遠心分離

遠心分離の基礎知識

遠心分離（えんしんぶんり）とは、強力な遠心力を利用して試料の成分を分離する手法です。特に、懸濁液や乳液などの分離が難しい試料に対して効果的です。この技術は、物質の密度差をもとに分散している成分を異なる相に分離します。つまり、高速回転によって加えられる加速度が、わずかな密度差さえも生かして成分を分けるのです。遠心分離に必要な装置は「遠心機」と呼ばれ、19世紀に開発が始まり、テオドール・スヴェドベリによって1920年代から1930年代に現在の形に進化しました。

密度勾配遠心法

生化学分野では、特に「密度勾配遠心法」が用いられます。この方法では、通常、塩化セシウムなどの高分子塩の溶液と試料を混合し、超遠心機にかけることで、粒子をその重量に基づいて分離します。超遠心によって生じる密度の勾配を利用することで、試料中の粒子はその重さに応じた層を形成します。この手法は、高分子の分離だけでなく、平均分子量の推定にも役立つ技術です。また、血球細胞を分離する際にはショ糖溶液などを使用し、細胞が損傷を受けることのないように通常の遠心機で行います。

遠心機の構造

遠心分離に使用される装置は「遠心機」と呼ばれ、その構成は筐体と内部の回転子からなっています。手動で回すタイプから、高速電動モーターによるものまで多岐にわたります。遠心機の能力は、発生する遠心力の単位であるG（重力加速度）で示され、数千Gまで生成されるものを遠心機とし、数万G以上のものを「超遠心機」と区別します。

回転子は目的に応じてさまざまな形状があり、試料を容器に入れる際には「沈殿管」と呼ばれる部分を使用します。この沈殿管は試験管、スピッツ管、ディープウエルプレート、マイクロチューブなど、さまざまな形状があります。それゆえ、アダプターを交換することで多様な容器にも対応するのが一般的です。

遠心機では、管の向きが常に遠心力に対して垂直になるように、アダプターが振り子式の支点で保持されていることが多いです。しかし、変わった形状の回転子では、管の角度が一定になるものも存在します。また、回転子の重心を均等に保つことで、振動を防ぎ、最悪の場合、遠心機そのものが破損することを避けます。

遠心機の種類

遠心機には工業用としてもさまざまな用途があります。例えば、砂糖の精製や乳脂肪分の分離に利用される工業用遠心機があり、化学工業用には結晶とろ液を分離するための特別な装置を使用します。

また、ガス遠心分離装置は、六フッ化ウランガスを超遠心機にかけ、同位体の濃度差を利用する装置です。核兵器の製造にも使われる可能性があるため、輸出入には制限がかけられることがあります。

さらに、遠心エバポレーターは遠心機を減圧することで溶液を蒸発させる目的で設計され、赤外線輻射や温風による加温が可能です。これにより、小容量の容器に入った試料を効率よく乾燥・濃縮することができます。

理論

遠心分離の過程では、分散質の移動速度vは密度差や加速度、質量などによって定義されます。この移動速度からスヴェドベリのS値（沈降係数）が導かれ、これは分散質の特性を示す指標として機能します。これにより、遠心分離に必要な条件や効率を把握しやすくなります。

以上のように、遠心分離は生化学や工業など、さまざまな分野で重要な役割を果たす技術です。この技術を理解することで、効率的な分離プロセスを実現できるでしょう。

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