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离心机的前世今生

离心分离技术在促进生产力发展过程中的应用源远流长。中国古代,人们就学会了用绳索的一端系住陶罐,手握绳索的另一端,用力旋转甩动陶罐,从而产生离心力,挤压出陶罐中浆果的汁液,这就是离心分离纯化原理的原始应用。

       第一次工业革命时期,随着纺织工业对脱水分离工艺的需求,1836 年,第一台三足式离心机在德国问世,为制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机也随后投入工业生产。1878年,瑞典的 Gustaf de Laval 发明了第一台能从牛奶中分离奶油的乳脂分离机,利用人力驱动配合皮带传动系统,转速可达 3000r/min。它的转鼓仅是一个空心的圆筒。后来转鼓内增加了轴向叠置的圆锥形碟片,使分离效果显著改善,并增大了处理能力,这一技术进展导致碟式分离机迅速发展。离心分离机的转速则逐渐由低速向高速发展,转鼓直径也逐渐增大,改善了分离效果,提高了处理能力。从此离心机制造技术伴随着工业发展与日俱进,广泛应用于轻工、食品、化工、医药、采矿等领城。

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    第二次工业革命时期,1923 年瑞典物理化学家 Theodor Svedberg 发明了油涡轮驱动并配置有齿轮增速系统的第一台超速离心机,转速可达 10000r/min,可获得约 5000g 的相对离心力,1926 年到 1939 年间,Theodor Svedberg 又对超速离心机系统进行了持续改善,从而使最高速度可达 75000 r/min,可获得 429000g 的相对离心力。利用这种超速离心机,科学家可以很容易就测定出蛋白质的分子量,并首次从血液中分离出血红蛋白,开启了生物化学研究的新篇章。Theodor Svedberg 也凭借利用超速离心机对分散体系胶体物质进行物理化学分析研究所取得的丰硕成果,荣获 1926 年诺贝尔化学奖。离心分析中常用的沉降系数就是以 Svedberg 的名字为单位的。1 Svedberg = 10-13 秒。

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第三次工业革命时期,1950 年代,瑞士的 EWiedeman 研制了变频电机直接驱动的离心机 Ultra gro Typ U54,不再使用齿轮箱增速,使离心机结构进一步简化;1970 年代后期,美国 Beckman 公司推出变频电机直接驱动超速离心机。近代以来,由于台式离心机结构简单,造价低廉、体积紧凑,随着医学以及生物化学科学技术的发展,很快成为医院、高校、血站等生化实验室的常规仪器。目前,随着嵌入式计算机技术在离心机产品中的广泛应用,实验室离心机变得更加智能化,成为生化分离技术中应用最广泛的一类通用仪器。

 

新中国于 1958 年开始系统性的组织对实验室离心机进行研制,1975 年中国科学院首先研制成功国产超速离心机。国家一直非常重视国产离心机的研究与开发,离心机项目多次被列入国家的科技攻关项目。1970 年代末及 1980 年代初期,我国分别在保定和北戴河召开会议,制定全国科研发展规划和中国仪器仪表发展规划,把实验室离心机列入企业重点研制开发项目,并将主要开发项目高速离心机及转子下达给湖南仪器仪表总厂,转子及应力分布项目由浙江大学承担,同时引进英国 MSE 高速离心机。1980 年代初湖南仪器仪表总厂从日本 TOMY 公司引进高速冷冻离心机制造技术,完善了我国高速离心机及转子的制造工艺。经过几代仪器工匠的持续奋斗,我国在实验室离心机领域与超高速离心机方面产生了一些媲美国际一流水平的创新成果,逐步形成以湖南、上海、北京为主的实验室离心机生产基地,打破了国外的垄断。越来越多的国产离心机走进全国各地的医院临床检验实验室和高校生物化学研究实验室,为我国生化领域的科技工作者提供了高效安全的离心分离纯化仪器。


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