قياس السعرات ما الدراسات والتطبيقات

ال المسعرية إنها تقنية تحدد التغيرات في المحتوى من السعرات الحرارية لنظام مرتبط بعملية كيميائية أو فيزيائية. يعتمد على قياس التغيرات في درجات الحرارة عندما يمتص النظام الحرارة أو ينبعث منها. المسعر هو المعدات المستخدمة في التفاعلات التي يتم فيها تبادل الحرارة.

ما يُعرف باسم "فنجان القهوة" هو أبسط أشكال هذا النوع من الأجهزة. عن طريق استخدامه ، يتم قياس كمية الحرارة المتضمنة في التفاعلات المنفذة بضغط ثابت في محلول مائي. يتكون المسعر من نوع فنجان القهوة من وعاء من البوليسترين ، والذي يتم وضعه في دورق.

يتم وضع الماء في حاوية البوليسترين ، ومجهزة بغطاء من نفس المادة التي تمنحها درجة معينة من العزل الحراري. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الحاوية على ميزان حرارة ومحرك ميكانيكي.

يقيس هذا المسعر مقدار الحرارة التي تمتصه أو تنبعث منه ، وهذا يتوقف على ما إذا كان التفاعل ماصًا للحرارة أو طارد للحرارة ، عندما يحدث التفاعل في محلول مائي. يتكون النظام المراد دراسته من الكواشف والمنتجات.

مؤشر

• 1 ماذا يدرس؟?
• 2 قدرة السعرات الحرارية من المسعر
  • 2.1 مثال على استخدام المسعر لحساب الحرارة المحددة
• 3 مضخة السعرات الحرارية
• 4 أنواع من المسعر
  • 4.1 مسعر المعايرة متساوي الحرارة (CTI)
  • 4.2 المسح التفاضلي المسعر
• 5 تطبيقات
  • 5.1 استخدامات المسعر متساوي الحرارة
  • 5.2 استخدامات المسح بالمسح التفاضلي
• 6 المراجع

ماذا يدرس?

تدرس القياس المسعر العلاقة بين الطاقة الحرارية المرتبطة بالتفاعل الكيميائي وكيف يتم استخدامها لتحديد متغيرات نفس الشيء. تطبيقاتها في مجالات البحث تبرر نطاق هذه الأساليب.

قدرة السعرات الحرارية من المسعر

يتم حساب هذه السعة عن طريق قسمة كمية الحرارة التي يمتصها المسعر على التباين في درجة الحرارة. هذا الاختلاف هو نتاج للحرارة المنبعثة في تفاعل طارد للحرارة ، والذي يساوي:

كمية الحرارة التي يمتصها المسعر + كمية الحرارة التي يمتصها المحلول

يمكن تحديد التباين بإضافة كمية معروفة من الحرارة عن طريق قياس التغير في درجة الحرارة. عادةً ما يستخدم حمض البنزويك في تحديد قدرة السعرات الحرارية ، نظرًا لأن حرارة الاحتراق معروفة (3،227 كيلو جول / مول).

يمكنك أيضًا تحديد قدرة السعرات الحرارية عن طريق إضافة الحرارة عبر تيار كهربائي.

مثال استخدام المسعر لحساب الحرارة المحددة

يتم تسخين قضيب من 95 جم من المعدن إلى 400 درجة مئوية ، على الفور أخذ مسعر مع 500 غرام من الماء ، في البداية عند 20 درجة مئوية. درجة الحرارة النهائية للنظام هي 24 درجة مئوية. حساب حرارة محددة من المعدن.

=q = m x ce x Δt

في هذا التعبير:

=q = اختلاف الحمل.

م = الكتلة.

م = حرارة محددة.

=t = اختلاف درجة الحرارة.

الحرارة التي اكتسبها الماء تساوي الحرارة المنبعثة من الشريط المعدني.

تشبه هذه القيمة القيمة التي تظهر في جدول تسخين محدد للفضة (234 J / kg ºC).

لذلك ، أحد تطبيقات قياس السعرات الحرارية هو التعاون لتحديد المواد.

مضخة السعرات الحرارية

يتكون من حاوية فولاذية ، تُعرف باسم المضخة ، ومقاومة للضغوط العالية التي قد تنشأ أثناء التفاعلات التي تحدث في هذه الحاوية ؛ هذه الحاوية متصلة بدائرة اشتعال لبدء التفاعلات.

يتم غمر المضخة في وعاء كبير به ماء ، وتتمثل وظيفته في امتصاص الحرارة التي يتم توليدها في المضخة أثناء التفاعلات ، مما يجعل التباين في درجة الحرارة صغيرًا. تم تجهيز حاوية المياه بمقياس حرارة ومحرك ميكانيكي.

يتم قياس تغيرات الطاقة عملياً بحجم ثابت ودرجة حرارة ثابتة ، لذلك لا يتم إجراء أي ردود فعل على التفاعلات التي تحدث في المضخة.

=E = ف

variationE هو تباين الطاقة الداخلية في التفاعل و q الحرارة المتولدة في هذا.

أنواع المسعر

مسعر المعايرة متساوي الحرارة (CTI)

يحتوي المسعر على خليتين: في إحداهما يتم وضع العينة وفي الحالة الأخرى ، الإشارة في الحالة الأولى ، يتم وضع الماء عادة.

يتم إلغاء الفرق في درجة الحرارة التي يتم إنشاؤها بين الخلايا - بسبب التفاعل الذي يحدث في خلية العينة - عن طريق نظام التغذية المرتدة الذي يحقن الحرارة لتحقيق التعادل في درجات حرارة الخلايا.

يسمح هذا النوع من المسعر بمتابعة التفاعل بين الجزيئات الكبيرة وروابطها.

المسح التفاضلي المسعر

يحتوي هذا المسعر على خليتين ، مثل CTI ، ولكنه يحتوي على جهاز يسمح بتحديد درجة الحرارة وتدفق الحرارة المرتبط بتغيرات المادة كدالة للوقت.

تقدم هذه التقنية معلومات حول طي البروتينات والأحماض النووية ، وكذلك استقرارها.

تطبيقات

-يسمح قياس السعرات الحرارية بتحديد تبادل الحرارة الذي يحدث في تفاعل كيميائي ، مما يسمح لفهم آلية ذلك بشكل أوضح.

-من خلال تحديد الحرارة المحددة للمادة ، توفر المسعرات البيانات التي تساعد على تحديدها.

-نظرًا لوجود تناسق مباشر بين التغير الحراري في التفاعل وتركيز المواد المتفاعلة ، إلى جانب حقيقة أن قياس السعرات لا يتطلب عينات واضحة ، يمكن استخدام هذه التقنية لتحديد تركيز المواد الموجودة في المصفوفات المعقدة..

-في مجال الهندسة الكيميائية ، يتم استخدام قياس الحرارة في عملية السلامة ، وكذلك في المجالات المختلفة لعملية التحسين ، التفاعل الكيميائي وفي وحدة التشغيل.

استخدامات المسعر متساوي الحرارة

-وهي تتعاون في إنشاء آلية للعمل الأنزيمي ، وكذلك في حركياتها. يمكن أن تقيس هذه التقنية التفاعلات بين الجزيئات ، وتحدد تقارب الربط ، وقياس الكواشف ، والسوء الحراري ، والنتروب في المحلول دون الحاجة إلى علامات.

-يقيم تفاعل الجسيمات النانوية مع البروتينات ، وبالاقتران مع الأساليب التحليلية الأخرى ، يعد أداة مهمة لتسجيل التغييرات التوافقية للبروتينات.

-لديها تطبيق في حفظ الأغذية والمحاصيل.

-بالنسبة للحفاظ على الطعام ، يمكنك تحديد تدهوره وعمره الافتراضي (النشاط الميكروبيولوجي). يمكنك مقارنة كفاءة أساليب المحافظة على الأغذية المختلفة ، ويمكنك تحديد الجرعة المثلى من المواد الحافظة ، وكذلك التدهور في التحكم في التعبئة والتغليف.

-بالنسبة لمحاصيل الخضروات ، يمكنك دراسة إنبات البذور. في الماء وبوجود الأكسجين ، يطلقون الحرارة التي يمكن قياسها باستخدام المسعر الحراري. إنه يبحث في العمر وعدم كفاية تخزين البذور ودراسة معدل نموها عند مواجهة التغيرات في درجة الحرارة ، درجة الحموضة أو المواد الكيميائية المختلفة..

-أخيرًا ، يمكنه قياس النشاط البيولوجي للتربة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنه اكتشاف الأمراض.

استخدامات المسح بالمسح التفاضلي

-جنبا إلى جنب مع التسعير الحراري متساوي الحرارة ، فقد سمح لدراسة تفاعل البروتينات مع رباطها ، والتفاعل allosteric ، للطي البروتينات وآلية استقرارها.

-يمكنك قياس الحرارة التي يتم إطلاقها أو امتصاصها مباشرة خلال حدث الرابطة الجزيئية.

-المسعر التفاضلي للمسح الضوئي هو أداة ديناميكية حرارية لتأسيس امتصاص الطاقة الحرارية بشكل مباشر والذي يحدث في عينة. هذا يتيح لنا تحليل العوامل التي تتدخل في استقرار جزيء البروتين.

-كما يدرس الديناميكا الحرارية للانتقال الطي للحامض النووي. تسمح هذه التقنية بتحديد الثبات التأكسدي لحمض اللينوليك المعزول والمقرون بالدهون الأخرى.

-يتم تطبيق هذه التقنية في القياس الكمي للمواد الصلبة النانوية الدوائية وفي التوصيف الحراري لناقلات الدهون الدهنية النانوية.

مراجع

1. Whitten، K.، Davis، R.، Peck، M. and Stanley، G. كيمياء. (2008). 8 إد. Cengage التعلم تحرير.
2. Rehak، N. N. and Young، D. S. (1978). تطبيقات المحتملين من المسعرات في المختبر السريري. كلين. الفصل 24 (8): 1414-1419.
3. Stossel، F. (1997). تطبيقات المسعر التفاعلي في الهندسة الكيميائية. جيه ثيرم الشرج. 49 (3): 1677-1688.
4. Weber، P. C. and Salemme، F. R. (2003). تطبيقات الطرق المسعرية لاكتشاف الدواء ودراسة تفاعلات البروتين. داء. أوبان. البنية. بيول 13 (1): 115-121.
5. Gill، P.، Moghadem، T. and Ranjbar، B. (2010).  تقنيات المسعر التفاضلي للمسح التفاضلي: تطبيقات في علم الأحياء وعلم النانو. جي بيول - تك 21 (4): 167-193.
6. Omanovic-Miklicanin، E.، Manfield، I. and Wilkins، T. (2017). تطبيقات قياس الكالوري متساوي الحرارة في تقييم تفاعلات جزيئات البروتين. جيه ثيرم الشرج. 127: 605-613.
7. كلية المجتمع كونسورتيوم لأوراق اعتماد العلوم البيولوجية. (7 يوليو 2014). فنجان القهوة المسعر. [الشكل]. تم الاسترجاع في 7 يونيو 2018 ، من: commons.wikimedia.org