量熱計(jì)
量熱計(jì),或稱熱量計(jì)、卡計(jì),是一種用于測(cè)量進(jìn)行熱量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,可以用于測(cè)量化學(xué)反應(yīng)、物理變化過(guò)程的熱量變化,或測(cè)定材料的熱容。常見(jiàn)的是差示掃描量熱計(jì)、恒溫微卡計(jì)、滴定量熱計(jì)及加速量熱儀等。簡(jiǎn)單的熱量計(jì)是在燃燒室上面放一個(gè)金屬容器,其中裝有水及一支溫度計(jì)。
若要量測(cè)物質(zhì)A和物質(zhì)B反應(yīng)時(shí),每摩爾的焓變化,可以將物質(zhì)放到量熱計(jì)中,記錄其反應(yīng)前的初溫及反應(yīng)后的末溫,將物質(zhì)質(zhì)量乘以溫度差及其比熱,即可算出所吸收的熱量,再除以摩爾數(shù)即為反應(yīng)中的焓變化。此方法主要用在學(xué)校教授量熱法時(shí)示范用,此方法沒(méi)有考慮容器散失的熱,以及溫度計(jì)及容器本身的熱容。
熱量計(jì)是用于對(duì)象量熱法,或測(cè)量的熱的過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)或物理變化,以及熱容量。差示掃描量熱儀,等溫微量熱儀,滴定量熱儀和加速量熱儀是常見(jiàn)的類型之一。一個(gè)簡(jiǎn)單的量熱計(jì)就是由一個(gè)溫度計(jì)組成,該溫度計(jì)安裝在一個(gè)懸浮在燃燒室上方的充滿水的金屬容器中。它是熱力學(xué),化學(xué)和生物化學(xué)研究中使用的測(cè)量裝置之一。
為了找出兩種物質(zhì)A和B之間反應(yīng)中每摩爾物質(zhì)A 的焓變,將這些物質(zhì)加入到量熱計(jì)中,記錄初始和終溫度(反應(yīng)開(kāi)始之前和結(jié)束之后)。將溫度變化乘以物質(zhì)的質(zhì)量和比熱容給出反應(yīng)過(guò)程中釋放或吸收的能量的值。將能量變化除以A有多少摩爾A給出了其反應(yīng)的焓變。
絕熱量熱器
一個(gè)絕熱熱量計(jì)是用來(lái)檢查失控反應(yīng)量熱計(jì)。由于量熱儀在絕熱環(huán)境中運(yùn)行,因此受試材料樣品產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致樣品溫度升高,從而加速反應(yīng)。
沒(méi)有絕熱量熱器是*絕熱的,一些熱量會(huì)被樣品丟到樣品架上。phi因子(一種數(shù)學(xué)校正因子)可用于調(diào)整量熱結(jié)果以考慮這些熱損失。披因子是之比熱質(zhì)量的樣品和樣品保持器的單獨(dú)樣品的熱質(zhì)量。
反應(yīng)量熱計(jì)
反應(yīng)量熱計(jì)是在密閉的絕熱容器內(nèi)開(kāi)始化學(xué)反應(yīng)的量熱計(jì)。測(cè)量反應(yīng)熱,并通過(guò)積分熱流與時(shí)間獲得總熱量。這是工業(yè)上用于測(cè)量加熱的標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)楣I(yè)過(guò)程設(shè)計(jì)為在恒定溫度下運(yùn)行。反應(yīng)量熱也可用于確定化學(xué)過(guò)程工程的大熱釋放速率以及跟蹤反應(yīng)的總體動(dòng)力學(xué)。
測(cè)量反應(yīng)量熱器中的熱量有四種主要方法:
熱流量量熱儀:冷卻/加熱夾套控制過(guò)程的溫度或夾套的溫度。通過(guò)監(jiān)測(cè)傳熱流體和過(guò)程流體之間的溫差來(lái)測(cè)量熱量。另外,必須確定填充體積(即濕潤(rùn)面積),比熱,傳熱系數(shù)以達(dá)到正確的值。這種類型的熱量計(jì)可以在回流條件下進(jìn)行反應(yīng),精度不是很好。
熱平衡量熱儀:冷卻/加熱夾套控制過(guò)程的溫度。通過(guò)監(jiān)測(cè)傳熱流體所獲得或損失的熱量來(lái)測(cè)量熱量。
功率補(bǔ)償:功率補(bǔ)償使用放置在容器內(nèi)的加熱器來(lái)保持恒定的溫度。供應(yīng)給該加熱器的能量可以根據(jù)反應(yīng)的需要而變化,并且量熱信號(hào)純粹來(lái)源于該電力。
恒定通量:恒定流量熱量測(cè)定法(或稱為COFLUX)是從熱量平衡量熱法得出的,并使用專門(mén)的控制機(jī)制來(lái)保持穿過(guò)血管壁的恒定熱流(或流量)
差示掃描
在差示掃描量熱儀(DSC)中,通常將包含在小鋁囊或“鍋”中的樣品中的熱量流量差異地進(jìn)行測(cè)量,即將其與流入空的參考鍋中的流量進(jìn)行比較。
在熱通量 DSC中,兩個(gè)平底鍋?zhàn)谝阎ㄐ?zhǔn)的)耐熱性K的材料的小塊上。量熱儀的溫度隨時(shí)間線性增加(掃描),即加熱速率dT/dt =β保持不變。這次線性需要良好的設(shè)計(jì)和良好的(電腦化)溫度控制。當(dāng)然,控制冷卻和等溫實(shí)驗(yàn)也是可能的。
熱量通過(guò)傳導(dǎo)流入兩個(gè)平底鍋。由于其熱容量 Cp,熱量進(jìn)入樣品的流量較大。流量差dq/dt引起板坯兩端的小溫差ΔT。這個(gè)溫度差是使用熱電偶測(cè)量的。原則上可以從這個(gè)信號(hào)確定熱容量
等溫滴定
在等溫滴定熱量計(jì)中,使用反應(yīng)熱來(lái)進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)。這允許確定反應(yīng)的中點(diǎn)(化學(xué)計(jì)量)(N)以及其焓(ΔH),熵(ΔS)并且主要考慮結(jié)合親和力(Ka)
該技術(shù)尤其在生物化學(xué)領(lǐng)域具有重要意義,因?yàn)樗兄诖_定底物與酶的結(jié)合。該技術(shù)通常用于制藥行業(yè)以表征潛在的候選藥物。