遠心分離

生化学では、塩化セシウムなど式量の大きい塩の溶液を試料と混合して超遠心機（後述）にかけることによって、試料の粒子をその重さにしたがって分離する密度勾配遠心法（みつどこうばいえんしんほう）が利用される。これは、溶液に長時間にわたり超遠心を施すことにより生じる密度勾配を利用し、試料中の粒子がその重さに応じて層を成して分離する現象を利用して、高分子の分離や平均分子量を推測する手法である。また、血球細胞の分離の際にもショ糖溶液などを用いて行われる。その際には細胞が損傷を受けないように超遠心機ではなく、通常の遠心機によって分離される。

遠心分離に使用される装置を遠心機（えんしんき、centrifuge）と呼び、筐体とその内部の回転子とで構成される。手回し式のギアで回転させるものから、電動モーターで高速回転させるものまで存在する。遠心機の能力は発生する遠心力をG（重力加速度）で計測した値で示され、数千Gまでかけられるものを遠心機、数万G以上をかけられるものを超遠心機 (ultracentrifuge) と呼んで区別される。回転子は用途によって様々な形状のものが存在する。試料容器は沈殿管（ちんでんかん）と呼ばれるが、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の様々な形状の容器があり、アダプターの交換でそれらの容器に対応できるようになっているものが多い。

回転速度に応じて遠心力は変化し、結果として重力との合力が働く方向は変化する。そのため、管の向きが常に合力に対して鉛直に保たれるように、アダプターが振り子式の支点で回転子に保持されているものが多いが、管の角度が常に一定になっているものもある。

回転子の重量配分に偏りがある状態で高速回転させると大きな振動が発生し、最悪の場合には遠心機が破壊される恐れもあるので、サンプルは重量配分に偏りが無いようにセットされなければならない。

超遠心機では、様々な部位の摩擦による発熱が無視できないため、生化学用の超遠心機にはサンプルを冷却する仕組みが備えられたものもあり、これは冷却遠心機と呼ばれる。場合によっては回転子の周囲を減圧することで、空気の断熱圧縮による発熱を減らす冷却遠心機も存在する。

遠心機は、石油、製薬、化学、食品、石炭、水処理などの様々な分野で利用されてきた。また、臨床医学、生化学、免疫学の分野でも重要な役割を果たしている^[2]。

遠心分離中の分散質の移動速度v は、次で表される^[1]。

${\displaystyle v={\frac {\Delta \rho V\alpha }{m\beta }}}$

ここでΔρは分散質と分散媒の密度差、V は分散質の体積、αは加速度、m は分散質の質量、βは単位質量あたりの摩擦係数である。このことから、遠心分離の効果を表す指標として、次のスヴェドベリのS 値、または沈降係数が定義される。

${\displaystyle S:={\frac {v}{\alpha }}={\frac {\Delta \rho V}{m\beta }}={\frac {m}{6\pi a\mu }}{\frac {\Delta \rho }{\rho }}}$

ただしストークスの式を用いており、a は分散質（粒子）の半径である。

このS は時間の次元をもち、10^-13 秒に等しいと定義されるスヴェドベリ(S)を単位として表される。