ИКРОКАЛОРИЛ1ЕТР Советский патент 1971 года по МПК G01K17/08 

Изобретение относится к калориметрии, к чаетиоети, к приборам для исследования микротепловьгделений в небольших объемах жидкости преимущественно при изучении биологических объектов, распределенных в жидкой среде (тканевые и клеточные суспензии, взноси бактерий, кровь и т. д.).

Измерение малых тепловыделений в небольших объемах иредставляет значительные трудности, поскольку требуется обеспечивать термостатирование калориметра с высокой степенью точности. Кроме того, для изучения аэробных биологичеоких процессов -необходим нормальный газообмен.

Известны калорилгетры, выполпенные в виде стеклянных сосудов с двойными стенками, пространство между которыми вакуумировано, с введенной в сосуд тепловоспринимаюидей массой. Однако из-за значительных тепловых утечек через пробку эти приборы не обладают необходимой чувствительностью. Кроме того, выход на режим занимает несколько суток.

Цель изобретения - повысить чувствительность калориметра с двойными стенками и снизить требования к термостатированию при сохранении условий, близких к изотермическим, иутем прямого контакта исследуемой системы с термостатирующей жидкостью, окружающей его.

стис выполнено is виде капилляра с ионеречным сечением, обеспечивающим достагочиую для регистрации разность темиератур между 1 сследуемо11 системой и тер.мостатируюпдей средой; калориметрическая камера снибж.епа воронкой с двойны.мп стенками, служащими продолженпем стенок наружного и вкутреннсги сосудов, тореи которой расположен на границе раздела жидкости и газа; калориметрическая камера 1 111нолиоиа с влде стуиенчатого .

На фиг. 1 изображен микрокалори ;етр в разрезе; на фиг. 2 - шкрокалориметр для изучения аэробных процессов; на фш. 3 - ступенчатьп микрокгьюри.метр д.чя из чения аэробных процессов.

Наружная У и внутренняя 2 стенки и.з iaтeрпалг, с пизкой тенлопрозодностыо, на;;риме1 из етекла, образуют между co6oii Г1олость ,j, которая вак ум11руется для обеснечени;; тепловоГ| изоляции |;нут 1сииего пространства 4. Внутреннее ирост К1истпо 4 соединено с окр жающей его тер.мостатирукнце; срсдоП чероззаливочное отверстие ,5, через которое внуТ|1ь нростраиства 4 Г)Ведец датчик 6 температур).

В TON случае, когда цeoбxoди o обеснеч 1гь исследование роцсесов между газо , и Л Дкост к), калориметр 1чес1 ; я камс;; си;и)жастСЯ углубленно: С ДВОГ) ИЬ л: ii СТе)1чЛМИ 7 S (см. фиг. 2 и 3) , Я ЛЯ 0 1и1ли СН Ир.)должснисм стенок 1 II 2. Торец 9 этой воронки делит пространство 4 на две части: заполнен1-ую жидкостью (ниже то:риа) и газам (выше торца).

Через суженное заливочное отверстие осу цеетвляется тепловой контакт исследуемой С11стемь и термостатирующей среды. Разность темиератур между исследуемой системой и термостатируюидей средой прямо иропорцнопальна тепловому иотоку 4ej:ie3 сужение и обратно ироиоринональиа теилоироводности исследуемой системы и илощади поперечного ссчоння сужения.

Указанные конструктивные решения иозволякгг снизить требог5ання к те)мостатиру1още-му устройству кало)иметра, поскольку исследуемая система ирактически полностью теило1 3олпрована от окружающей среды. Амплитуда темнературных колебаний внутри исследуел ОЙ системы будет значительно .меньию ам1 литуды колебания температуры в термостаТ1 рующей ванне. В то же время исследуемая система соприкасается с исремеияизаемой термостатирующей жидкостью через заливочное отверстие, что обеспечивает необходимый теилоотвод и изотермичиость процесса.

Для изучения тенловых nj OHCecoii в системах, содержаидих газ н жидкость (например, аэ1)обпых биологических процессов), калоримет)ическая камера люжет бьггь снабжена двойными стенка гп, являюидимися продолжением стенок сосуда. Воронка углублена Ji сосуд, так что ири зaливкi в нее жидкоети, ироетранство сосуда, расиоложепиое торца юронки, остается занолненым газом. При иогруженин микрокалорпметра в термостатируЮ1ду о жидкость исследуемая система неносредственно контактирует е ией через впутренний канал воронки.

В каждом из )ассмотрениых случаев заливочное отверстие заполнено иеследуемой системой. Термостатируюшая жидкость может проникать внутрь калориметра только иутем диффузии через заливочное отверстие. Однако скорость диффузии чрезвычайно мала, и ирактичееки массообмен между исследуемой системой, заполняющей внутреннее пространство калориметра, и термостатирующей средой отсутствует.

С пелыо возможности анал1ггического расчета температурного поля внутри исследуе.мой системы, а также с нелью образования равио; 1ерного елоя из осажденных биологических частиц (клетки ткани, эритроциты и т. п.) внутренний сосуд выполнен в виде цилиндра с плоским дно.м. Самая высокая темцерату 5а в исследуемой системе наблюдается в месте, наиболее удалеииом от заливочного отверетии. Следовательно, для получения условий, блил.ких к изотермическим, отношение иыеот1)1 толба песледуемой систем к диаметру еосуда не должно вы.ходить за иределы 1:1-; 1:3.

Р1змерение те.мпературы иеследуемой средь: целесообразно проводить у самого диа заливочного отверстня. Для исследования процессов, требующих

значительного объе.ма газа, внутренний сосуд может быть выполнен в виде ступенчатого цилиндра. Цилиндр большего диаметра иснол: зуется как резервуар для газа, а цилиндр меньшего диаметра - для заливки нсследлс

мой системы. В этом случае воронка проходит через внутреннее иространство большего ии.лнндра так, что ее торец раеиолагается иа границе с цилиндром меньшего диа.мет|)а. Ст ценчатая фо).ма позволяет выбрать опт 1мальное соотношение высот1 1 и дпаметра цилиндра, заполняемого иеследуемой жидкостьк:.

Микрокалорн.метр работает еледующ,и.м образом. Внутреннее пространство 4 заполняют с помошьк: шприца нолностыо (см. фиг. 1)

пли для торца 9 (. фиг. 2, 3) и со cpaiinnтельным мнкрокалориметром по1ру кикгг i; тер.мостатнрующую ванну.

Сравнительный микрокалорнметр представляет собой точную рабочего к;;,юри.метра, но заиолнен жидкостью, имеющей теплопроводность, близкую к теилонроводности нсе.тедуемой снстемы, но не выделяющеГ тепло. Тенло, вырабатываемое и ирост1запстве 4 рабочего микрокалориметра, несколько повышает температуру исследуемой еиетемы но сравнению е температурой термостатирующе среды и внутреннего ироетранства сравнительного микрокалорнметра. Измерещк- разности температур иозволяет определить тепловыделеиие в исследуемой еистеме.

П р е д м е т и з о б р е т е и и я

1. Микрокалориметр, еодержащий калориметрическую камеру с двойными степками, прострапство между которыми вакуумироваио, с залпвочпым отверстием, снабженную датчиком температуры, отличающийся тем,

что, с целью повышения чувствительности, заливочное отверстие выполнено в виде капилляра е иоиеречн111м сечением, обеенечииающим достаточную для |;егистрацни разноеть температур между иееледуемой епсте.мой li термоeтaтиpyкJщeй ередой.

2.Микрокалориметр ио и. 1, отличающийся тем, что, с целью изучения теиловых пронеесов i; системах, содержащих газ и жидкость, кало.метрпчеекая камера сиабжепа воронкой с

двойнымн стенками, служащими продолжением стенок наружного и внутреннего сосудов, торец которой расположен на границе раздела жидкости и газа.

3.Микрокалориметр ио п. 2, отличающийся тем, что, с целью увеличения объема, заполняемого газо.м, калориметричеекая камера выполнена в виде ступенчатого цилиидра.

иг /