Kalorimetri Vilka studier och tillämpningar

den kalorimetri Det är en teknik som bestämmer förändringarna i kaloriinnehållet i ett system som är förknippat med en kemisk eller fysisk process. Den är baserad på mätning av temperaturförändringar när ett system absorberar eller avger värme. Kalorimetern är den utrustning som används i reaktionerna där en värmeväxling är inblandad.

Det som kallas en "kaffekopp" är den enklaste formen av den här typen av apparat. Vid användningen mäts mängden värme som är involverad i reaktioner utförda vid ett konstant tryck i en vattenhaltig lösning. En kaffekalorimeter av koppstyp består av en polystyrenbehållare, som placeras i en bägare.

Vattnet placeras i polystyrenbehållaren, utrustad med ett lock av samma material som ger en viss grad av värmeisolering. Dessutom har behållaren en termometer och en mekanisk omrörare.

Denna kalorimeter mäter mängden värme som absorberas eller avges, beroende på om reaktionen är endoterm eller exoterm när en reaktion sker i en vattenhaltig lösning. Systemet som ska studeras består av reagenser och produkter.

index

• 1 Vad studerar han??
• 2 Kalorikapacitet för en kalorimeter
  • 2.1 Exempel på användningen av kalorimetern för att beräkna den specifika värmen
• 3 kalorimetrisk pump
• 4 Typer av kalorimeter
  • 4.1 Isotermisk titreringskalorimeter (CTI)
  • 4.2 Differential scanning kalorimeter
• 5 applikationer
  • 5.1 Användning av isotermisk titreringskalorimetri
  • 5.2 Användning av differentialskanningskalorimetri
• 6 referenser

Vad studerar han?

Kalorimetri undersöker förhållandet mellan värmeenergin i samband med en kemisk reaktion och hur den används för att bestämma variabler av samma. Dess tillämpningar inom forskningsområdet motiverar omfattningen av dessa metoder.

Kalorikapacitet för en kalorimeter

Denna kapacitet beräknas genom att dela upp den mängd värme som absorberas av kalorimetern genom variationen i temperaturen. Denna variation är en produkt av värmen som emitteras i en exoterm reaktion, vilken är lika med:

Värme som absorberas av kalorimetern + mängden värme absorberad av lösningen

Variationen kan bestämmas genom tillsats av en känd mängd värme genom mätning av temperaturförändringen. För denna bestämning av kaloriekapaciteten används bensoesyran vanligtvis eftersom dess förbränningsvärme är känd (3 227 kJ / mol).

Du kan också bestämma kalorikapaciteten genom att lägga värme genom en elektrisk ström.

exempel av användningen av kalorimetern för att beräkna den specifika värmen

En stång av 95 g av en metall värms till 400 ° C och tar omedelbart en kalorimeter med 500 g vatten, initialt vid 20 ° C. Systemets slutliga temperatur är 24ºC. Beräkna metallets specifika värme.

Δq = m x ce x Δt

I detta uttryck:

Δq = lastvariation.

m = massa.

ce = specifik värme.

Δt = temperaturvariation.

Värmen som uppnås av vattnet är lika med värmen som frigörs från metallstången.

Detta värde liknar det som visas i ett specifikt värmebord för silver (234 J / kg ºC).

Så, ett av applikationerna av kalorimetri är samarbete för identifiering av material.

Kalorimetrisk pump

Den består av en stålbehållare, känd som pumpen, motståndskraftig mot de höga tryck som kan uppstå under reaktionerna som uppstår i denna behållare; Denna behållare är ansluten till en tändkrets för att starta reaktionerna.

Pumpen är nedsänkt i en stor behållare med vatten, vars funktion är att absorbera den värme som alstras i pumpen under reaktionerna som orsakar temperaturvariationen är liten. Vattenbehållaren är utrustad med en termometer och en mekanisk omrörare.

Energiförändringar mäts praktiskt taget vid konstant volym och temperatur, så det går inte att göra några arbeten på de reaktioner som uppstår i pumpen.

ΔE = q

ΔE är variationen av den inre energin i reaktionen och q värmen alstrad i detta.

Typer av kalorimeter

Isotermisk titreringskalorimeter (CTI)

Kalorimetern har två celler: i det ena är provet placerat och i den andra är referensen en, vanligtvis placerad vatten.

Temperaturskillnaden som genereras mellan cellerna - på grund av reaktionen som inträffar i provets cell - avbryts av ett återkopplingssystem som injicerar värme för att utjämna temperaturerna hos cellerna.

Denna typ av kalorimeter tillåter att följa interaktionen mellan makromolekyler och deras ligander.

Differential scanning kalorimeter

Denna kalorimeter har två celler, samma som CTI, men den har en enhet som tillåter att bestämma temperaturen och värmeflödena som är förknippade med förändringar av ett material som en funktion av tiden.

Denna teknik ger information om vikningen av proteiner och nukleinsyror, liksom deras stabilisering.

tillämpningar

-Kalorimetriet tillåter att bestämma värmeväxlingen som uppstår i en kemisk reaktion, vilket gör det möjligt att förstå mekanismen för detta tydligare.

-Genom att bestämma materialets specifika värme, tillhandahåller kalorimetri data som hjälper dess identifiering.

-Eftersom det finns en direkt proportionalitet mellan värmeväxlingen av en reaktion och koncentrationen av reaktanterna, i kombination med det faktum att kalorimetri inte kräver klara prov, kan denna teknik användas för bestämning av koncentrationen av substanser närvarande i komplexa matriser..

-På kemiområdet används kalorimetri i säkerhetsprocessen, såväl som inom olika områden av optimeringsprocessen, kemisk reaktion och i operationsenheten.

Användning av isotermisk titrering kalorimetri

-Det samverkar i inrättandet av mekanismen för enzymaktivitet, såväl som i dess kinetik. Denna teknik kan mäta reaktionerna mellan molekyler, bestämning av bindningsaffinitet, stökiometri, entalpi och entropi i lösning utan behov av markörer.

-Utvärderar interaktionen mellan nanopartiklar med proteiner och är tillsammans med andra analysmetoder ett viktigt verktyg för att registrera konformationella förändringar av proteiner.

-Den har tillämpning i bevarande av mat och grödor.

-När det gäller bevarande av mat kan du bestämma dess försämring och hållbarhet (mikrobiologisk aktivitet). Du kan jämföra effektiviteten i olika livsmedelsskyddsmetoder, och du kan bestämma den optimala dosen konserveringsmedel, liksom nedbrytningen i förpackningskontrollen.

-När det gäller vegetabiliska grödor, kan du studera fröets spiring. Att vara i vatten och i närvaro av syre släpper de värme som kan mätas med en isotermisk kalorimeter. Det granskar åldern och otillräcklig förvaring av fröerna och studerar deras tillväxthastighet när de möter variationer i temperatur, pH eller olika kemikalier..

-Slutligen kan det mäta jordens biologiska aktivitet. Dessutom kan det upptäcka sjukdomar.

Användning av differentialskanningskalorimetri

-Tillsammans med isotermisk kalorimetri har det tillåtits studera interaktionen mellan proteiner med deras ligander, allosterisk interaktion, vikning av proteiner och mekanismen för deras stabilisering.

-Du kan direkt mäta värmen som frigörs eller absorberas under en molekylärbindningshändelse.

-Differentialscanning kalorimetri är ett termodynamiskt verktyg för direkt etablering av kalorisk energiupptagning som inträffar i ett prov. Detta gör att vi kan analysera de faktorer som intervenerar i proteinmolekylens stabilitet.

-Han studerar också termodynamiken hos nukleinsyra-vikningsövergången. Tekniken tillåter bestämning av den oxidativa stabiliteten av linolsyra isolerad och kopplad till andra lipider.

-Tekniken appliceras vid kvantifiering av farmaceutiska nano-fasta substanser och i termisk karakterisering av nanostrukturerade lipidtransportörer.

referenser

1. Whitten, K., Davis, R., Peck, M. och Stanley, G. kemi. (2008). 8: e upplagan Cengage Learning Edit.
2. Rehak, N. N. och Young, D. S. (1978). Prospektiva tillämpningar av kalorimetri i det kliniska laboratoriet. Clin. Chem. 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel, F. (1997). Användningar av reaktionskalorimetri inom kemoteknik. J. Therm. Anal. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber, P.C. och Salemme, F.R. (2003). Tillämpningar av kalorimetriska metoder för läkemedelsupptäckt och studier av proteininteraktioner. Curr. Opin. Struct. Biol. 13 (1): 115-121.
5. Gill, P., Moghadem, T. och Ranjbar, B. (2010).  Differentiella skanningskalorimetriska tekniker: tillämpningar inom biologi och nanovetenskap. J. Biol. Tech.21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I. och Wilkins, T. (2017). Användningar av isotermisk titrering kalorimetri vid utvärdering av interaktioner mellan protein och nanopartiklar. J. Therm. Anal. 127: 605-613.
7. Community College Consortium för biovetenskapliga referenser. (7 juli 2014). Kaffekop kalorimeter. [Bild]. Hämtad den 7 juni 2018, från: commons.wikimedia.org