Kalorimetria Mitä tutkimuksia ja sovelluksia

kalorimetriaa se on tekniikka, joka määrittää kemialliseen tai fysikaaliseen prosessiin liittyvän järjestelmän kalorisisällön muutokset. Se perustuu lämpötilan muutoksiin, kun järjestelmä absorboi tai säteilee lämpöä. Kalorimetri on laite, jota käytetään reaktioissa, joissa lämmönvaihto on mukana.

"Kahvikuppi" on tämäntyyppisen laitteen yksinkertaisin muoto. Käyttämällä mitataan lämpö, ​​joka on mukana reaktioissa, jotka suoritetaan vakiopaineessa vesiliuoksessa. Kupin tyyppinen kahvikalorimetri koostuu polystyreenisäiliöstä, joka on sijoitettu dekantterilasiin.

Vesi sijoitetaan polystyreenisäiliöön, joka on varustettu saman materiaalin kannella, joka antaa sille jonkin verran lämpöeristystä. Lisäksi säiliössä on lämpömittari ja mekaaninen sekoitin.

Tämä kalorimetri mittaa absorboituneen tai emittoidun lämmön määrän riippuen siitä, onko reaktio endoterminen tai eksoterminen, kun reaktio tapahtuu vesiliuoksessa. Tutkittava järjestelmä koostuu reagensseista ja tuotteista.

indeksi

• 1 Mitä hän opiskelee??
• 2 Kalorimetrin kalorikapasiteetti
  • 2.1 Esimerkki kalorimetrin käytöstä ominaislämmön laskemiseksi
• 3 kalorimetrinen pumppu
• 4 Kalorimetrin tyypit
  • 4.1 Isoterminen titrauskalorimetri (CTI)
  • 4.2 differentiaalinen skannauskalorimetri
• 5 Sovellukset
  • 5.1 Isotermisen titrauskalorimetrian käyttö
  • 5.2 Eri skannauskalorimetrian käyttö
• 6 Viitteet

Mitä hän opiskelee?

Kalorimetria tutkii kemialliseen reaktioon liittyvän lämpöenergian suhdetta ja sitä, miten sitä käytetään saman muuttujan määrittämiseen. Sen sovellukset tutkimuksen aloilla oikeuttavat näiden menetelmien laajuuden.

Kalorimetrin kalorikapasiteetti

Tämä kapasiteetti lasketaan jakamalla kalorimetrin absorboiman lämmön määrä lämpötilan vaihtelulla. Tämä vaihtelu on sellaisen lämmön tuote, joka päästetään eksotermisessä reaktiossa, joka on yhtä suuri kuin:

Kalorimetrin absorboima lämmön määrä + liuoksen absorboima lämmön määrä

Vaihtelu voidaan määrittää lisäämällä tunnettu määrä lämpöä mittaamalla lämpötilan muutos. Tätä kalorikapasiteetin määrittämistä varten käytetään tavallisesti bentsoehappoa, koska sen palamislämpö tunnetaan (3 227 kJ / mol).

Voit myös määrittää kalorikapasiteetin lisäämällä lämpöä sähkövirran kautta.

esimerkki kalorimetrin käyttö ominaislämmön laskemiseksi

95 g: n pylväs kuumennetaan 400 ° C: seen, jolloin otetaan välittömästi kalorimetri 500 g: lla vettä, aluksi 20 ° C: ssa. Järjestelmän lopullinen lämpötila on 24ºC. Laske metallin lämpö.

Δq = m x ce x Δt

Tässä lausekkeessa:

Δq = kuorman vaihtelu.

m = massa.

ce = erityinen lämpö.

Δt = lämpötilan vaihtelu.

Veden saama lämpö on yhtä suuri kuin metallipalkista vapautunut lämpö.

Tämä arvo on samanlainen kuin se, joka näkyy erityisessä lämpötaulukossa hopeaa varten (234 J / kg ºC).

Niinpä yksi kalorimetrian sovelluksista on yhteistyö materiaalien tunnistamiseen.

Kalorimetrinen pumppu

Se koostuu terässäiliöstä, joka tunnetaan nimellä pumppu, joka kestää korkeat paineet, jotka voivat syntyä tässä säiliössä esiintyvien reaktioiden aikana; tämä säiliö on kytketty sytytyspiiriin reaktioiden käynnistämiseksi.

Pumppu upotetaan suureen astiaan, jossa on vettä, jonka tehtävänä on imeä pumpussa syntyvä lämpö reaktioiden aikana, jolloin lämpötilan vaihtelu on pieni. Vesisäiliö on varustettu lämpömittarilla ja mekaanisella sekoittimella.

Energiamuutokset mitataan käytännöllisesti katsoen vakiona ja lämpötilassa, joten pumpussa esiintyviä reaktioita ei tehdä.

ΔE = q

AE on reaktion sisäisen energian vaihtelu ja tässä tuotettu lämpö.

Kalorimetrin tyypit

Isoterminen titrauskalorimetri (CTI)

Kalorimetrissä on kaksi solua: yhdessä näytteessä sijoitetaan ja toisessa vertailuaine, yleensä vesi asetetaan.

Solujen välissä syntyvä lämpötilaero, joka johtuu näytteen solussa tapahtuvasta reaktiosta, peruutetaan takaisinkytkentäjärjestelmällä, joka ruiskuttaa lämpöä solujen lämpötilojen tasaamiseksi.

Tämän tyyppinen kalorimetri mahdollistaa makromolekyylien ja niiden ligandien välisen vuorovaikutuksen seurannan.

Erottelukannauskalorimetri

Tässä kalorimetrissä on kaksi solua, sama kuin CTI, mutta siinä on laite, joka mahdollistaa materiaalin muutoksiin liittyvän lämpötilan ja lämpövirtojen määrittämisen ajan funktiona.

Tämä tekniikka antaa tietoa proteiinien ja nukleiinihappojen taittumisesta sekä niiden stabiloinnista.

sovellukset

-Kalorimetria mahdollistaa kemiallisessa reaktiossa tapahtuvan lämmönvaihdon määrittämisen, jolloin voidaan ymmärtää selkeämmin tämän mekanismi.

-Määrittämällä materiaalin ominaislämpöä kalorimetria antaa tietoja, jotka auttavat sen tunnistamista.

-Koska reaktion lämmönmuutoksen ja reaktanttien konsentraation välillä on suora suhteellisuus, yhdessä siihen, että kalorimetria ei vaadi selkeitä näytteitä, tätä tekniikkaa voidaan käyttää määrittämään kompleksisten matriisien läsnä olevien aineiden pitoisuus..

-Kemian tekniikan alalla kalorimetriaa käytetään turvallisuusprosessissa sekä eri aloilla optimointiprosessissa, kemiallisessa reaktiossa ja käyttöyksikössä.

Isotermisen titrauskalorimetrian käyttö

-Se tekee yhteistyötä entsymaattisen toiminnan mekanismin ja sen kinetiikan luomisessa. Tällä tekniikalla voidaan mitata molekyylien välisiä reaktioita, määritettäessä sitoutumisaffiniteettia, stoikiometriaa, entalpiaa ja entropiaa liuoksessa ilman merkkiaineita..

-Arvioi nanohiukkasten vuorovaikutusta proteiinien kanssa ja on yhdessä muiden analyyttisten menetelmien kanssa tärkeä työkalu proteiinien konformaatiomuutosten tallentamiseen.

-Sillä on sovellus elintarvikkeiden ja viljelykasvien säilyttämiseen.

-Elintarvikkeiden säilyttämisen osalta voit määrittää sen huononemisen ja säilyvyyden (mikrobiologinen aktiivisuus). Voit verrata eri elintarvikkeiden säilyttämismenetelmien tehokkuutta, ja voit määrittää säilöntäaineiden optimaalisen annoksen sekä pakkauksen hallinnan hajoamisen..

-Vihannesten viljelyssä voit tutkia siementen itävyyttä. Vedessä ja hapen läsnä ollessa ne vapauttavat lämpöä, joka voidaan mitata isotermisella kalorimetrillä. Se tutkii siementen ikää ja riittämätöntä varastointia ja tutkii niiden kasvuvauhtia lämpötilan, pH: n tai eri kemikaalien vaihteluissa..

-Lopuksi se voi mitata maaperän biologista aktiivisuutta. Lisäksi se voi havaita sairauksia.

Eri skannauskalorimetrian käyttö

-Yhdessä isotermisen kalorimetrian kanssa on voitu tutkia proteiinien vuorovaikutusta niiden ligandien, allosteerisen vuorovaikutuksen, proteiinien taittumisen ja niiden stabiloinnin mekanismin kanssa.

-Voit mitata suoraan lämmön, joka vapautuu tai imeytyy molekyylisidoksen tapahtuman aikana.

-Differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria on termodynaaminen työkalu näytteessä tapahtuvan kalorienergian oton suoraan määrittämiseen. Näin voimme analysoida tekijöitä, jotka vaikuttavat proteiinimolekyylin stabiilisuuteen.

-Hän tutkii myös nukleiinihappoa taittavan siirtymän termodynamiikkaa. Tekniikka mahdollistaa eristetyn ja muihin lipideihin kytkettyjen linolihapon hapettumisen stabiilisuuden määrittämisen.

-Menetelmää käytetään farmaseuttisten nano-kiintoaineiden kvantifiointiin ja nanorakenteisten lipidien kuljettajien termiseen karakterisointiin.

viittaukset

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. ja Stanley, G. kemia. (2008). 8. ed. Cengage Learning Edit.
2. Rehak, N. N. ja Young, D. S. (1978). Kalorimetrian mahdolliset sovellukset kliinisessä laboratoriossa. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Reaktiokalorimetrian sovellukset kemian tekniikassa. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P. C. ja Salemme, F. R. (2003). Kalorimetristen menetelmien käyttö lääkkeiden löytämiseen ja proteiinien vuorovaikutusten tutkimukseen. As. Opin. Struct. Biol. 13 (1): 115 - 121.
5. Gill, P., Moghadem, T. ja Ranjbar, B. (2010).  Eri skannauskalorimetriset tekniikat: sovellukset biologiassa ja nanotieteessä. J. Biol., Tech. 21 (4): 167 - 193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. ja Wilkins, T. (2017). Isotermisen titrauskalorimetrian sovellukset proteiini-nanohiukkasten vuorovaikutusten arvioinnissa. J. Therm. Anal. 127: 605-613.
7. Yhteisön kollegion biotieteiden tutkintotodistukset. (7. heinäkuuta 2014). Kahvikupin kalorimetri. [Kuva]. Haettu 7. kesäkuuta 2018 osoitteesta: commons.wikimedia.org