Калориметрия Какви изследвания и приложения

на калориметрия това е техника, която определя промените в калорийното съдържание на система, свързана с химически или физически процес. Тя се основава на измерването на температурните промени, когато системата абсорбира или излъчва топлина. Калориметърът е оборудването, което се използва в реакциите, при които се извършва топлообмен.

Това, което е известно като "чаша за кафе", е най-простата форма на този тип устройство. Чрез неговото използване се измерва количеството топлина, участващо в реакции, провеждани при постоянно налягане във воден разтвор. Калориметър за кафе тип чаша се състои от полистиролов контейнер, който се поставя в чаша.

Водата се поставя в полистиролния контейнер, снабден с капак от същия материал, който му придава определена степен на топлоизолация. В допълнение, контейнерът има термометър и механична бъркалка.

Този калориметър измерва количеството топлина, което се абсорбира или отделя, в зависимост от това дали реакцията е ендотермична или екзотермична, когато реакцията протича във воден разтвор. Системата, която ще се изследва, се състои от реактиви и продукти.

индекс

• 1 Какво учи той??
• Калориен капацитет на калориметър
  • 2.1 Пример за използване на калориметъра за изчисляване на специфичната топлина
• 3 калориметрична помпа
• 4 Видове калориметър
  • 4.1 Изотермичен титруващ калориметър (CTI)
  • 4.2 Диференциален сканиращ калориметър
• 5 Приложения
  • 5.1 Използване на изотермична титруваща калориметрия
  • 5.2 Използване на диференциална сканираща калориметрия
• 6 Препратки

Какво учи той?

Калориметрията изследва връзката между топлинната енергия, свързана с химическа реакция, и начина, по който тя се използва за определяне на променливите на същата. Неговите приложения в областта на изследванията оправдават обхвата на тези методи.

Калориен капацитет на калориметър

Този капацитет се изчислява чрез разделяне на количеството топлина, абсорбирана от калориметъра, с изменението на температурата. Това изменение е продукт на топлината, която се излъчва при екзотермична реакция, която е равна на:

Количеството топлина, абсорбирано от калориметъра + количеството топлина, абсорбирана от разтвора

Промяната може да се определи чрез добавяне на известно количество топлина чрез измерване на промяната в температурата. За това определяне на калорийния капацитет обикновено се използва бензоената киселина, тъй като е известна неговата топлина на горене (3,227 kJ / mol).

Също така можете да определите калорийния капацитет чрез добавяне на топлина чрез електрически ток.

пример използването на калориметъра за изчисляване на специфичната топлина

Бар с 95 g метал се загрява до 400 ° С, като веднага се взема калориметър с 500 g вода, първоначално при 20 ° С. Крайната температура на системата е 24ºC. Изчислете специфичната топлина на метала.

Δq = m x ce x Δt

В този израз:

Δq = вариация на натоварването.

m = маса.

ce = специфична топлина.

Δt = вариация на температурата.

Топлината, получена от водата, е равна на топлината, отделена от металния прът.

Тази стойност е подобна на тази, която се появява в специфична топлинна таблица за сребро (234 J / kg ºC).

Така, едно от приложенията на калориметрията е сътрудничество за идентифициране на материали.

Калориметрична помпа

Състои се от стоманен контейнер, известен като помпа, устойчив на високите налягания, които могат да възникнат по време на реакциите, които се случват в този контейнер; този контейнер е свързан към верига за запалване, за да започне реакцията.

Помпата се потапя в голям контейнер с вода, чиято функция е да абсорбира топлината, която се генерира в помпата по време на реакциите, което прави разликата в температурата малка. Водният контейнер е снабден с термометър и механична бъркалка.

Промяната на енергията се измерва на практика при постоянен обем и температура, така че не се извършва работа по реакциите, които се случват в помпата.

E = q

ΔE е изменението на вътрешната енергия в реакцията и q топлината, генерирана в нея.

Видове калориметър

Изотермичен титруващ калориметър (CTI)

Калориметърът има две клетки: в едната пробата се поставя, а в другата, референтната, обикновено се поставя вода.

Разликата в температурата, която се генерира между клетките - поради реакцията, която се случва в клетката на пробата - се отменя от системата за обратна връзка, която инжектира топлината за изравняване на температурите на клетките.

Този тип калориметър позволява да се проследи взаимодействието между макромолекули и техните лиганди.

Диференциален сканиращ калориметър

Този калориметър има две клетки, същите като CTI, но има устройство, което позволява да се определят температурата и топлинните потоци, свързани с промените на даден материал като функция на времето..

Тази техника дава информация за сгъването на протеини и нуклеинови киселини, както и за тяхното стабилизиране.

приложения

-Калориметрията позволява да се определи обмяната на топлина, която се получава при химична реакция, позволяваща по-ясно да се разбере механизмът на това.

-Чрез определяне на специфичната топлина на материала, калориметрията осигурява данни, които спомагат за неговата идентификация.

-Тъй като има пряка пропорционалност между промяната в топлината на реакцията и концентрацията на реагентите, съчетана с факта, че калориметрията не изисква ясни проби, тази техника може да се използва за определяне на концентрацията на вещества, присъстващи в сложни матрици..

-В областта на химичното инженерство, в процеса на безопасност се използва калориметрия, както и в различни области на оптимизационния процес, химическата реакция и в експлоатационната единица..

Използване на изотермична титруваща калориметрия

-Той съдейства за установяването на механизма на ензимното действие, както и в неговата кинетика. Тази техника може да измерва реакциите между молекулите, определяйки афинитета на свързване, стехиометрията, енталпията и ентропията в разтвора без необходимост от маркери..

-Оценява взаимодействието на наночастиците с протеините и във връзка с други аналитични методи е важен инструмент за регистриране на конформационните промени на протеините..

-Прилага се за опазването на храните и културите.

-Що се отнася до опазването на храната, можете да определите нейното влошаване и срока на годност (микробиологична активност). Можете да сравните ефективността на различните методи за консервиране на храни и да определите оптималната доза консерванти, както и деградацията в контрола на опаковките..

-Що се отнася до зеленчукови култури, можете да изучавате покълването на семената. Тъй като са във вода и в присъствието на кислород, те отделят топлина, която може да бъде измерена с изотермичен калориметър. Той изследва възрастта и неадекватното съхранение на семената и изследва техния темп на растеж, когато се сблъсква с разлики в температурата, рН или различни химикали..

-Накрая, той може да измери биологичната активност на почвите. Освен това той може да открива болести.

Използване на диференциална сканираща калориметрия

-Заедно с изотермичната калориметрия, той позволява да се изследва взаимодействието на протеини с техните лиганди, алостеричното взаимодействие, сгъването на протеините и механизма на тяхната стабилизация..

-Можете директно да измерите топлината, която се освобождава или абсорбира по време на събитие на молекулярна връзка.

-Диференциалната сканираща калориметрия е термодинамичен инструмент за директно установяване на поглъщането на калорична енергия, което се случва в проба. Това ни позволява да анализираме факторите, които се намесват в стабилността на протеиновата молекула.

-Той също така изучава термодинамиката на преход на сгъване на нуклеинова киселина. Техниката позволява да се определи окислителната стабилност на изолираната линолова киселина и да се свърже с други липиди.

-Техниката се прилага в количественото определяне на фармацевтичните нано-твърди вещества и в термичната характеристика на наноструктурирани липидни транспортери.

препратки

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. and Stanley, G. химия. (2008 г.). 8-мо изд. Cengage Learning Edit.
2. Рехак, Н. Н. и Янг, Д. С. (1978). Перспективни приложения на калориметрията в клиничната лаборатория. Clin. Chem., 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Приложения на реакционната калориметрия в химическото инженерство. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P. C. и Salemme, F. R. (2003). Приложения на калориметрични методи за откриване на лекарства и изследване на протеиновите взаимодействия. Curr. Opin. Struct. Biol., 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. и Ranjbar, B. (2010).  Диференциални сканиращи калориметрични техники: приложения в биологията и нанонауката. J. Biol., Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. и Wilkins, T. (2017). Приложения на изотермична титрационна калориметрия в оценката на взаимодействията протеин-наночастица. J. Therm. Anal. 127: 605-613.
7. Консорциум за Колегиуми на Биологичните науки. (7 юли 2014 г.). Калориметър за чашка за кафе. [Фигура]. Възстановен на 7 юни 2018 г. от: commons.wikimedia.org