Kalorimetri Hvilke studier og applikasjoner

den kalorimetri det er en teknikk som bestemmer endringene i kaloriinnholdet i et system som er forbundet med en kjemisk eller fysisk prosess. Den er basert på måling av temperaturendringer når et system absorberer eller avgir varme. Kalorimeteret er utstyret som brukes i reaksjonene der en varmeveksling er involvert.

Det som kalles en "kaffekopper" er den enkleste form for denne typen enhet. Ved bruk blir mengden varme som er involvert i reaksjoner utført ved konstant trykk i en vandig oppløsning målt. En kopp-type kaffekalorimeter består av en polystyrenbeholder, som er plassert i et beger.

Vannet er plassert i polystyrenbeholderen, utstyrt med et lokk av samme materiale som gir en viss grad av termisk isolasjon. I tillegg har beholderen et termometer og en mekanisk omrører.

Denne kalorimeter måler mengden varme som absorberes eller emitteres, avhengig av om reaksjonen er endoterm eller eksoterm når en reaksjon finner sted i en vandig oppløsning. Systemet som skal studeres består av reagenser og produkter.

index

• 1 Hva studerer han??
• 2 Kalorikapasitet til en kalorimeter
  • 2.1 Eksempel på bruk av kalorimeteret for å beregne den spesifikke varmen
• 3 kalorimetrisk pumpe
• 4 Typer kalorimeter
  • 4.1 Isotermisk titreringskalorimeter (CTI)
  • 4.2 Differensial skanning kalorimeter
• 5 applikasjoner
  • 5.1 Bruk av isotermisk titreringskalorimetri
  • 5.2 Bruk av differensiell skanningskalorimetri
• 6 Referanser

Hva studerer han?

Kalorimetri undersøker forholdet mellom varmeenergi knyttet til en kjemisk reaksjon og hvordan den brukes til å bestemme variabler av det samme. Dens anvendelser innen forskningsområdet begrunner omfanget av disse metodene.

Kalorisk kapasitet av en kalorimeter

Denne kapasiteten beregnes ved å dividere mengden varme som absorberes av kalorimetre ved temperaturvariasjon. Denne variasjonen er et produkt av varmen som emitteres i en eksoterm reaksjon, som er lik:

Mengde varme absorbert av kalorimeteren + mengden varme absorbert av løsningen

Variasjonen kan bestemmes ved å legge til en kjent mengde varme ved å måle temperaturendringen. For denne bestemmelsen av kaloriekapasiteten benyttes benzoesyre vanligvis, siden forbrenningsvarmen er kjent (3 227 kJ / mol).

Du kan også bestemme kaloriekapasiteten ved å legge til varme gjennom en elektrisk strøm.

eksempel av bruken av kalorimeteret for å beregne den spesifikke varmen

En stang på 95 g metall oppvarmes til 400 ° C, og tar umiddelbart en kalorimeter med 500 g vann, først ved 20 ° C. Systemets siste temperatur er 24ºC. Beregn metallets spesifikke varme.

Δq = m x ce x Δt

I dette uttrykket:

Δq = lastvariasjon.

m = masse.

ce = spesifikk varme.

Δt = temperaturvariasjon.

Varmet som er oppnådd av vannet, er lik varmen som frigjøres fra metallstangen.

Denne verdien er lik den som vises i et bestemt varmebord for sølv (234 J / kg ºC).

Så, en av applikasjonene av kalorimetri er samarbeid for identifisering av materialer.

Kalorimetrisk pumpe

Den består av en stålbeholder, kjent som pumpen, motstandsdyktig overfor høyt trykk som kan oppstå under reaksjonene som oppstår i denne beholderen; Denne beholderen er koblet til en tenningskrets for å starte reaksjonene.

Pumpen er nedsenket i en stor beholder med vann, hvis funksjon er å absorbere varmen som genereres i pumpen under reaksjonene, noe som gjør variasjonen av temperaturen liten. Vannbeholderen er utstyrt med et termometer og en mekanisk omrører.

Energiforandringer måles praktisk talt ved konstant volum og temperatur, slik at det ikke gjøres noe arbeid på reaksjonene som oppstår i pumpen.

ΔE = q

ΔE er variasjonen av den indre energien i reaksjonen og q varmen som genereres i dette.

Typer av kalorimeter

Isotermisk titrerings kalorimeter (CTI)

Kalorimeteret har to celler: i en er prøven plassert og i den andre er referansen en, vannet vanligvis plassert.

Differansen i temperatur som genereres mellom cellene - på grunn av reaksjonen som forekommer i prøvenes celle - avbrytes av et tilbakemeldingssystem som injiserer varme for å utjevne temperaturene til cellene.

Denne typen kalorimeter tillater å følge samspillet mellom makromolekyler og deres ligander.

Differensial skanning kalorimeter

Denne kalorimeter har to celler, det samme som CTI, men den har en enhet som gjør det mulig å bestemme temperaturen og varmen som er forbundet med endringer av et materiale som en funksjon av tiden.

Denne teknikken gir informasjon om folding av proteiner og nukleinsyrer, samt stabilisering.

søknader

-Kalorimetrien tillater å bestemme varmeutvekslingen som oppstår i en kjemisk reaksjon, slik at man forstår mer tydelig mekanismen av dette.

-Ved å bestemme den spesifikke varmen til et materiale, gir kalorimetrien data som hjelper identifikasjonen.

-Siden det er en direkte proporsjonalitet mellom varmenes forandring av en reaksjon og konsentrasjonen av reaktantene, kombinert med det faktum at kalorimetri ikke krever klare prøver, kan denne teknikken brukes til å bestemme konsentrasjonen av substanser tilstede i komplekse matriser..

-På kjemisk ingeniørområdet brukes kalorimetri i sikkerhetsprosessen, samt i ulike områder av optimaliseringsprosessen, kjemisk reaksjon og i driftsenheten.

Bruk av isotermisk titrering kalorimetri

-Det samarbeider i etableringen av mekanismen for enzymatisk virkning, så vel som i kinetikken. Denne teknikken kan måle reaksjonene mellom molekyler, bestemme bindingsaffiniteten, støkiometri, enthalpi og entropi i løsning uten behov for markører.

-Evaluerer samspillet mellom nanopartikler med proteiner og er i sammenheng med andre analysemetoder et viktig verktøy for registrering av konformasjonsendringer av proteiner.

-Den har søknad om bevaring av mat og avlinger.

-Når det gjelder bevaring av mat, kan du bestemme forverring og holdbarhet (mikrobiologisk aktivitet). Du kan sammenligne effektiviteten til forskjellige matvareserveringsmetoder, og du er i stand til å bestemme den optimale dosen konserveringsmidler, samt nedbrytingen i emballasjekontrollen.

-Når det gjelder vegetabilske avlinger, kan du studere spiring av frøet. Å være i vann og i nærvær av oksygen, frigjør de varme som kan måles med en isotermisk kalorimeter. Den undersøker alderen og utilstrekkelig oppbevaring av frøene og studerer vekstraten når de møter variasjoner i temperatur, pH eller forskjellige kjemikalier..

-Endelig kan den måle jordens biologiske aktivitet. I tillegg kan det oppdage sykdommer.

Bruk av differensial skanning kalorimetri

-Sammen med isotermisk kalorimetri har den lov til å studere samspillet mellom proteiner med deres ligander, allosterisk interaksjon, folding av proteiner og stabiliseringsmekanismen.

-Du kan direkte måle varmen som frigjøres eller absorberes under en molekylærbinding hendelse.

-Differensial skanning kalorimetri er et termodynamisk verktøy for direkte etablering av kaloriinntaket som oppstår i en prøve. Dette gjør at vi kan analysere faktorene som griper inn i stabiliteten til proteinmolekylet.

-Han studerer også termodynamikken til nukleinsyre-folding-overgangen. Teknikken tillater bestemmelse av oksidativ stabilitet av linolsyre isolert og koplet til andre lipider.

-Teknikken anvendes i kvantifiseringen av farmasøytiske nanofaststoffer og i termisk karakterisering av nanostrukturerte lipidtransportører.

referanser

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. og Stanley, G. kjemi. (2008). 8. utg. Cengage Learning Edit.
2. Rehak, N. N. og Young, D. S. (1978). Foreløpige anvendelser av kalorimetri i klinisk laboratorium. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Anvendelser av reaksjonskalorimetri i kjemisk prosjektering. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P.C. og Salemme, F.R. (2003). Anvendelser av kalorimetriske metoder til legemiddelfunn og studiet av proteininteraksjoner. Curr. Opin. Struct. Biol. 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. og Ranjbar, B. (2010).  Differensielle skanningskalorimetriske teknikker: Anvendelser i biologi og nanovitenskap. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. og Wilkins, T. (2017). Anvendelser av isotermisk titrerings kalorimetri ved evaluering av protein-nanopartikkel-interaksjoner. J. Therm. Anal. 127: 605-613.
7. Community College Consortium for Bioscience Referanser. (7. juli 2014). Kaffekop kalorimeter. [Figur]. Hentet 7. juni 2018, fra: commons.wikimedia.org