
【机】 centrifugal sedimentation
【医】 centrifugalization; centrifugation; centrifuge
capitulate; drop; fall; lower; subdue; surrender; tame
【化】 nor-
【医】 nor-
离心沉降(Centrifugal Sedimentation)是一种利用离心力加速颗粒在液体中沉降分离的物理过程,其核心原理是通过高速旋转产生的离心力场替代重力场,使悬浮液中的微小颗粒或密度不同的组分快速分层或分离。以下是详细解释:
离心(Centrifugal)指物体受旋转作用产生的惯性力方向远离旋转中心;沉降(Sedimentation)指颗粒在重力或离心力作用下从流体中下沉分离的过程。
在离心机中,悬浮液随转子高速旋转,颗粒受到离心力($F_c = m omega r$,其中 $m$ 为颗粒质量,$omega$ 为角速度,$r$ 为旋转半径)作用,其沉降速度远高于重力沉降(斯托克斯定律修正)。公式如下:
$$ v_c = frac{d (rho_p - rho_f) omega r}{18mu} $$
此处 $v_c$ 为离心沉降速度,$d$ 为颗粒直径,$rho_p$ 和 $rho_f$ 分别为颗粒与流体密度,$mu$ 为流体黏度。
用于生物样本(如细胞、蛋白质)的分离纯化,常见于高速离心机。
在化工、矿业中分离悬浮固体(如催化剂回收、矿物精选),或环保领域处理污水污泥。
疫苗制备时分离病毒颗粒,或血液成分分离(如血浆与红细胞)。
可分离微米级颗粒(重力沉降难以实现),效率高、耗时短。
设备成本高,能耗较大,且对样品性质(如密度差、黏度)敏感。
离心沉降(或“离心沈降”)是物理学和工程学中用于分离悬浮液或乳浊液中不同密度组分的常用技术。以下从定义、原理、应用及关键因素等方面进行详细解释:
离心沉降是指通过离心力场的作用,使悬浮液或乳浊液中密度不同的颗粒或液体组分加速沉降分层,从而实现固液或液液分离的过程。在中文语境中,“沈降”是“沉降”的日语汉字写法,中文标准术语应为“沉降”。
核心机制
在高速旋转的离心机中,颗粒受到离心力、向心力(浮力)和流体阻力的共同作用。密度较大的颗粒会沿径向向外运动(沉降),而密度较小的组分则向中心移动(上浮)。
与重力沉降的对比
离心沉降的分离速度远高于重力沉降。离心力可达到重力的数千倍,尤其适用于微小颗粒或密度差较小的体系。
斯托克斯定律的扩展
颗粒沉降速度公式为:
$$
v = frac{d (rho_p - rho_f) omega r}{18mu}
$$
其中,(d)为粒径,(rho_p)和(rho_f)分别为颗粒与流体密度,(omega)为角速度,(r)为旋转半径,(mu)为流体黏度。
若需进一步了解公式推导或具体操作,可参考相关工程手册或实验室指南。
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