Kalorimetrija Kādi pētījumi un pielietojumi

The kalorimetrija tā ir metode, kas nosaka izmaiņas ķīmiskās vai fizikālās apstrādes sistēmas kaloriju saturā. Tas balstās uz temperatūras izmaiņu mērījumiem, kad sistēma absorbē vai izstaro siltumu. Kalorimetrs ir iekārta, ko izmanto reakcijās, kurās ir iesaistīta siltuma apmaiņa.

Tas, ko sauc par "kafijas tasi", ir visvienkāršākais šāda veida ierīces veids. Izmantojot to, mēra siltuma daudzumu, kas saistīts ar reakcijām, kas veiktas pastāvīgā spiedienā ūdens šķīdumā. Kafijas veida kalorimetrs sastāv no polistirola tvertnes, kas ievietota vārglāzē.

Ūdens tiek ievietots polistirola traukā, kas aprīkots ar tā paša materiāla vāku, kas tam piešķir noteiktu siltumizolācijas pakāpi. Turklāt tvertnei ir termometrs un mehānisks maisītājs.

Šis kalorimetrs mēra absorbētā vai emitētā siltuma daudzumu atkarībā no tā, vai reakcija ir endotermiska vai eksotermiska, kad reakcija notiek ūdens šķīdumā. Pārbaudāmā sistēma sastāv no reaģentiem un produktiem.

Indekss

• 1 Ko viņš mācās??
• 2 Kalorimetra kaloriju ietilpība
  • 2.1. Kalorimetra izmantošanas piemērs īpatnējā siltuma aprēķināšanai
• 3 kalorimetriskais sūknis
• 4 Kalorimetra veidi
  • 4.1. Isotermālās titrēšanas kalorimetrs (CTI)
  • 4.2 Diferenciālā skenēšanas kalorimetrs
• 5 Pieteikumi
  • 5.1 Izotermiskās titrēšanas kalorimetrijas izmantošana
  • 5.2 Diferenciālās skenēšanas kalorimetrijas izmantošana
• 6 Atsauces

Ko viņš mācās?

Kalorimetrija pēta saikni starp siltumenerģiju, kas saistīta ar ķīmisko reakciju, un to, kā to izmanto, lai noteiktu mainīgos lielumus. Tās pielietojums pētniecības jomās attaisno šo metožu apjomu.

Kalorimetra kaloriju ietilpība

Šo jaudu aprēķina, dalot kalorimetra absorbētā siltuma daudzumu ar temperatūras svārstībām. Šī atšķirība ir siltuma rezultāts, ko emitē eksotermiskā reakcijā, kas ir vienāda ar:

Kalorimetra absorbētais siltums + šķīduma absorbētais siltums

Variāciju var noteikt, pievienojot zināmu siltuma daudzumu, mērot temperatūras izmaiņas. Lai noteiktu kaloriju jaudu, parasti tiek izmantota benzoskābe, jo tā degšanas siltums ir zināms (3,227 kJ / mol)..

Jūs varat arī noteikt kaloriju jaudu, pievienojot siltumu caur elektrisko strāvu.

Piemērs kalorimetra izmantošanu, lai aprēķinātu īpatnējo siltumu

95 g metāla stienis tiek uzsildīts līdz 400 ° C, nekavējoties ieņemot kalorimetru ar 500 g ūdens, sākotnēji 20 ° C temperatūrā. Sistēmas galīgā temperatūra ir 24ºC. Aprēķiniet metāla īpašo siltumu.

Δq = m x ce x Δt

Šajā izteiksmē:

Δq = slodzes izmaiņas.

m = masa.

ce = īpatnējais siltums.

Δt = temperatūras svārstības.

Ūdens iegūtais siltums ir vienāds ar metāla stieņa izdalīto siltumu.

Šī vērtība ir līdzīga tai, kas parādās īpašā siltumtīklā sudrabai (234 J / kg ºC).

Tātad, viens no kalorimetrijas pielietojumiem ir sadarbība materiālu identificēšanā.

Kalorimetriskais sūknis

Tas sastāv no tērauda konteinera, kas pazīstams kā sūknis, izturīgs pret augstajiem spiedieniem, kas var rasties reakcijas laikā, kas rodas šajā traukā; šī tvertne ir pievienota aizdedzes ķēdei, lai sāktu reakcijas.

Sūknis ir iegremdēts lielā traukā ar ūdeni, kura funkcija ir absorbēt sūknē radīto siltumu reakciju laikā, padarot temperatūras svārstības nelielas. Ūdens tvertne ir aprīkota ar termometru un mehānisku maisītāju.

Enerģijas izmaiņas tiek mērītas praktiski pie nemainīga tilpuma un temperatūras, tāpēc netiek darīts darbs pie reakcijām, kas rodas sūknī.

ΔE = q

ΔE ir iekšējās enerģijas variācija reakcijā un q tajā radītais siltums.

Kalorimetra veidi

Izotermiskās titrēšanas kalorimetrs (CTI)

Kalorimetram ir divas šūnas: vienā paraugā tiek ievietots paraugs un otrā - atskaites punkts, parasti tiek novietots ūdens.

Temperatūras atšķirība, kas rodas starp šūnām - reakcijas dēļ, kas notiek parauga šūnā, tiek atcelta ar atgriezeniskās saites sistēmu, kas injicē siltumu, lai izlīdzinātu šūnu temperatūru..

Šis kalorimetra veids ļauj sekot mijiedarbībai starp makromolekulām un to ligandiem.

Diferenciālā skenēšanas kalorimetrs

Šim kalorimetram ir divas šūnas, kas ir tādas pašas kā CTI, bet tai ir ierīce, kas ļauj noteikt temperatūru un siltuma plūsmas, kas saistītas ar materiāla izmaiņām kā laika funkciju..

Šī metode sniedz informāciju par olbaltumvielu un nukleīnskābju locīšanu, kā arī par to stabilizāciju.

Programmas

-Kalorimetrija ļauj noteikt siltuma apmaiņu, kas notiek ķīmiskā reakcijā, ļaujot skaidrāk saprast šī mehānisma mehānismu.

-Nosakot materiāla īpatnējo siltumu, kalorimetrija sniedz datus, kas palīdz tās identificēšanai.

-Tā kā starp reakcijas siltuma izmaiņām un reaģentu koncentrāciju ir tieša proporcija, kopā ar to, ka kalorimetrijai nav nepieciešami skaidri paraugi, šo metodi var izmantot, lai noteiktu vielu koncentrāciju kompleksās matricās..

-Ķīmijas inženierijas jomā drošības procesā tiek izmantota kalorimetrija, kā arī dažādās optimizācijas procesa, ķīmiskās reakcijas un darbības vienības jomās..

Izotermiskās titrēšanas kalorimetrijas pielietojums

-Tā sadarbojas, lai izveidotu fermentu darbības mehānismu, kā arī tās kinētiku. Šī metode var izmērīt molekulu reakcijas, nosakot saistīšanās afinitāti, stehiometriju, entalpiju un entropiju šķīdumā bez marķieru nepieciešamības..

-Novērtē nanodaļiņu mijiedarbību ar proteīniem un, kopā ar citām analītiskajām metodēm, ir svarīgs līdzeklis proteīnu konformācijas izmaiņu reģistrēšanai..

-Tas ir piemērots pārtikas un kultūras saglabāšanai.

-Attiecībā uz pārtikas saglabāšanu jūs varat noteikt tā pasliktināšanos un glabāšanas laiku (mikrobioloģiskā aktivitāte). Jūs varat salīdzināt dažādu pārtikas saglabāšanas metožu efektivitāti, un jūs varat noteikt optimālo konservantu devu, kā arī degradāciju iepakojuma kontrolē..

-Attiecībā uz dārzeņu kultūrām jūs varat izpētīt sēklu dīgtspēju. Atrodoties ūdenī un skābekļa klātbūtnē, tie atbrīvo siltumu, ko var izmērīt ar izotermisku kalorimetru. Tā pārbauda sēklu vecumu un nepietiekamo uzglabāšanu un pēta to augšanas ātrumu, saskaroties ar temperatūras, pH vai dažādu ķīmisko vielu izmaiņām..

-Visbeidzot, tā var izmērīt augsnes bioloģisko aktivitāti. Turklāt tas var atklāt slimības.

Diferenciālās skenēšanas kalorimetrijas izmantošana

-Kopā ar izotermisko kalorimetriju ir iespējams izpētīt proteīnu mijiedarbību ar to ligandiem, alosterisko mijiedarbību, proteīnu locīšanu un to stabilizēšanas mehānismu..

-Jūs varat tieši izmērīt siltumu, kas tiek atbrīvots vai absorbēts molekulārās saites notikuma laikā.

-Diferenciālā skenēšanas kalorimetrija ir termodinamisks līdzeklis, lai tieši noteiktu kaloriju enerģijas uzņemšanu, kas notiek paraugā. Tas ļauj analizēt faktorus, kas ietekmē proteīna molekulas stabilitāti.

-Viņš arī pēta nukleīnskābes locīšanas pārejas termodinamiku. Šī metode ļauj noteikt linolskābes, kas izolēta un savienota ar citiem lipīdiem, oksidatīvo stabilitāti.

-Šī metode tiek pielietota farmaceitisko nano-cietvielu kvantitatīvajā noteikšanā un nanostrukturēto lipīdu pārvadātāju termiskajā raksturojumā.

Atsauces

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. un Stanley, G. Ķīmija. (2008). 8. izdevums Cengage Learning Edit.
2. Rehak, N. N. un Young, D. S. (1978). Kalorimetrijas paredzamie pielietojumi klīniskajā laboratorijā. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Reakcijas kalorimetrijas pielietojums ķīmijas tehnoloģijā. J. Therm. Anal 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P. C. un Salemme, F. R. (2003). Kalorimetrisko metožu pielietošana zāļu atklāšanai un proteīnu mijiedarbības izpētei. Curr. Vārds. Struktūra. Biol. 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. un Ranjbar, B. (2010).  Diferenciālās skenēšanas kalorimetriskās metodes: lietojumi bioloģijā un nanozinātnē. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. un Wilkins, T. (2017). Izotermiskās titrēšanas kalorimetrijas pielietojums proteīnu-nanodaļiņu mijiedarbības novērtēšanā. J. Therm. Anal 127: 605-613.
7. Kopienas koledža biosociācijas sertifikātu konsorcijs. (2014. gada 7. jūlijs). Kafijas tases kalorimetrs. [Attēls] Saturs iegūts 2018. gada 7. jūnijā no: commons.wikimedia.org