離心機計算器
計算離心機的相對離心力（RCF）、RPM 或轉子半徑。輸入任意兩個值即可求出第三個。
選擇要計算的數值，然後輸入另外兩個參數，即可立即得到結果。
離心機計算器
計算離心機的相對離心力（RCF）、RPM 或轉子半徑。輸入任意兩個值即可求出第三個。
關於離心機計算器
離心機是生物學、生物化學、醫學和化學實驗室中最常用的儀器之一。它透過高速旋轉樣品產生離心力，加速顆粒沉降，並根據顆粒的大小、形狀、密度以及周圍介質的黏度進行分離。透過精確控制轉速和轉子幾何結構，科學家可以把複雜混合物分離成不同組分，用於分析、純化或後續處理。
相對離心力（RCF），也稱為 g 力，是衡量離心強度的標準化指標。它表示作用在樣品上的離心力相對於地球標準重力加速度（g = 9.81 m/s²）的倍數。例如，1000 × g 的 RCF 表示樣品受到的力是單純重力的 1000 倍。使用 RCF 而不是 RPM，可確保不同離心機型號和轉子類型之間的實驗方案具有可重複性，因為實際作用力同時取決於轉速和轉子半徑。
RCF、轉子轉速（RPM）和轉子半徑（r）之間的關係由公式 RCF = 1.118 × 10⁻⁵ × r(cm) × RPM² 定義。該公式來自向心加速度基本方程 a = ω²r，其中 ω 為角速度，單位是 rad/s。將 RPM 換算為 rad/s，並把半徑換算為公分，再除以 g = 980 cm/s²，就得到常數 1.118 × 10⁻⁵。公式中使用的轉子半徑應從轉子軸中心量到樣品管底部，而不是管口或轉子外緣。
當另外兩個變數已知時，這個計算器可以求出三者中的任意一個。要根據 RPM 和半徑求 RCF，請輸入 RPM 和半徑並選擇「RCF」。要計算達到特定 g 力所需的 RPM，請輸入目標 RCF 和轉子半徑並選擇「RPM」。要計算在給定 RPM 下達到特定 RCF 所需的最小轉子半徑，請輸入 RCF 和 RPM 並選擇「半徑」。
常見的離心方案會根據用途使用不同範圍的 RCF。低速離心（100–600 × g）用於沉澱完整細胞、酵母和較大的細胞碎片。中速離心（1,000–15,000 × g）用於細菌沉澱、粒線體和膜碎片。高速離心（15,000–100,000 × g）可分離微粒體、核糖體和病毒顆粒。超速離心（100,000–500,000 × g）用於分離細胞器、大型大分子複合物以及分析型密度梯度分離。
離心中的準確性至關重要。使用錯誤的 RCF——例如把最大半徑與平均半徑或最小半徑混淆——可能導致分離不完全、樣品損失或脆弱的生物結構受損。務必從轉子中心測量到安裝後樣品管底部的半徑，因為樣品就是在這裡形成沉澱。試管在轉子內必須始終成對平衡放置，以防在高速下產生振動甚至轉子失效。
離心機計算器範例
常見實驗室離心方案及其計算參數。
| 已知參數 | 結果 | 方案 / 應用 |
|---|---|---|
| RPM = 3000, Radius = 85 mm → RCF | RCF ≈ 855 × g | 細胞沉澱方案。低速離心將培養液中的哺乳動物細胞沉降，同時讓雜質保持懸浮。 |
| RCF = 12000 × g, Radius = 85 mm → RPM | RPM ≈ 11,241 | 用於細菌沉澱的高速離心。方案指定 12,000 × g；計算器會給出離心機應設定的精確 RPM。 |
| RCF = 500 × g, RPM = 1500 → Radius | Radius ≈ 198.8 mm | 求在 1500 RPM 下達到 500 × g 所需的最小轉子半徑。r = RCF / (1.118×10⁻⁵ × RPM²) × 10 mm——在為方案選擇轉子時很有用。 |
| RPM = 50000, Radius = 50 mm → RCF | RCF ≈ 139,750 × g | 50,000 RPM、50 mm 轉子下的超速離心運行。這種量級的離心力可高效分離核糖體和大型蛋白質複合體。 |
如何使用離心機計算器
- 先選擇要計算的內容：RCF（g 力）、RPM（轉速）或半徑。點擊計算器頂部對應的按鈕。
- 輸入兩個已知值。計算 RCF 時，輸入 RPM 和半徑（mm）；計算 RPM 時，輸入 RCF 和半徑（mm）；計算半徑時，輸入 RCF 和 RPM。
- 為獲得最高精度，請將轉子半徑測量為轉子軸中心到裝入樣品管底部的距離。
- 點擊「計算」。結果會以相應單位顯示：RCF 為 × g，轉速為 RPM，半徑為 mm。
- 使用計算結果設定離心機、記錄方案，或驗證現有方案是否滿足指定的 g 力要求。
離心機計算器常見問題
什麼是 RCF，為什麼要用它而不是 RPM？
RCF（相對離心力）是樣品所受離心作用力的標準化表示，通常以地球重力加速度的倍數來表達。RPM（每分鐘轉數）只衡量旋轉速度，不代表樣品實際承受的力。由於離心力同時取決於 RPM 和轉子半徑，相同的 RPM 在不同離心機或轉子上會產生不同的 RCF。科研方案會指定 RCF，以確保不同儀器之間結果一致——指定 3000 × g 的方案，無論使用哪台離心機或哪種轉子，分離效果都應相同。
如何準確測量轉子半徑？
轉子半徑應從轉子軸中心（旋轉軸）量到樣品管在工作位置時底部的距離。這個距離就是樣品真正形成沉澱的位置。若量到管口或轉子外緣，會高估 RCF。對於擺動轉子，在加速過程中吊桶會向外擺動，因此半徑會變化；計算最大 RCF 時，應使用完全水平時的半徑。
細胞培養沉澱應該用多少 RPM？
大多數哺乳動物細胞培養方案會在 200–400 × g 下離心 5–10 分鐘來沉澱細胞。這樣可以溫和地沉降細胞，而不會造成裂解或把沉澱壓得過實。對於半徑 85 mm 的轉子，200 × g 大約對應 1456 RPM，400 × g 大約對應 2060 RPM。可用這個計算器為你的轉子求出精確 RPM。細菌更小、密度更高，通常需要 3000–5000 × g 才能有效沉澱。
固定角轉子和擺動轉子有什麼區別？
在固定角轉子中，試管在離心過程中始終與轉子軸保持一個固定角度（通常為 25–45°）。由於顆粒很快就會到達管壁，沉降路徑較短，因此固定角轉子適合快速高效的沉澱。擺動轉子在旋轉時會擺到水平位置，因此顆粒需要沿著整根試管到達底部。擺動轉子更適合密度梯度分離，因為條帶更清晰。兩種設計的有效半徑不同，因此會影響 RCF 計算。
我能把任意離心機的 g 力換算成 RPM 嗎？
可以，但你需要知道具體離心機型號的轉子半徑。公式 RPM = √(RCF / (1.118 × 10⁻⁵ × r_cm)) 可以給出精確轉速。把目標 RCF 和轉子半徑輸入這個計算器，選擇「RPM」，就能立即得到結果。如果不知道轉子半徑，請查閱離心機製造商文件，或用尺子從轉子軸中心直接量到管底。
為什麼超速離心需要專用設備？
超速離心機的轉速可達 50,000–150,000 RPM，產生 100,000–1,000,000 × g 的離心力。在這種極限條件下，轉子本身的質量也會承受巨大的離心應力，因此必須使用高精度工程化的鈦合金或碳複合材料轉子。轉子在真空腔中運轉以消除空氣摩擦和發熱；一旦有任何試管稍微失衡，精密的不平衡偵測系統就會讓儀器停機。普通實驗室離心機並不是為這些速度設計的，若超過額定最大 RCF 運行，可能會發生災難性故障。