离心浓缩

内容大纲
什么是离心浓缩？
影响离心浓缩效率的因素？
进行离心浓缩的配置
常见蒸发浓缩技术与比较
其他常见浓缩技术
离心浓缩常见应用

什么是离心浓缩？

离心浓缩是一种适合同时分离多个小体积样品的纯化、浓缩技术，一般使用离心浓缩机来实现。 离心浓缩的原理是利用真空度降低溶剂沸点，并以红外线、蒸气 加热方式提高溶剂蒸发的速率; 其离心力可以使溶液向底部移动、沸腾，降低突沸 （bumping） 发生。 搭配冷凝装置收集其溶剂气体，避免溶剂气体散逸于空气中，危害人员健康安全。
离心浓缩机的应用相当广泛。 除了可以应用在生技、医疗领域，如 DNA、RNA、蛋白质、组织液的分离和纯化; 也可以应用于食品工业和环境检测中，如农药、动物用药、毒素等化学物质的纯化及浓缩。

影响离心浓缩效率的因素？

离心浓缩的效率及结果受到多种关键因素的影响，以下就几个主要因素说明：

1. 真空度：借由提高真空度（即降低压力） 有效地降低溶剂沸点，有助于加速溶剂蒸发，同时减少蒸发过程中样品损失的风险。
2. 温度 ：适度地提高温度，可以增加溶剂蒸发的速率。
   然而，对于热敏性 （heat sensitive） 物质而言，高温会导致物质降解、变性 ，因此温度应在不损害样品的前提下进行调整。
3. 离心力：离心力除了可加大液体表面积，也会使溶液向底部移动，降低突沸发生，可有效避免样品流失及交叉污染。
   同时，也能够让样品完全沉淀在离心管底部，而不会残留在管壁上，提高回收率。
4. 冷凝装置 ：利用低温有效地凝结并捕捉浓缩过程中产生的溶剂气体，除了确保安全性、减少浪费外，更可提高浓缩效率。
   除了上述因素外，不同的样品特性也会影响浓缩效率，如样品黏稠度、热稳定性等。 因此在作时，各参数需依处理的样品特性进行调整。

进行离心浓缩的配置

 

离心浓缩的配置通常包含 （a） 离心浓缩机、（b） 真空设备、（c） 冷凝设备，三者共同作用可大幅提高浓缩效率，并可降低溶剂损失及潜在的安全风险。

• （a） 离心浓缩机：为离心浓缩主要的仪器，可藉由更换转子 （rotor） 容纳不同体积的浓缩样品，如 0.5 mL / 1.5 mL / 2.0 mL eppendorf 或 15 mL / 50 mL 离心管。 选购时，请注意所选机型是否有适配的转子。
• （b） 真空设备：浓缩过程中，通常会使用有机溶剂，因此建议使用耐腐蚀真空泵以确保处理溶剂时的耐用性。 如果样品对于压力波动敏感（压力敏感物质），也可以考虑加装真空控制器减少压力波动、或是以自动真空控制系统直接取代真空泵，有效提升真空控制的精准度。
• （c） 冷凝设备：可以将溶剂气体冷凝成液体，避免溶剂气体进入真空泵造成泵损坏、延长泵使用寿命; 也可避免溶剂气体散逸至环境中对人员造成危害。

常见蒸发浓缩技术与比较

 

其它常见的蒸发浓缩技术，包括旋转浓缩机、吹氮浓缩机，以及洛科*开发的ConVap真空振盪浓缩机。 各技术之特点如下表所示，详情可参阅真空振盪浓缩。

浓缩机种类	真空振盪浓缩	减压旋转浓缩	吹氮浓缩	离心浓缩
适用样品数	多管 （12 / 48）	1	多管	多管
可设定参数	真空度/温度/ 转速/时间	温度/转速	温度/吹氮流速	温度/转速/时间
交叉污染风险	无	无	高	低
耗材	无	无	氮气	无
可视性	可	可	可	不可
试管拿取	批次单一拿取	仅一样品	批次单一拿取	单独拿取
溶剂回收	是，室内使用	是，排烟柜使用	否，排烟柜使用	是，室内使用

其他常见浓缩技术

 

若提到蛋白质、DNA、RNA 等生物分子的浓缩，另一种经常使用的浓缩方法为浓缩离心管，又称超滤离心管、离心过滤器 、纯化柱。 此方法需搭配离心机进行作。 其原理是以超滤（ultrafiltration， UF）的方式，用滤膜分离出目标分子。 浓缩离心管通常用于生物学和分子生物学领域中小量样品的纯化、浓缩、渗滤、透析、去盐、溶剂置换等应用。 其作流程相对简单，通常是将样品置入浓缩离心管后，利用离心力使样品通过滤膜，并藉由滤膜孔径分离、浓缩目标分子。

此外，因为原理相同，浓缩离心管也可做为使用切向流过滤系统 （tangential flow filtration， TFF） 的前期测试。 更多TFF相关信息，请参阅切向流过滤。

 

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离心浓缩常见应用

 

• 食品安全检测，如动物用药、农药残留、添加物等
• 医院实验室，如血液、尿液代谢物的浓缩等
• 环境分析，如残留农药、环境用药、戴奥辛、环境有害物质等
• 生技实验，如蛋白质、DNA、RNA 的干燥、纯化与浓缩等
• 成份萃取开发，如中草药、化妆品、保养品、食品、保健品等
• 样品浓缩与蒸发，如临床、生物、化学、生技、制药、医检等领域

 

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引用数据 ：

• Evaporators – American Chemical Society
• Hot, Frozen, Sublimed and Blown: Biological Sample Storage Methods Summarized – Part One
• Merck, Amicon®Ultra-0.5 Centrifugal Filter Devices
• Types of Solvent Evaporators – An Overview