、離心加速度、固體的[[體積分率]]、粒子和液體的[[密度]]差、以及液體的[[黏度]]。最常見的應用是從高濃度[[懸浮液]]中分離固體，常用在污水污泥的[[脫水]]處理上<ref>{{Cite web|title=Centrifugation|publisher=Lenntech|access-date=2013-10-15|url=https://www.lenntech.com/library/clarification/clarification/centrifugation.htm|archive-date=2021-07-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20210712092330/https://www.lenntech.com/library/clarification/clarification/centrifugation.htm}}</ref>。

离心在工業和實驗室中都有廣泛的應用，不單是分離混溶的物質，也可以用來分析大分子粒子的[[流體動力學]]性質<ref>{{cite book|last1=Garrett|first1=Reginald H.|last2=Grisham|first2=Charles M.|title=Biochemistry|url=https://archive.org/details/biochemistrybioc0000garr|date=2013|publisher=Brooks/Cole, Cengage Learning|location=Belmont, CA|isbn=9781133106296|pages=[https://archive.org/details/biochemistrybioc0000garr/page/111 111]|edition=5th}}</ref>。這是[[生物化学]]、[[细胞生物学]]和[[分子生物学]]最常用且重要的研究方式之一。化學和食品工業有特殊的離心機，可以{{le|連續過程|continuous process|處理連續的帶顆粒流體}}。離心也是[[濃縮鈾]]時最常用的方式，其原理是因為[[六氟化鈾]]氣體中，[[鈾-238]]和[[鈾-235]]之間微小的質量差異<ref>{{Cite web |last = Zielinski |first = Sarah |title = What Is Enriched Uranium? |work = Smithsonian Magazine |access-date = 2020-11-22 |url = https://www.smithsonianmag.com/science-nature/what-is-enriched-uranium-17091828/ |archive-date = 2022-04-12 |archive-url = https://web.archive.org/web/20220412112445/https://www.smithsonianmag.com/science-nature/what-is-enriched-uranium-17091828/ }}</ref>。

==數學公式==
許多在懸浮液體中的[[粒子]]或[[细胞]]會慢慢的因為重力而落到容器的底部。不過需要花的時間很長。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體分離。當懸浮液以一定的轉速旋轉時，粒子會因為離心力而漸漸遠離旋轉軸。計算離心加速度和轉速的公式如下：

<math>RPM= \sqrt{g \over r}</math>,

其中''g''表示離心的加速度，而''r''是粒子距旋轉軸的距離<ref name="Ballou"/>。

不過依照離心模型的不同，轉子的相對角度以及半徑也會改變，因此公式也要隨之修改。例如，Sorvall #SS-34轉子的最大半徑是10.8&nbsp;cm，因此公式會變成<math display="inline">RPM= 299\sqrt{g \over r}</math>，可以進一步簡化為<math display="inline">RPM = 91\sqrt{g}</math><ref name="Ballou">{{cite book|last1=Ballou|first1=David P.|last2=Benore|first2=Marilee|last3=Ninfa|first3=Alexander J.|title=Fundamental laboratory approaches for biochemistry and biotechnology|date=2008|publisher=Wiley|location=Hoboken, N.J.|isbn=9780470087664|pages=43|edition=2nd}}</ref>。

若考慮粒子受力相對於重力的大小，會用相對離心力（Relative Centrifugal Force、RCF）表示。是離心機旋轉時，其內容物受到垂直於旋轉軸的力，相對於重力的比值，這可以量測不同型式以及大小離心機的強度。例如，RCF 1000 x g表示其離心力是重力的1000倍。RCF和轉速以及粒子距旋轉軸的距離有關。最常見RCF的公式是<ref name="Burtis">{{cite book |last1=Burtis |first1=Carl A. |last2=Ashwood |first2=Edward R. |last3=Bruns |first3=David E. |title=Tietz Textbook of Clinical Chemistry and Molecular Diagnostics - E-Book |date=2012-10-14 |publisher=Elsevier Health Sciences |isbn=978-1-4557-5942-2 |url=https://books.google.com/books?id=BBLRUI4aHhkC&pg=PA217 |language=en |access-date=2021-07-11 |archive-date=2021-07-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210711064123/https://books.google.com/books?id=BBLRUI4aHhkC&pg=PA217 }}</ref>：

<math>RCF = 1.118 \times 10^{-5} \times r \times (rpm)^2</math>,

其中<math display="inline">1.118 \times 10^{-5}</math>是常數，''r''是半徑，單位是[[厘米]]，''rpm''是轉速，單位是[[每分鐘轉速]]<ref name="Burtis"/>。

以往，許多分離技術都是以轉速3000 rpm來進行，其產生的g大約是其半徑（用厘米表示）的10倍，因此半徑160&nbsp;mm的離心機，其產生的加速度大約是1600 x g<ref>{{cite web |title=NÜVE {{!}} Centrifugation Tips |url=https://www.nuve.com.tr/Useful-Tips/Centrifugation-Tips |website=www.nuve.com.tr |access-date=2021-07-11 |archive-date=2021-07-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210711064124/https://www.nuve.com.tr/Useful-Tips/Centrifugation-Tips }}</ref>。因為RCF和半徑是線性的關係，若半徑大10%，其RCF也會增加10%。因此，上述的公式可以再簡化為<math display="inline">RCF = 10 \times r</math>，誤差只有0.62%。
==歷史==
[[特奥多尔·斯韦德贝里]]和他的學生H. Rinde在1923年分析了大顆粒溶膠的重力沈降<ref name="VanHolde">Van Holde, K. E. (1998). Analytical ultracentrifugation from 1924 to the present: A remarkable history. Chemtracts – Biochemistry and Molecular Biology. 11:933-943</ref>。[[溶膠]]中包括不只一種物質，但是各物質均勻分佈，也稱為[[膠體]]<ref name="Svedberg">Svedberg, T. (1927). The Ultracentrifuge Nobel Lecture</ref>。不過小顆粒的溶膠（例如含金的溶膠）無法分析<ref name="VanHolde"/>。為了要研究此問題，斯韦德贝里開發了分析離心機，配備了照相吸收系統，希望有更大的離心效果<ref name="VanHolde"/>，他也發展了測分子重量所需要的理論<ref name="Svedberg"/>。此時，斯韦德贝里的注意力開始從金轉向蛋白質<ref name="VanHolde"/>。

1900年時，大家已普遍接受蛋白質是由[[胺基酸]]所組成。但有關蛋白質是[[高分子]]還是膠體，當時還有爭議<ref name="Tanford">Tanford, C., and Reynolds, J. 2001. Nature’s robots: A history of proteins. Oxford University Press. pp. 303-305</ref>。當時在研究的蛋白質是[[血红蛋白]]，已知有712個碳原子、1,130個氫原子、243個氧原子、2個硫原子，和至少1個鐵原子。因此红蛋白的重量約是16,000[[原子质量单位]]（Da），但還不確定此數值是否要乘以4（表示一個血红蛋白中有四個鐵原子）<ref name="Simoni">Simoni, D. S., Hill, R. L., and Vaughan, M. (2002). The structure and function of hemoglobin: Gilbery Smithson Adair and the Adair equations. The Journal of Biological Chemistry. 277(31): e1-e2</ref>。

利用一系列用{{le|沉降平衡|sedimentation equilibrium}}技術進行的實驗，發現了二個重要的結論：血红蛋白的分子量是68,000 Da，其此每一個分子中有四個鐵原子，而且不論血红蛋白是用哪一種方式分離，其分子量不變<ref name="VanHolde"/><ref name="Svedberg"/>。針對分子量這麼大的物質，不論是以什麼方式採樣的，其分子量都不變，這是前所未有的，因此支持血红蛋白是高分子，不是膠體<ref name="Tanford"/>。為了要研究此一現象，需要更高速的離心機，因此製作了{{le|超高速離心機|ultracentrifuge}}來確認沉降-擴散的理論<ref name="VanHolde"/>。後來檢測到相同的分子量，而且有擴散邊界，表示其為單緻密粒子（single compact particle）<ref name="VanHolde"/>。進一步的离心應用發現，在不同的條件下，大型的勻相粒子可以分解為個別的子單元<ref name="VanHolde"/>。离心的應用是蛋白質實驗科學上的一大進步。

Linderstorm-Lang在1937年發現密度梯度管（density gradient tubes）可以用來量測密度，這是他在研究馬鈴薯黃症病毒時發現的<ref name="Brakke1951">{{cite journal|last1=Brakke|first1=Myron K.|title=Density Gradient Centrifugation: A New Separation Technique|journal=J. Am. Chem. Soc. |date=April 1951|volume=73|issue=4|pages=1847–1848|doi=10.1021/ja01148a508}}</ref>。在Meselson和Stahl證實DNA複製是半守恆的著名實驗中，也使用此一方式，配合不同氮的同位素。他們用密度梯度離心來確認在複製週期後，DNA上是否有出現其他的氮同位素<ref name="Oster1963">{{cite journal|last1=Oster|first1=Gerald|last2=Yamamoto|first2=Masahide|title=Density Gradient Techniques|journal=Chem. Rev.|date=June 1963|volume=63|issue=3|pages=257–268|doi=10.1021/cr60223a003}}</ref>。

==相關條目==
*[[離心機]]

==參考資料==
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==來源==
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*Dishon, M., Weiss, G.H., Yphantis, D.A. ''Numerical Solutions of the Lamm Equation. I. Numerical Procedure''. Biopolymers, Vol. 4, 1966. pp.&nbsp;449–455.
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{{分离过程}}

[[Category:离心]]