Детектор проточного калориметра Советский патент 1984 года по МПК G01K17/08 

Изобретение относится к области теплофизических измерений с помощью проточных калориметров, используемых при химических и биологических исследованиях для определения тепловых эффектов реакций в растворах. По основному авт. св. № 723401 известен детектор проточного калориметра, содержащий смесители реагентов, калибровочные нагреватели и измерительные ячейки, выполненные переменного сечения с образованием последовательно чередующихся по длине ячеек щелевых теплообменников и объемных линий задержки, при этом теплообменники снабжены термоэлементами, включенными дифференциально и образующими последовательный ряд тепловых измерителей. Высокая чувствительность (порядка -1СГ Вт) позволяет исследовать процессы при малых концентрациях реагентов, что особенно существенно в биохимических и молекулярнобиологических исследованиях (1. Однако известное устройство имеет ряд недостатков. Из-за малой скорости подачи реагентов трудно проконтролировать полноту смешения жидкостей. При домещивании в каналах измерительных ячеек в результаты измерений вносится ошибка, зависящая не только от скорости подачи реагентов и конструкции смесителя, но и свойств самих реагентов. Кроме того, возможные изменения вязкости растворов в ходе реакции также приводят к ошибкам в получаемых результатах. Существенным недостатком известного устройства является неточность калибровки: дополнительная обмотка, в которую подают калиброванный по мощности электрический сигнал, находится снаружи канала, в то время как при реальных измерениях теплота выделяется внутри канала; такая калибровка вносит систематическую ощибку в результаты измерений. Подготовка каждого очередного эксперимента занимает много времени из-за необходимости промывки каналов проточного калориметра, степень чистоты которых проконтролировать трудно. Цель изобретения - повышение точности калибровки,а также сокращение времени выхода устройства на рабочий режим при работе с электропроводными растворами. Поставленная цель достигается тем, что в детектор проточного калориметра дополнительно введены идентичные кондуктомбтриЧеские ячейки и измерительный блок, при этом кондуктометрические ячейки устаиов-, лены в каждой из измерительных ячеек на ее входе и выходе и соединены с измерительным блоком. На чертеже представлена схема детектора проточного калориметра. Устройство содержит смесители 1 и 2, измерительные ячейки в виде опорною 3 и рабочего 4 каналов, нагреватели 5, термостатирующую оболочку 6, тепловые измерители 7, включенные дифференциально и соединенные с блоком регистрации 8. Для проведения в ходе эксперимента контроля полноты смешения реагентов на входах каналов 3 и 4 непосредственно за смесителями установлены кондуктометрические ячейки 9 и 10 соответственно, такие же ячейки 11 и 12 установлены непосредственно за линиями задержки на выходе каналов 3 и 4. При полном смешении растворов в смесителях межэлектродные сопротивления двух ячеек в каждом из каналов должны быть равны между собой, разность этих значений определяет степень полноты смешения на выходе из смесителя. G целью точной калибровки устройства, при которой заданная мощность выделяется внутри канала, исполь. зуют одну из входных ячеек 9 или 10, на которую подают калиброванный по мощности электрический сигнал. Все четыре ячей, ки связаны с измерительным блоком 13, включающим в себя амплитудно- и частотно-стабилизированный генератор переменного тока и дифференциальный усилитель (на чертеже не показаны), к входу которого подключают любую пару ячеек. Устройство работает следующим образом. Насос подает растворы по четырем каналам (на чертеже не показаны), попарно замкнутым на соответствующие смесители. По одной паре каналов прокачивают растворитель, по одному из каналов второй пары поступает тот же растворитель, а по другому каналу - вещество, теплоту разбавления которого необходимо измерить. Реагенты смешиваются в смесителях 1 и 2 и поступают в каналы 3 и 4, в которых тепловой эффект регистрируется последовательно расположенными тепловыми измерителями 7. Одновременно с тепловой регистрацией на кондуктометрические ячейки 9 -12 подают высокостабильиый электрический сигнал малой мощности. Растворы в каналах 3 и 4 на промежутке между электродами ячеек начинают проводить ток, величина которого пропорциональна концентрации растворенных веществ. Ввиду хорошего термостатирования каналов точность измерений электропроводности в режиме малых токов более, чем на порядок превышает точность тепловых измерений. Поскольку электроды ячеек изготовлены из химически инертного вещества (например, платины), подача на них импульса тока, калиброванного по мощности. Обусловит соответствующее выделение тепла внутри канала, т. е. в условиях, аналогичных условиям измерений теплопродукции изучаемых реакции, что повышает точность калибровки. Разность калибровочных сигналов в двух каналах устройства определяет начальный разбаланс детектора калориметра по чувствительности, вызванной неполной идентичностью изготовления каналов и смесителей.

После окончания эксперимента в момент начала промывки каналов 3 и 4 сигналы ячеек П и 12 покажут по резкому возрастанию сопротивления межэлектродных участков, что дистиллированная вода, которой промывают каналы, дошла до этих ячеек и можно начать следующий опыт.

Таким образом сокращается время, затрачиваемое на промывку каналов, исключается возможность неполной промывки. Процесс последовательных экспериментов можно автоматизировать, подключая, например, выход кондуктометрической ячейки 12 к входу внешнего исполнительного устройства (на чертеже не показано), которое, в част-, ности, представляет собой привод, переключающий кран, через который в детектор калориметра подают дистиллят, и открывающий кран подачи растворителя и реагентов. Изобретение позволяет повысить точность калибровки при работе с электропроводными растворами, сократить время выхода устройства на рабочий режим, благодаря чему повышается производительность труда при проведении серии последовательных экспериментов.

Использование кондуктометрического контроля процесса смешения реагентов в измерительных ячейках калориметра позволяет учитывать являения, влияющие на результаты измерения (например, изменение вязкости растворов в ходе реакции), что позволяет вносить соответствующие поправки и тем самым повысить точность определения тепловых эффектов.

ДЕТЕКТОР ПРОТОЧНОГО КАЛОРИМЕТРА по авт. св. № 723401, отличающийся тем, что, с целью повышения точности калибровки и сокращения, времени выхода устройства на рабочий режим при работе с электропроводными растворами, в него дополнительно введены идентичные кондуктометрические ячейки и измерительный блок, при этом кондуктометрические ячейки установлены в каждой из измерительных .ячеек на ее входе и выходе и соединены с измерительным блоком. (Л С