Calorimetri Hvilke undersøgelser og applikationer

den kalorimetri det er en teknik, der bestemmer ændringerne i kalorieniveauet i et system, der er forbundet med en kemisk eller fysisk proces. Den er baseret på måling af temperaturændringer, når et system absorberer eller udsender varme. Kalorimeteret er det udstyr, der anvendes i de reaktioner, hvor en varmeveksling er involveret.

Det såkaldte "kaffekop" er den enkleste form for denne type enhed. Ved dens anvendelse måles mængden af ​​varme involveret i reaktioner udført ved konstant tryk i en vandig opløsning. En kaffekalorimeter af kop type består af en polystyrenbeholder, som er anbragt i et bægerglas.

Vandet er placeret i polystyrenbeholderen, udstyret med et låg af samme materiale, der giver en vis grad af varmeisolering. Derudover har beholderen et termometer og en mekanisk omrører.

Denne kalorimeter måler mængden af ​​varme, som absorberes eller udsendes, afhængigt af om reaktionen er endotherm eller exoterm, når en reaktion finder sted i en vandig opløsning. Systemet, der skal studeres, består af reagenser og produkter.

indeks

• 1 Hvad studerer han??
• 2 Kalorikapacitet af en kalorimeter
  • 2.1 Eksempel på brugen af ​​kalorimeteret til beregning af den specifikke varme
• 3 kalorimetrisk pumpe
• 4 Typer af kalorimeter
  • 4.1 Isotermisk titreringskalorimeter (CTI)
  • 4.2 Differential scanning calorimeter
• 5 applikationer
  • 5.1 Anvendelse af isotermisk titreringskalorimetri
  • 5.2 Anvendelse af differentialscanningskalorimetri
• 6 referencer

Hvad studerer han?

Kalorimetri undersøger forholdet mellem varmeenergi forbundet med en kemisk reaktion og hvordan den bruges til at bestemme variabler af samme. Dets anvendelser inden for forskning motiverer omfanget af disse metoder.

Kalorikapacitet af en kalorimeter

Denne kapacitet beregnes ved at dividere mængden af ​​varme absorberet af kalorimeteren ved temperaturvariationen. Denne variation er et produkt af varmen, der udledes i en eksoterm reaktion, som er lig med:

Mængde af varme absorberet af kalorimeteren + mængden af ​​varme absorberet af opløsningen

Variationen kan bestemmes ved at tilsætte en kendt mængde varme ved at måle temperaturændringen. Til denne bestemmelse af kaloriekapaciteten anvendes benzoesyren sædvanligvis, da dens forbrændingsvarme er kendt (3.227 kJ / mol).

Du kan også bestemme kalorieindholdet ved at tilføre varme gennem en elektrisk strøm.

eksempel af brugen af ​​kalorimeteren til beregning af den specifikke varme

En stang på 95 g af et metal opvarmes til 400 ° C, idet der straks tages et kalorimeter med 500 g vand, først ved 20 ° C. Systemets endelige temperatur er 24ºC. Beregn metalets specifikke varme.

Δq = m x ce x Δt

I dette udtryk:

Δq = belastningsvariation.

m = masse.

ce = specifik varme.

Δt = temperaturvariation.

Varmens vand er lig med varmen frigivet fra metalstangen.

Denne værdi svarer til den, der vises i et bestemt varmebord til sølv (234 J / kg ºC).

Så, et af kalorimetriens anvendelser er et samarbejde om identifikation af materialer.

Kalorimetrisk pumpe

Den består af en stålbeholder, kendt som pumpen, modstandsdygtig over for det højtryk, der kan opstå under reaktionerne i denne beholder; Denne beholder er forbundet til et tændingskredsløb for at starte reaktionerne.

Pumpen er nedsænket i en stor beholder med vand, hvis funktion er at absorbere den varme, som genereres i pumpen under reaktionerne, hvilket gør variationen af ​​temperaturen lille. Vandbeholderen er udstyret med et termometer og en mekanisk omrører.

Energiforandringer måles praktisk talt ved konstant volumen og temperatur, så der sker ikke noget arbejde på reaktionerne i pumpen.

ΔE = q

ΔE er variationen af ​​den indre energi i reaktionen og q varmen der genereres heri.

Typer af kalorimeter

Isotermisk titreringskalorimeter (CTI)

Kalorimeteret har to celler: i den ene er prøven anbragt og i den anden er referenceværdien vand normalt placeret.

Forskellen i temperaturen, som genereres mellem cellerne - på grund af reaktionen, der forekommer i prøvenes celle - afbrydes af et feedbacksystem, der injicerer varme til at udligne temperaturerne på cellerne.

Denne type kalorimeter gør det muligt at følge interaktionen mellem makromolekyler og deres ligander.

Differential scanning calorimeter

Denne kalorimeter har to celler, det samme som CTI, men den har en enhed, der gør det muligt at bestemme temperaturen og de varmeflower, der er forbundet med ændringer af et materiale som funktion af tiden.

Denne teknik giver information om foldningen af ​​proteiner og nukleinsyrer såvel som deres stabilisering.

applikationer

-Kalorimetrien gør det muligt at bestemme varmevekslingen, der opstår i en kemisk reaktion, hvilket gør det muligt at forstå mekanismen af ​​dette mere tydeligt.

-Ved at bestemme det specifikke varme i et materiale tilvejebringer kalorimetrien data, der hjælper med identifikation.

-Da der er en direkte proportionalitet mellem varmeændringen af ​​en reaktion og koncentrationen af ​​reaktanterne kombineret med det faktum, at kalorimetri ikke kræver klare prøver, kan denne teknik anvendes til at bestemme koncentrationen af ​​stoffer, der er til stede i komplekse matricer..

-På kemoteknologiområdet anvendes kalorimetri i sikkerhedsprocessen såvel som på forskellige områder af optimeringsprocessen, kemisk reaktion og i operationsenheden.

Anvendelse af isotermisk titreringskalorimetri

-Det samarbejder i etableringen af ​​mekanismen for enzymatisk virkning såvel som i dens kinetik. Denne teknik kan måle reaktionerne mellem molekyler, bestemme bindingsaffiniteten, støkiometrien, enthalpien og entropien i opløsning uden behov for markører.

-Evaluerer interaktionen mellem nanopartikler med proteiner og er sammen med andre analytiske metoder et vigtigt redskab til registrering af konformationelle ændringer af proteiner.

-Den har anvendelse i bevarelsen af ​​mad og afgrøder.

-Med hensyn til bevarelse af mad kan du bestemme dets forringelse og holdbarhed (mikrobiologisk aktivitet). Du kan sammenligne effektiviteten af ​​forskellige fødevarebeskyttelsesmetoder, og du er i stand til at bestemme den optimale dosis konserveringsmidler såvel som nedbrydning i emballagekontrol.

-Med hensyn til vegetabilske afgrøder kan du studere frøets spiring. At være i vand og i nærværelse af ilt frigiver de varme, der kan måles med en isotermisk kalorimeter. Den undersøger alderen og utilstrækkelig opbevaring af frøene og studerer deres væksthastighed, når de står over for variationer i temperatur, pH eller forskellige kemikalier..

-Endelig kan det måle jordens biologiske aktivitet. Desuden kan det registrere sygdomme.

Anvendelse af differential scanning calorimetry

-Sammen med isotermisk kalorimetri har den lov til at studere interaktionen mellem proteiner med deres ligander, den allosteriske interaktion, foldningen af ​​proteiner og mekanismen for deres stabilisering.

-Du kan direkte måle den varme, der frigives eller absorberes under en molekylbindingshændelse.

-Differential scanning kalorimetri er et termodynamisk værktøj til direkte etablering af kalorieindtaget energi, der forekommer i en prøve. Dette giver os mulighed for at analysere de faktorer, der intervenerer i proteinmolekylets stabilitet.

-Han studerer også termodynamikken af ​​den nukleinsyre foldende overgang. Teknikken tillader bestemmelse af den oxidative stabilitet af linolsyre isoleret og koblet til andre lipider.

-Teknikken anvendes ved kvantificering af farmaceutiske nanofaststoffer og i termisk karakterisering af nanostrukturerede lipidtransportører.

referencer

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. og Stanley, G. Kemi. (2008). 8. udgave. Cengage Learning Edit.
2. Rehak, N. N. og Young, D. S. (1978). Potentielle anvendelser af kalorimetri i det kliniske laboratorium. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Anvendelser af reaktionskalorimetri i kemiteknik. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P.C. og Salemme, F.R. (2003). Anvendelser af kalorimetriske metoder til lægemiddelopdagelse og undersøgelsen af ​​proteininteraktioner. Curr. Opin. Struct. Biol. 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. og Ranjbar, B. (2010).  Differentiel scanning kalorimetriske teknikker: Anvendelser i biologi og nanovidenskab. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. og Wilkins, T. (2017). Anvendelser af isotermisk titreringskalorimetri ved evaluering af interaktioner mellem protein og nanopartikler. J. Therm. Anal. 127: 605-613.
7. Community College Consortium for Bioscience Credentials. (7. juli 2014). Kaffekop kalorimeter. [Figur]. Hentet den 7. juni 2018, fra: commons.wikimedia.org