離心課堂 | 轉(zhuǎn)頭效率K因子與離心時(shí)間

轉(zhuǎn)頭的k值

轉(zhuǎn)頭的k值（又稱k因子或k系數(shù)）用以衡量轉(zhuǎn)頭的沉淀效率。所有的離心機(jī)廠家在轉(zhuǎn)頭出廠時(shí)都計(jì)算了制備型轉(zhuǎn)頭的k值，轉(zhuǎn)頭k值通過在轉(zhuǎn)頭運(yùn)行至最高轉(zhuǎn)速、離心管裝滿樣品時(shí)計(jì)算得到的，其計(jì)算公式如下：

（1）

由于

（2）

將公式（2）代入公式（1）可得到以下轉(zhuǎn)頭k 值的計(jì)算公式：

（3）

由上得出轉(zhuǎn)頭k值是與轉(zhuǎn)頭的最高轉(zhuǎn)速和形狀有關(guān)。

最高轉(zhuǎn)速一樣的轉(zhuǎn)頭，離心管與軸的角度越小，也就是rmax/rmin 越小，k值就越小。所以制備型超速離心機(jī)的四類轉(zhuǎn)頭的k值如下：水平轉(zhuǎn)頭k值 > 定角轉(zhuǎn)頭k值 > 近垂直轉(zhuǎn)頭k值 > 垂直轉(zhuǎn)頭k值。

如果在離心時(shí)，轉(zhuǎn)頭沒有運(yùn)行到最高轉(zhuǎn)速，那么rpm就不能使用最高轉(zhuǎn)速的k值，必須將轉(zhuǎn)頭實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速代入公式（3）來計(jì)算實(shí)際的k值。

（4）

離心時(shí)間

已知某轉(zhuǎn)頭k值和顆粒的沉降系數(shù)，可以計(jì)算出用該轉(zhuǎn)頭分離顆粒時(shí)所需要的時(shí)間。其公式如下：

（5）

由公式（5）可以看出，轉(zhuǎn)頭k值是評估轉(zhuǎn)頭離心效率的一個(gè)指標(biāo)，對于沉淀同一顆粒，轉(zhuǎn)頭k值越小，顆粒沉淀所需要的時(shí)間就越短，也就是離心效率越高；反之，轉(zhuǎn)頭k值越大，顆粒沉淀所需要的時(shí)間就越長，轉(zhuǎn)頭的離心效率越低。

舉例

分離沉降系數(shù)為15S的蛋白，如果用的轉(zhuǎn)頭k值是15，那么沉降該蛋白顆粒所需要的時(shí)間是：

t = k/s = 15/15 = 1 小時(shí)

如果用的轉(zhuǎn)頭k值是18，那么沉降所需的時(shí)間是：

t = k/s = 18/15 = 1.2 小時(shí)

已知一個(gè)轉(zhuǎn)頭k值和沉淀所需要的時(shí)間，如果用另一個(gè)轉(zhuǎn)頭來沉淀同樣的顆粒，可以用以下公式來計(jì)算需要沉淀的時(shí)間：

（6）

如果該轉(zhuǎn)頭不是在最高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，或者樣品沒有裝滿，又或者換用了其他更小的離心管（例如g-MAX 管等），相應(yīng)k值都會(huì)發(fā)生改變，相應(yīng)離心所需的時(shí)間也需要重新計(jì)算。

綜上所述

k因子已經(jīng)綜合考慮了離心的轉(zhuǎn)速、相對離心力以及樣品在最小半徑和最大半徑等位置的受力改變情況，還有顆粒沉降的行程等因素，是計(jì)算離心時(shí)間、評價(jià)轉(zhuǎn)頭離心效率的最準(zhǔn)確和最重要指標(biāo)。

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