Калориметрія Які дослідження та застосування



The калориметрії це техніка, яка визначає зміни в калорійності системи, пов'язаної з хімічним або фізичним процесом. Вона заснована на вимірюванні температурних змін, коли система поглинає або виділяє тепло. Калориметр - це обладнання, яке використовується в реакціях, в яких бере участь теплообмін.

Те, що називається "кавова чашка", є найпростішою формою цього типу пристрою. При його використанні вимірюють кількість тепла, залученого в реакції, що здійснюється при постійному тиску у водному розчині. Калориметр кавового типу складається з полістиролового контейнера, який поміщається в хімічний стакан.

Вода поміщається в полістирольний контейнер, забезпечений кришкою того ж матеріалу, що надає йому певну ступінь теплоізоляції. Крім того, контейнер має термометр і механічну мішалку.

Цей калориметр вимірює кількість тепла, яке поглинається або випускається, залежно від того, чи є реакція ендотермічною або екзотермічною, коли реакція протікає у водному розчині. Досліджувана система складається з реагентів і продуктів.

Індекс

  • 1 Що він вивчає??
  • 2 Калорійність калориметра
    • 2.1 Приклад використання калориметра для розрахунку питомої теплоти
  • 3 калориметричний насос
  • 4 Види калориметра
    • 4.1 Ізотермічний титрувальний калориметр (CTI)
    • 4.2 Диференціальний скануючий калориметр
  • 5 Програми
    • 5.1 Використання ізотермічної титруючої калориметрії
    • 5.2 Використання диференціальної скануючої калориметрії
  • 6 Посилання

Що він вивчає?

Калориметрія вивчає взаємозв'язок між тепловою енергією, пов'язаною з хімічною реакцією, та способом її використання для визначення змінних. Її застосування в галузях досліджень обгрунтовує сферу застосування цих методів.

Калорійність калориметра

Ця ємність обчислюється шляхом ділення кількості тепла, поглиненого калориметром, на зміну температури. Ця зміна є продуктом тепла, що випромінюється в екзотермічній реакції, яка дорівнює:

Кількість тепла, що поглинається калориметром + кількість тепла, що поглинається розчином

Зміна може бути визначена шляхом додавання відомого кількості тепла шляхом вимірювання зміни температури. Для визначення калорійності зазвичай використовують бензойну кислоту, оскільки відома його теплота згоряння (3,227 кДж / моль).

Також можна визначити калорійність за рахунок додавання тепла через електричний струм.

Приклад використання калориметра для розрахунку питомої теплоти

Пруток з 95 г металу нагрівають до 400 ° С, негайно приймаючи калориметр з 500 г води, спочатку при 20 ° С. Кінцева температура системи становить 24ºC. Розрахуйте питому теплоємність металу.

Δq = m x ce x Δt

У цьому виразі:

Δq = варіація навантаження.

m = маса.

ce = питома теплоємність.

Δt = зміна температури.

Тепло, отримане водою, дорівнює теплоті, що виділяється з металевого бруса.

Це значення подібне до значення, яке відображається в певній тепловій таблиці для срібла (234 Дж / кг ºC).

Отже, одним із застосувань калориметрії є співпраця для ідентифікації матеріалів.

Калориметричний насос

Він складається з сталевого контейнера, відомого як насос, стійкого до високих тисків, які можуть виникати під час реакцій, що відбуваються в цьому контейнері; цей контейнер з'єднаний з ланцюгом запалювання для запуску реакцій.

Насос занурюється у велику ємність з водою, функція якої полягає в поглинанні тепла, яке генерується в насосі під час реакцій, що робить зміну температури невеликою. Контейнер для води обладнаний термометром і механічною мішалкою.

Зміни енергії вимірюються практично при постійному обсязі і температурі, тому жодна робота не проводиться на реакціях, що відбуваються в насосі.

ΔE = q

ΔE - це зміна внутрішньої енергії в реакції і q тепла, що генерується в ньому.

Види калориметра

Ізотермічний титрувальний калориметр (CTI) \ t

Калориметр має дві осередки: в одному місці розміщується зразок, а в іншому, зазвичай, розміщується вода.

Різниця в температурі, що генерується між клітинами - внаслідок реакції, що відбувається в клітині зразка - скасовується системою зворотного зв'язку, яка вводить тепло для вирівнювання температурних осередків.

Цей тип калориметра дозволяє простежити взаємодію між макромолекулами та їх лігандами.

Диференціальний скануючий калориметр

Цей калориметр має дві комірки, такі ж, як CTI, але має пристрій, що дозволяє визначати температуру і теплові потоки, пов'язані зі змінами матеріалу як функцію часу..

Ця методика дає інформацію про складання білків і нуклеїнових кислот, а також про їх стабілізацію.

Програми

-Калориметрія дозволяє визначити обмін тепла, що відбувається в результаті хімічної реакції, що дозволяє більш чітко зрозуміти механізм цього.

-Визначаючи теплоємність матеріалу, калориметрия дає дані, які допомагають його ідентифікувати.

-Оскільки існує пряма пропорційність між тепловою зміною реакції і концентрацією реагентів, у поєднанні з тим, що калориметрія не вимагає очищення зразків, то ця методика може бути використана для визначення концентрації речовин, що присутні в складних матрицях..

-У галузі хімічного машинобудування в процесі безпеки застосовується калориметрія, а також в різних областях процесу оптимізації, хімічної реакції та в експлуатаційній установці..

Використання ізотермічної титруючої калориметрії

-Він співпрацює у встановленні механізму ферментативної дії, а також у її кінетиці. Ця методика може вимірювати реакції між молекулами, визначаючи афінність зв'язування, стехіометрію, ентальпію і ентропію в розчині без необхідності в маркерах.

-Оцінює взаємодію наночастинок з білками і, разом з іншими аналітичними методами, є важливим інструментом для реєстрації конформаційних змін білків.

-Вона має застосування у збереженні продуктів харчування та культур.

-Що стосується консервації їжі, то можна визначити її погіршення і термін зберігання (мікробіологічна активність). Можна порівняти ефективність різних методів збереження харчових продуктів, і ви зможете визначити оптимальну дозу консервантів, а також деградацію в упаковці..

-Що стосується овочевих культур, то можна вивчити схожість насіння. Перебуваючи у воді і в присутності кисню, вони виділяють тепло, яке можна виміряти ізотермічним калориметром. Він досліджує вік та неадекватне зберігання насіння та вивчає їхню швидкість росту, коли стикається з різними температурами, рН або різними хімічними речовинами..

-Нарешті, він може вимірювати біологічну активність грунтів. Крім того, він може виявляти захворювання.

Використання диференціальної скануючої калориметрії

-Разом з ізотермічною калориметрією він дозволив вивчити взаємодію білків з їх лігандами, аллостерическую взаємодію, згортання білків і механізм їх стабілізації..

-Ви можете безпосередньо виміряти тепло, яке вивільняється або поглинається під час події молекулярного зв'язку.

-Диференціальна скануюча калориметрія є термодинамічним інструментом для безпосереднього встановлення поглинання калорійної енергії, що відбувається в зразку. Це дозволяє аналізувати фактори, які втручаються в стабільність молекули білка.

-Він також вивчає термодинаміку перехідного процесу згортання нуклеїнових кислот. Методика дозволяє визначити окислювальну стабільність виділеної лінолевої кислоти та зв'язати її з іншими ліпідами.

-Методика застосовується при кількісному визначенні фармацевтичних нано-твердих речовин і в термічній характеристиці наноструктурованих ліпідних транспортерів.

Список літератури

  1. Whitten, К., Davis, R., Peck, М. і Stanley, G. Хімія. (2008). 8-е изд. Cengage Learning Edit.
  2. Рехак, Н. Н. і Янг, Д. С. (1978). Перспективні застосування калориметрії в клінічній лабораторії. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
  3. Stossel, F. (1997). Застосування реакційної калориметрії в хімічній інженерії. J. Therm. Анал 49 (3): 1677-1688.
  4. Вебер, П. С. і Салемме, Ф. Р. (2003). Застосування калориметричних методів у відкритті лікарських засобів та вивченні взаємодії білків. Curr. Opin. Структура. Biol. 13 (1): 115-121.
  5. Gill, P., Moghadem, Т. і Ranjbar, B. (2010).  Диференціальні скануючі калориметричні методи: застосування в біології та нанонауці. J. Biol., Tech.21 (4): 167-193.
  6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. та Wilkins, T. (2017). Застосування ізотермічної титруючої калориметрії в оцінці взаємодій білок-наночастинок. J. Therm. Анал 127: 605-613.
  7. Консорціум громадського коледжу для сертифікатів Bioscience. (7 липня 2014 року). Калориметр кавові чашки. [Малюнок] Отримано 7 червня 2018 року від: commons.wikimedia.org