一、概述
电动离心机是一种利用电机驱动转子高速旋转，从而产生离心力来分离混合物中各组分的实验仪器。它广泛应用于医学检验、生物化学、分子生物学、环境监测、化工制品及工业生产等领域。其核心价值在于通过可控的离心力作用，使样品中不同密度、粒径或粘度的组分在试管或容器中按规律分层，进而实现固液、液液或悬浮体系的高效分离。
二、离心力与经典物理原理
惯性与离心力产生
当物体以角速度 ω 绕固定轴旋转时，处于旋转参考系中的质点会感受到一个指向旋转中心相反方向的惯性力，即离心力。该力大小等于质量 m 与离心加速度 ac 的乘积：Fc=m×acF_c = m \times a_cFc=m×ac
其中，离心加速度 ac=ω2ra_c = \omega^2 rac=ω2r，r 为质点到旋转中心的径向距离。
转速（RPM）与离心加速度（RCF/G）
实验中常用每分钟转数（RPM）表示转子转速，为方便使用者直观理解，通常将离心加速度与地球重力加速度 g 之比作为相对离心力（RCF），以“×g”表示：RCF=acg=1.118×10−5×r(cm)×(RPM)2\mathrm{RCF} = \frac{a_c}{g} = 1.118 \times 10^{-5} \times r(\mathrm{cm}) \times (\mathrm{RPM})^2RCF=gac=1.118×10−5×r(cm)×(RPM)2
RCF 无量纲，通常在数百至数万 ×g 之间变化。
三、电动驱动系统与转子设计
电机与驱动方式
电动离心机核心为电机驱动系统，可分为皮带传动与直驱两类。皮带传动结构简单、成本低，但对转速精度要求较高的场合多采用直驱无刷电机，具有转速响应快、振动小、噪音低的优势。转子类型与几何参数
不同转子决定了有效半径 r、最大容量与配平对称要求，进而影响离心力计算与实际分离效果。
固定角转子：转管槽与轴心呈固定角度（一般25°–45°），样品沿槽壁滑落至管底，适合快速沉淀。
水平（摇摆）转子：启动时转管垂直，达速后摆至水平，形成平整沉降面，适用于梯度分离或高分辨率需求。
垂直转子：管体永远垂直，离心路径最短，常用于超速离心机中的小容量管。
四、样品装载与配平原则
对称配平
离心运行中，为避免剧烈振动，样品须在相对位置上对称装载。即便是单管离心，也需配重相同容积或质量的试管，保证转子在旋转过程中受力均匀。容器与适配件
根据转子类型选用相应材质的离心管或离心瓶，如聚丙烯、聚碳酸酯或不锈钢容器。高强度容器可承受更高 RCF，但需注意化学兼容性及管壁厚度。
五、控制系统与运行程序
人机界面与参数设置
现代离心机配备数字显示或触摸屏，可预设多组运行程序，包括转速、时间、温度（若带制冷）、加速/减速曲线等。通过直接输入 RCF 或 RPM，两者可相互转换，方便操作。加速与减速曲线
为保护样品及减少机械冲击，常采用阶梯或线性加速程序；离心结束后亦宜缓慢减速，避免骤停引发管体回弹或样品反混。安全联锁与监测
离心机具有多重安全保护：机盖联锁：运转中盖锁闭；
不平衡检测：探测超标振动并停机；
过速保护：超过安全转速自动切断；
温控报警（冷冻机型）：腔体温度异常时强制停机。
六、分离过程与分层机理
密度差驱动下的沉降
离心力作用下，密度大的颗粒或细胞团向管底移动，而密度较小的液相或悬浮物留于上层，形成明显的分层界面。粘度与温度影响
样品溶液粘度越高，颗粒沉降速度越慢；温度升高可降低粘度，但对生物样品活性不利，因此多采用冷冻离心机保持低温（0–4 ℃），兼顾效率与样品稳定性。梯度分离技术
在含有密度梯度介质（如蔗糖、聚乙二醇）的情况下，样品在梯度中迁移至等密度层，能实现更高分辨率的亚细胞或生物大分子分离。
七、参数优化与实验设计
转速与时间的平衡
提高转速可加快分离并提升分辨率，但过高转速会增加热量与剪切力，损伤样品或缩短设备寿命。合理优化转速和时间尤为关键。RCF 一键设置
针对不同离心机和转子，RCF 一键功能可自动转换为对应 RPM，无需手动计算，有助于在不同实验室和跨设备之间保持条件一致性。预实验与参数筛选
对于新样品，先进行小规模预实验，比较不同 RCF、时间组合下的分离效果，再确定最佳方案，提高实验成功率与数据可重复性。
八、实际应用中的典型实例
血液分离
全血经 3000 RPM（约800×g）离心 10 分钟，可得到上清血浆与沉淀血细胞。细胞器分离
细胞裂解液先 1000×g 去核，再 8000×g 分离线粒体，最后 100000×g 进行内质网或核糖体纯化（超速离心机）。蛋白质沉淀与纯化
添加沉淀剂后，15000–20000 RPM 离心 30 分钟，可除去杂质蛋白，富集目标蛋白。
通过结合梯度分离和连续离心技术，还能实现病毒颗粒或纳米材料的高纯度富集。
九、维护保养与故障排查
日常清洁
每次使用后，应清洁内胆、转子及配件，避免样品残留腐蚀机体或滋生微生物。定期校验
校准转速传感器、温度探头和不平衡检测系统，确保测量值准确。常见故障
不启动或无转速：检查电源、保险丝、门盖联锁；
震动剧烈：排查配平、转子安装及轴承磨损；
温度报警：确认制冷系统制冷剂状态及风道畅通。
十、小结
电动离心机的基本工作原理基于经典离心力效应，通过电机驱动可调转速与多种转子结构设计，实现对样品中不同组分的高效分离。仪器的核心包括驱动系统、转子组件、控制与安全系统，以及辅助的冷却与监测模块。只有正确理解离心力产生机理、配合严谨的装载与程序设置，才能充分发挥离心机分离能力，并保障样品完整性与操作者安全。随着材料科学和智能控制技术的发展，未来的电动离心机将更加精准、高效和智能，为科研与生产提供更强有力的支持。
