Спектрофотометрический способ измерения температуры Советский патент 1989 года по МПК G01K11/12 

Изобретение относится к бесконтактным способам измерения температуры в кюветах спектрофотометрических устройств и может быть использовано для регулярного контроля правильности функционирования термостатирующих устройств фотометров (в частности, такая необходимость часто возникает при эксплуатации биохимических анализаторов) .

изобретения - повышение точности и быстродействия при измерении температуры.

В предлагаемом способе измерения температуры для калибровки и определения неизвестной температуры вместо обычно применяемого при двухволновой регистрации

У1(Л.) спектрального отношения 27ГЛ С Ю- Тьзуется

отношение V-/- ч-тгт/. связи с тем, что

ЛГА,)М(Л«)

только с использованием этой функции удается аналитически оптимизировать выбор

наилучших условии определения температуры для заданного температу|1ного интервала.

При использовании кислотно-основного индикатора с известными константой ионизации pKi и коэффициентами экстинкций при двух длинах воли обеих ионизацион- 1„ Т„ IH/V

ных форм (е., f)

) значе - 1 л t J 1 1

. , , . А

ние рН буферного раствора, соответствую- шее максимальной чувствительности системы (рНиг ), можно найти приравниванием к кулю второй производной по рН функции, связы- ваюшей измеряемую спектральную характеристику с рН раствора. В данном случае связь спектральных характеристик с рН определяется известным уравнением Гендер- сона-Хассельбаха для разбавленных растворов;

pH pK, +

сд

сд

о

При выборе в качестве измеряемой спектральной характеристики величиныспекЛ(Л1)

трального отношения -;- - условие оптимума

Л (A,j

онрелеляетея соотнон1ением

рНои, рК: +

При выборе в качестве измеряемой спектральной характеристики отношения раз- ности оптических нлотностей к их сумме решение для рН однозначно и его опредеgi- / w

ЛЯЮТ из СООТНОН1еНИЯ рН + lgcrr; -cTl I

Д, С

которое симметрично относительно нереста- новки длин волн.

Таким образом, если известны константа ионизации и коэффициенты экстинкций двух крайних форм индикатора, можно аналитически рассчитать значение рП буферно- го раствора, обеспечивающее наибольшую точность измерений температуры в заданном температурном интервале.

Способ осун1ествляют следующим образом.

Пример) 1. Калибровку по температуре про- водили на спектрофотометре Specord М 40 фирмы Карл Пейс (длина оптического нути кюветы I см), оснащенном термостатированным кюветодержателем и системой измерения температуры, обеспечивающей точность измерения температуры не хуже 0,01 °С. В качестве кислотно-основного индикатора использовали тимоловый синий, который пригоден для измерений в видимой области спектра (максимум поглощения ненротони- рованной формы находится вблизи 600 им, а протонированной - 440 нм). Состав термочувствительного раствора: 0,05 М трис; 0.01М ПСЕ, 0,004% тимоловый синий. Оптимальный состав термоиндикатора выбран исходя из значений pKi (рК 8,9) и коэффициентов экстинкций крайних форм (опре- деленных с точностью до коэффициента):

г..I W

V..i 18: - ц41) .

„

е 1,1)0 0.

По форму.1е 11О,|учено значение оптимального рП-ир 8,85 при . Рабочий буфер- ный раствор с требуемым значением рН был приготовлен смеп.1ением точной навески трис (0,6()55Ч::0,0()ОЗг) и точного объема нри- готовленного из фиксанала раствора 0,1 ПСК (10г:0,05 мл| с последующим доведением объема раствора до 100 мл. Затем к 10 мл иолучепного буферного раствора добавляют 0,02 мл 0,2%-ного раствора тимолового синего в метаноле (оптическая плотность полученного )аствора находится в пределах 1 оптической единицы в интервале темпера- тур от 20 до 40°С).

Приготовленный раствор помешали в кювету спектрофотометра. Измерепия проводили относительно соответствующего буферно

л

5

5 0 0

0

5

го раствора (без индикатора). Термостати- рующим устройством задавали требуемую температуру, измерение оптической плотности проводили после установления температурного равновесия.

В табл. 1 приведена зависимость соотно/ fA,) шения ,-7 -;-гт от температуры для тимо/lf.)- /lf/l.)

лового синего ( J} 440 нм, Яа 600 нм).

Расхождения между калибровочными данными, полученными при повторных измерениях в течение нескольких дней, не превышали 0,2°С. Тот же результат получен при проверке метода с различными препаратами трис (фирмы Serva, Merck, отечественного препарата ТУ 6-09-4292-76).

Из приведенных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ позволяет измерять неизвестную температуру в кювете спектрофотометра с точностью до 0,2°С в интервале температур от О до 80°С. При необходимости этот интервал может быть расширен, так как принцип, лежащий в основе температурной чувствительности термоиндикатора, распространяется и на более широкую область температур.

Пример 2. Измерение динамики установления теплового равновесия в кювете объемом 5 мкл микроспектрофотометра, изготовленного на элементной базе спектро- фотометрического детектора хроматографа «Л1илихром, проводили аналогично примеру 1. Описанный раствор помещали в кювету ирибора, регистрировали поглощение при /. 440 нм и нм и время с момента включения. Температуру определяли по калибровочному графику, приведенному в табл. 1.

Температура, измеренная нредлагаемым способом непосредственно после включения прибора, равнялась 17,5°С, в то время как температура окружающей среды составляла 17,6°С (измерена калиброванным лабораторным термометром).

В табл. 2 приведена кинетика установления тем 1ературного равновесия в кювете капиллярного микроспектрофотометра.

Пример 3. Из.мерение проводили ана,ло- гично примеру 1 в ультрафиолетовом диапазоне спектра. В качестве инд 1катора использовали метанитрофенол ( 8,25,

ev sn 148; е гво 56; f-jso 26; F2 зо 83). Рассчитанное по фор.муле оптимальное значение рН для данного индикатора равно 8,3 (для 30°С). Соответствующий этому рН состав буфера: 0,05 М трнс, 0,025 М ПСЕ. Затем метанитрофенол добавляли к полученному буферу в количестве, соответствующем содержанию его в смеси: 0,02 мг/мл. В табл. 3 приведена зависимость

-/mi tr - - - тральных характеристик раствора от температуры для метанитрофенола.

Точность онределения температуры с данным индикатором составляет 0,5°С.

Таким образом, как видно из приведенных результатов, предлагаемый способ прост в исполнении и обеспечивает возможность быстрого измерения температуры с достаточно высокой точностью без привлечения дополнительного специального оборудования при однократном заполнении кюветы.

Формула изобретения

Спектрофотометрический способ измере- 15 ния температуры, заключающийся в том, что

0

в спектрофотометрическую ячейку внодят раствор в трис-HCfc буфере кислотно-основного индикатора с константой дмссоцигшии в рабочем диапазоне рН буфера, затем регистрируют оптическую плотность раствора и определяют температуру по гра- дуировочному графику, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оптическую плотность регистрируют на двух длинах волн излучения, соответствующих максимумам поглощения протонированной и непротонированной форм кислотно-основного индикатора, находят от- нощение разности оптических плотностей на этих длинах волн к их сумме, по величине которого из градуировочного графика определяют температуру.

Таблица 1

Изобретение относится к бесконтактным способам измерения температуры в труднодоступных кюветах спектрофотометрических устройств. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия определения температуры. Для этого регистрируют оптические плотности помещенного в кювету термоиндикатора, представляющего собой раствор в трис - HCL буфере кислотно-основного индикатора, с PH₁ в рабочем диапазоне PH буфера. Температуру определяют по калибровочному графику, при этом оптические плотности регистрируют на двух длинах волн, соответствующих максимумам поглощения протонированной и непротонированной форм индикатора. В качестве калибровочного графика используют зависимость от температуры соотношения разности оптических плотностей к их сумме. 3 табл.

Т а б л и ц а 2

0,490 0,465 0,443 0,419 0,403 0,385

ТаблицаЗ

-0,140 -0,110 -0,079 -0,049 -0,019 +0,010