离心技术在生物科学，特别是在生物化学和分子生物学研究领域，已得到十分广泛的应用，每个生物化学和分子生物学实验室都要装备多种型式的离心机。离心技术主要用于各种生物样品的分离和制备，生物样品悬浮液在高速旋转下，由于巨大的离心力作用，使悬浮的微小颗粒（细胞器、生物大分子的沉淀等）以一定的速度沉降，从而与溶液得以分离，而沉降速度取决于颗粒的质量、大小和密度。

基本原理

当一个粒子（生物大分子或细胞器）在高速旋转下受到离心力作用时，此离心力 “F” 由下式定义，即：

$$ F = M \cdot a$$

$$ F = m \cdot a = m \cdot ω^2 \cdot r $$

• 注：a — 粒子旋转的加速度， m — 沉降粒子的有效质量，ω—粒子旋转的角速度， r—粒子的旋转半径cm

• 通常离心力常用地球引力的倍数来表示，因而称为相对离心力 [relative centrifugal field] — RCF

• 或者用数字乘 “g” 来表示，例如 25000×g，则表示相对离心力为25000。相对离心力是指在离心场中，作用于颗粒的离心力相当于地球重力的倍数，单位是重力加速度 “g” ($980cm/sec^2$），此时 “RCF” 相对离心力可用下式计算：

$$RCF = 1.119 \times 10^{-5} \times(rpm)^2 \times r $$ 其中( rpm — revolutions per minute每分钟转数，r/min )

由上式可见，只要给出旋转半径r，则RCF和rpm之间可以相互换算。但是由于转头的形状及结构的差异，使每台离心机的离心管，从管口至管底的各点与旋转轴之间的距离是不一样的，所以在计算是规定旋转半径均用平均半径 “$r_{av}$” 代替：

$$ r_{av}= \frac {r_{min}＋r_{max}} {2} $$

一般情况下，低速离心时常以转速 “rpm” 来表示，高速离心时则以 “g” 表示。计算颗粒的相对离心力时，应注意离心管与旋转轴中心的距离“r”不同，即沉降颗粒在离心管中所处位置不同，则所受离心力也不同。因此在报告超离心条件时，通常总是用地心引力的倍数 “×g” 代替每分钟转数 “rpm”，因为它可以真实地反映颗粒在离心管内不同位置的离心力及其动态变化。科技文献中离心力的数据通常是指其平均值（$RCF_av$），即离心管中点的离心力。

• 单位 rpm 与 g 的换算：

离心机可分为工业用离心机和实验用离心机。实验用离心机又分为制备性离心机和分析性离心机，制备性离心机主要用于分离各种生物材料，每次分离的样品容量比较大，分析性离心机一般都带有光学系统，主要用于研究纯的生物大分子和颗粒的理化性质，依据待测物质在离心场中的行为（用离心机中的光学系统连续监测），能推断物质的纯度、形状和分子量等。分析性离心机都是超速离心机。

制备型离心机

普通离心机

最大转速 6000 rpm左右，最大相对离心力近 6000×g，容量为几十毫升至几升，分离形式是固液沉降分离，转子有角式和外摆式，其转速不能严格控制，通常不带冷冻系统，于室温下操作，用于收集易沉降的大颗粒物质，如红血球、酵母细胞等。这种离心机多用交流整流子电动机驱动，电机的碳刷易磨损，转速是用电压调压器调节，起动电流大，速度升降不均匀，一般转头是置于一个硬质钢轴上，因此精确地平衡离心管及内容物就极为重要，否则会损坏离心机。

高速冷冻离心机

最大转速为 20000～25000 rpm（r/min），最大相对离心力为 89000×g，最大容量可达3升，分离形式也是固液沉降分离，转头配有各种角式转头、荡平式转头、区带转头、垂直转头和大容量连续流动式转头、一般都有制冷系统，以消除高速旋转转头与空气之间摩擦而产生的热量，离心室的温度可以调节和维持在 0～40℃，转速、温度和时间都可以严格准确地控制，并有指针或数字显示，通常用于微生物菌体、细胞碎片、大细胞器、硫铵沉淀和免疫沉淀物等的分离纯化工作，但不能有效地沉降病毒、小细胞器(如核蛋白体) 或单个分子。

超速离心机

转速可达 50000～80000 rpm，相对离心力最大可达 510000×g，最著名的生产厂商有美国的贝克曼公司和日本的日立公司等，离心容量由几十毫升至 2 升，分离的形式是差速沉降分离和密度梯度区带分离，离心管平衡允许的误差要小于 0.1 克。超速离心机的出现，使生物科学的研究领域有了新的扩展，它能使过去仅仅在电子显微镜观察到的亚细胞器得到分级分离，还可以分离病毒、核酸、蛋白质和多糖等。