
【機】 centrifugal sedimentation
【醫】 centrifugalization; centrifugation; centrifuge
capitulate; drop; fall; lower; subdue; surrender; tame
【化】 nor-
【醫】 nor-
離心沉降(Centrifugal Sedimentation)是一種利用離心力加速顆粒在液體中沉降分離的物理過程,其核心原理是通過高速旋轉産生的離心力場替代重力場,使懸浮液中的微小顆粒或密度不同的組分快速分層或分離。以下是詳細解釋:
離心(Centrifugal)指物體受旋轉作用産生的慣性力方向遠離旋轉中心;沉降(Sedimentation)指顆粒在重力或離心力作用下從流體中下沉分離的過程。
在離心機中,懸浮液隨轉子高速旋轉,顆粒受到離心力($F_c = m omega r$,其中 $m$ 為顆粒質量,$omega$ 為角速度,$r$ 為旋轉半徑)作用,其沉降速度遠高于重力沉降(斯托克斯定律修正)。公式如下:
$$ v_c = frac{d (rho_p - rho_f) omega r}{18mu} $$
此處 $v_c$ 為離心沉降速度,$d$ 為顆粒直徑,$rho_p$ 和 $rho_f$ 分别為顆粒與流體密度,$mu$ 為流體黏度。
用于生物樣本(如細胞、蛋白質)的分離純化,常見于高速離心機。
在化工、礦業中分離懸浮固體(如催化劑回收、礦物精選),或環保領域處理污水污泥。
疫苗制備時分離病毒顆粒,或血液成分分離(如血漿與紅細胞)。
可分離微米級顆粒(重力沉降難以實現),效率高、耗時短。
設備成本高,能耗較大,且對樣品性質(如密度差、黏度)敏感。
離心沉降(或“離心沈降”)是物理學和工程學中用于分離懸浮液或乳濁液中不同密度組分的常用技術。以下從定義、原理、應用及關鍵因素等方面進行詳細解釋:
離心沉降是指通過離心力場的作用,使懸浮液或乳濁液中密度不同的顆粒或液體組分加速沉降分層,從而實現固液或液液分離的過程。在中文語境中,“沈降”是“沉降”的日語漢字寫法,中文标準術語應為“沉降”。
核心機制
在高速旋轉的離心機中,顆粒受到離心力、向心力(浮力)和流體阻力的共同作用。密度較大的顆粒會沿徑向向外運動(沉降),而密度較小的組分則向中心移動(上浮)。
與重力沉降的對比
離心沉降的分離速度遠高于重力沉降。離心力可達到重力的數千倍,尤其適用于微小顆粒或密度差較小的體系。
斯托克斯定律的擴展
顆粒沉降速度公式為:
$$
v = frac{d (rho_p - rho_f) omega r}{18mu}
$$
其中,(d)為粒徑,(rho_p)和(rho_f)分别為顆粒與流體密度,(omega)為角速度,(r)為旋轉半徑,(mu)為流體黏度。
若需進一步了解公式推導或具體操作,可參考相關工程手冊或實驗室指南。
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