SE446563B - Svepdifferentialmikrokalorimeter - Google Patents

Description

446 563 2 av skillnadsvärmekapaciteten för medier med olika sammansättning och mätning av blandningsvärmet för de båda medierna vid olika temperaturer, måste använda två olika mätapparater, nämligen en svepmikrokalorimeter och en reaktionsmikrokalorimeter, vilket inte enbart gör det nödvändigt att man har tillgång till tvâ mikrokalorimetrar utan även medför avsevärd tidsåtgång, eftersom denna användning är förknippad med behovet av att dels upprepade gånger överföra det föremål, som skall undersökas från den ena mikrokalorimetern till den andra och dels att justera om mikro- kalorimetrarnas drifttillstånd. Om hänsyn tages till att ändrin- gen av den fastställda temperaturen i reaktionsmikrokalorimetern i regel kräver flera dygn, blir det förståeligt, varför man hit- intills praktiskt taget inte alls genomfört några fysikaliska och _ kemiska undersökningar av detta slag.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en svepdifferentialmikrokalorimeter, i vilken de kalorimetriska kapillärkamrarna är så utformade, att man med den- na mikrokalorimeter kan mäta såväl skillnadsvärmekapaciteten för det vätskeformiga medium, som skall undersökas, och ett vätskefor- migt referensmedium som blandningsvärmet för de båda medierna in- om ett vidsträckt temperaturområde.

Detta uppnås medelst en svepdifferentialmikrokalorimeter, i vars adiabatiska hölje är anordnade två kalorimetriska kapillär- kamrar, vilkas ur det adiabatiska höljet utskjutande ändar är förda genom en värmeshunt, som är avsedd att avgränsa dessa kam- rars arbetsrum, medan på det adiabatiska höljets, de kalorimet- riska kapillärkamrarnas och värmeshuntens utsidor är fästa värme- känsliga element och värmeelement, vilka är elektriskt kopplade till termoregulatorer, vilken mikrokalorimeter är kännetecknad av att åtminstone den ena kalorimetriska kapillärkammaren är upp- byggd i form av två kapillärrör, vilka står i värmekontakt med varandra utefter hela sin längd och vilkas ändar, som är motsat- ta de ur det adiabatiska höljet utskjutande ändarna, är anordna- de i det adiabatiska höljet, medan den andra, återstående kalori- metriska kapillärkammarens ände, som är motsatt den ur höljet ut- skjutande änden, även är anordnad i det adiabatiska höljet och förbunden med kapillärrörens i det adiabatiska höljet anordnade ändar. 446 563 Det är lämpligt, att de ur det adiabatiska höljet utskjutande ändarna av den kalorímetriska kapíllärkammarens kapillärrör och den andra, återstående kalorimetriska kapillärkammarens ur det adia- batiska höljet utskjutande ände är förenade till en enda enhet på sådant sätt, att de i denna enhet står i värmekontakt med varandra.

Det är vidare lämpligt, att värmekontakten mellan den kalorimet- riska kapillärkammarens kapillärrör utefter hela deras längd el- ler utefter hela längden av dessa kapillärrörs ur det adiabatis- ka höljet utskjutande ändar och den ur det adiabatiska höljet ut- skjutande änden av den andra, återstående kalorimetriska kapillär- kammaren åstadkommes genom att nämnda kapillärkamrars väggar står i direkt kontakt med varandra. _ Vármekontakten för-de kalorimetriska kapillärkammarens kapillär- rör utefter hela deras längd kan åstadkommas genom att dessa kapil- lärrörzär utformade med olika tvärsnittsarea och att röret med mind- re tvärsnittsarea är anordnat i röret med större tvärsnittsaria.

Den så utformade svepdifferentialmikrokalorimetern enligt upp- finningen gör det möjligt att genomföra mätningar av två typer, nämligen mätning av skillnadsvärmekapaciteten för det vätskeformiga medium, som skall undersökas, och det vätskeformiga referensmediet samt mätning av blandningsvärmet för de båda vätskorna vid olika temPefaturer, vilket med andra ord innebär att man i en enda mikrokalorimeter kan kombinera två olika funktioner.

Uppfínningen 'beskrives närmare nedan under hänvisning till åtföljande ritning, 'på vilken fig 'I 'visar ett längdsnitt genom svepdifferentialmikrokalorimetern enligt uppfinningen, fig 2 vi- sar ett längdsnitt genom den i fig '1 visade mikrokalorimetern, i vilken- de båda kalorimetriska kapillärkamrama är uppbyggda _i form av två kapillärrör, fig 5 visar ett längdsnitt genom en ut- iföringsform av den i fig visade mikrokalorimetern och fig ll- vi- sar ett längdsnitt genom en utföringsform av mikrokalorimetern enligt uppfinningen, där de båda kamrarnas kapillärrör har for- men av en spiral.

Svepdifferentialmikrokalorimetern enligt uppfinningen inne- fattar ett adiabatiskt hölje 'I (fig 1), i vilket är anordnade två kalorimetriska kapillärkamrar 2 och 3, vilkas ur det adiabatiska höljet 'l utskjutande ändar _4 respektive 5 är utförda genom en i form av en värmeledande platta uppbyggd värmeshunt 6, som är av- sedd att avgränsa kamrarnas 2 och 3 arbetsrum. 446 563 4 Den ena kalorimetriska kapillärkammaren är avsedd för det vätskeformiga medium, som skall undersökas, medan den andra kammaren är avsedd för ett vätskeformigt referensmedium. Kam- rarna kan dessutom användas omvänt, ifall mikrokalorimetern an- vändes för mätning av skillnadsvärmekapaciteten mellan det me- dium, som skall undersökas, och referensmediet.

Vid denna utföringsform av mikrokalorimetern, som är av- sedd att användas för mätning av skillnadsvärmekapaciteten och 'blandningsvärmet för två vätskeformiga medier, är kammaren 5 uppbyggd av två kapillärrör '7 och 8, medan kammaren 2 utgöres av ett kapillärrör. Rören 7 och 8 står i värmekontakt med varandra utefter hela sin längd, för vilket ändamål de båda rörens 7 och 8 väggar vid denna utföringsform av mikrokalorimetern enligt uppfinningen står i direkt kontakt med varandra utefter hela sin längd.

Rörens 7 och 8 ändar 9 respektive 10, vilka är motsatta kammarens 3 ur det adiabatiska höljet 1 utskjutande ändar S' respektive 5” (eller med andra ord kammarens 5 ände 5), är anordnade i det adiabatiska höljet 1. Kammarens 2 ände 11, som är motsatt den ur det adiabatiska höljet 1 utskjutande änden 4, är även den anordnad i höljet 1 och den är dessutom förbunden med rörens 7 och 8 ändar 9 respektive 10.

På det adiabatiska höljets 1., de kalorimetriska kapillärkam- rarnas 2 och 5 samt värmeshuntens 6 utsidor är värmekänsliga element 12, 15, 'ïltqrespektive 15 och värmeelement 16, 17, 18 respektive 19 fästa. På ritningen visas villkorligtde värme- känsliga elementen 12, 13, 14 och värmeelementen 16, 17, 18, vilka är fästa på höljets 1 och kamrarnas 2 och 5 ena utsida.

Det värmekänsliga elementet 12 är anslutet till en ingång hos en termoregulator 20, vars utgång är kopplad till värme- elementet 16. Det värmekänslíga elementet 12 och värmeelemen- tet 16 är anordnade att tillsammans med termoregulatorn 20 utgöra en anordning för reglering av temperaturen i det adiaba- tiska höljet 1_. De värmekänsliga elementen 15 och 14 är kopp- lade till ingångar hos en termoregulator 21 , vars utgångar är kopplade till värmeelementen 1? respektive 18. De värmekäns- liga elementen 13, 11+ och värmeelgmenten 17, 18 är anordnade att tillsammans med termoregulatorn 21 bilda en anordning för 5 446 ses temperaturreglering i kamrarna 2 och 5. Det värmekänsliga elemen- tet 15 är anslutet till termoregulatorns 20 ingång och till en in- gång hos en termoregulator 22, vars andra ingång är kopplad till det värmekänsliga elementet 15 och vars utgång är ansluten till värmeelementet 19. Det värmekänsliga elementet 15 och värmeele- mentet 19 är anordnade att tillsammans med termoregulatorn 22 ut- göra en anordning för temperaturreglering i värmeshunten 6.

I fig 2 visas en utföringsform av mikrokalorimetern enligt uppfinningen, vilken den kalorimetriska kapillärkammaren 2 är identisk med kammaren 5 och uppbyggd i form av tvâ kapillärrör 25 och 24, vilka står i värmekontakt med varandra utefter hela sin längd, för vilket ändamål de båda rörens 25 och 24 väggar står i direkt kontakt med varandra utefter hela sin längd.

Rörens 25 och 24 ändar 25 respektive 26, vilka är motsatta de ur det adiabatiska höljet 1 utskjutande ändarna 4' respektive 4" (eller med andra ord kammarens 2 ände 4), är anordnade i höljet 1 och förbundna med rörens 7 och 8 ändar 9 respektive 10.

Vid denna utföringsform av mikrokalorimetern är de båda kalori- metriska kamrarna absolut identiska med varandra, vilket är av stor betydelse för mätning av skillnadsvärmekapaciteten.

För att förenkla processtekniken för framställning av mikro- kalorimetern och säkerställa att de kalorimetriska kamrarna är absolut identiska med varandra användes lämpligen en i fíg 5 visad utföringsform av mikrokalorimetern, i vilken den kalori- metriska kapillärkammarens 2 kapillärrör 27 och 28 står i värme- kontakt med den kalorimetriska kapillärkammarens 5 kapillärrör 29 och 50 utefter hela deras längd genom att dels kammarens 2 rör 27 och 28 och kammarens 5 rör 29 och 50 har olika tvärsnitts- area, dels röret 28 med mindre tvärsnittsarea är koaxiellt an- ordnat i röret 27 med större tvärsnittsarea och dels röret 50 med mindre tvärsnittsarea är anordnat i röret 29 med större tvär- isnittsarea. Den i fig 5 visade utföringsformens konstruktiva ut- formning är i övrigt analog med den i fig 1 och 2 visade mikro- kalorimeterns, varvid de ändar 51, 52, 55, och 54 av de båda kam- rarnas 2 och 5 rör 27, 28, 29 respektive 50, som är motsatta kam- rarnas 2 och 5 ur höljet 1 utskjutande ändar 4', 4" respektive 5', 5" (i det allmänna fallet kamrarnas 2 och 5 ändar 4 respektive 5), är anordnade i det adiabatiska höljet 1 och förbundna med var- andra. 446 563 6 Vid de ovan beskrivna utföringsformerna av mikrokalorimetern enligt uppfinningen är kamrarnasqmed varandra förbundna rör U-for- made. _ Vid den i fig 4 visade utföringsformen av mikrokalorimetern, som huvudsakligen användes för att begränsa yttre inverkan på kamrarna i ooh för ökning av mätnoggrannheten, är den kalorimet- riska kapíllärkammarens 2 kapillärrör 55 ooh 56 och den kalori- metriska kapillärkammarens 5 kapillärrör 57 ooh 58 spiralforma- 'de. _ Rörens 55 och 56 ur det adiabatíska höljet 1 utskjutande än- dar 4' ooh 4" ooh rörens 57 och 58 ur det adiabatiska höljet 1 utskjutande ändar 5' och 5" är förenade till en enda enhet på sådant sätt, att de i enheten står i värmekontakt med varandra genom att rörens 56 och 57 väggar står i direkt kontakt med var- andra. Den i fig 4 visade utföringsformens konstruktiva utform- ning liknar huvudsakligen den i fig 1-5 visade mikrokalorimeterns utformning, varvid de ändar 59: 40, 44 ooh 42 av de båda kamrarnas 2och 5 rör 55, 56 respektive 57, 58, som är motsatta de ur höljet 1 utskjutande ändarna 4' och 4" respektive 5', 5", är anordnade i höljet 1 och förbundna med varandra.

Svepdifferentialmikrokalorimetern enligt uppfinningen funge- rar på följande sätt.

Nikrokalorimetern enligt uppfinningen kan arbeta i tvâdrift- tillstånd : _ 1. Mätning av skillnadsvärmekapaciteten för det vätskefor- miga medium, som skall undersökas, ooh ett vätskeformígt refe- rensmedium, 2. mätning av blandningsvärmet för de båda medierna. 1. För bestämning av skillnadsvärmekapaciteten inmatas det vätskeformíga medium, som skall undersökas, genom kammarens 2 (fig 1) rör, varvid mediet bortföres genom kammarens 5 rör 7,5, Man tillsluter därefter öppningen i kammarens 2 rör och fyller kammaren 5 med ett vätskeformígt referensmedium, som införes ge- nom röret 7 och bortföres genom röret 8.

För att mäta skillnadsvärmekapaciteten fylles kamrarna 2 odh 5 med det medium, som skall undersökas, respektive med referens- mediet, varefter kamrarna 2, 5 uppvärmes med lika stor hastighet, vilken bestämmes av de värmekänsliga elementen 15 respektive 14. ? 446 563 Termoregulatorn 21 för reglering av de båda kamrarnas 2, 5 upp- värmningsgrad reglerar temperaturen i värmeelementen 17, 48, varvid man avkänner den effektskillnad, som erfordras för att varje kammare skall kunna uppvärmas i lika grad. Värmeshuntens 6 och det adiabatiska höljets 1 temperatur regleras medelst termoregulatorerna 22 respektive 20 så, att den i det närmaste är lika med temperaturen i kammaren 2 respektive 5.' 2. För bestämning av blandningsvärmet för två medier in- matas dessa genom kammarens 5 båda rör 7 och 8, varvid bland- ningen bortföres genom kammarens 2 rör. Medierna blandas med varandra vid det förbindelseställe för kamrarna 2 och 5 med var- andra, där de av de båda kamrarnas rör avgränsade rummen är förenade.

Blandningsvärmet för de båda medierna mätes samtidigt som dessa medier med konstant strömningshastighet tillföres kamma- I rens 5 båda rör 7 respektive 8 under kontinuerlig uppvärmning av de båda kamrarna 2, 5 medelst värmeelementen 17 respektive 18, varvid man liksom i det första fallet avkänner skillnaden mellan de effekter, som erfordras för uppvärmning av varjàkam- mare. 5 ' g De i fig 2, 5 och 4 visade mikrokalorimetrarna fungerar på samma sätt som mikrokalorimetern enligt fig 1 med undantag av att förenandet av kamrarnas 2 ooh 5 ändar 4 respektive 5 till en enda enhet i mikrokalorimetern enligt fig 4 gör det möjligt att minska värmepäkänningen på värmeshunten 6, eftersom det me- dium, som skall tillföras shunten 6, redan har den temperatur hos shunten 6, som denna shunt får genom att den står i värme- kontakt med det medium, som skall bortföras från värmeshunten 6.

Genom att kamrarnas 2, 5 rör 55, 56 respektive 57, 58 är spiral- formade, kan man minska det omgivande mediets inverkan ooh följ- aktligen ökra mikrokalorimeterns känslighet, varjämte detta bidrar till en bättre integrering av värmeeffekten vid blandning av de båda medierna och följaktligen till högre mätnoggrannhet.

Svepdifferentialmikrokalorimetern enligt uppfinningen har ett allsidigt användningsområde, som gör det möjligt att utvidga mikrokalorimeterns mätfunktioner och därigenom genomföra mera om- fattande fysikaliska och kemiska undersökningar av vätskeformiga medier. Mikrokalorimetern enligt uppfinningen gör dessutom un- 446 563 s dersökningen avsevärt effektivare genom att den minskar under- sökningstiden och kostnaden.

Claims (4)

446 563' P a t e n t k r a v

1. Svepdifferentialmikrokalorímeter, i vars adiabatiska hölje_ (1) är anordnade två kalorimetriska kapíllärkamraf (2 och 3), vilkas ur det adíabatiska höljet (1) utskjutande ändar (4 respektive 5) är förda genom en värmeshunt (6), som är av- sedd att avgränsa kamrarnas (2 och 5) arbetsrum, varvid på det adiabatiska höljets (1), de kalorimetriska kapillärkamrarnas (2 ooh 5) ooh värmeshuntens (6) utsidor är fästa värmekänsli- ga element (12, 15, 14 respektive 15) och värmeelement (16, 17, 18 respektive 19), vilka är elektriskt kopplade till termo- regulatorer (20, 21 och 22), k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone den ena kalorimetriska kapillärkammaren (3) är upp- byggd i form av två kapillärrör (7 ooh 8), vilka står i värme- kontakt med varandra utefter hela sin längd och vilkas ändar (9 respektive 10), som är motsatta de ur det adiabatiska höljet (1) utskjutande ändarna (5' respektive 5"), är anordnade i det adiabatiska höljet (1), medan den andra, återstående kalorimet- riska kapillärkammarens (2) ände (11), som är motsatt den ur höljet (1) utskjutande änden (4), även är anordnad i det adiaba- tiska höljet(1) och förbunden med kapillärrörens (7 och 8) i höljet (1) anordnade ändar (9 respektive 10).

2. Mikrokalorimeter enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a d av att de ur det adiabatiska höljet (1) utskjutande än- darna (5' och 5" gav den kalorimetríska kapíllärkammarens (5) kapillärrör (37 respektive 38) ooh den ur höljet (1) utskjutan- de änden (4) av den andra, återstående kalorimetriska kapillär- kammaren (2) är förenade till en enda enhet så, att dessa ändar i enheten står i värmekontakt med varandra.

3. 5. Mikrokalorimeter enligt krav 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d av att värmekontakten mellan den kalorimetríska kapillärkammarens (5) kapillärrör (7 och 8) utefter hela deras längd eller utefter längden av rörens (7 och 8) ur höljet (1) _utskjutande ändar (5' respektive 5") odh den andra återstående kalorimetriska kapillärkammarens (2) ur höljet (1) utskjutande 446 563 w ände (4) åstadkommas genom att rörvëggarna står i direkt kontakt med varandra. '

4. Nikrokalorimeter enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att värmekontakten mellan den kalorimetriska kapillärkammarens (2, 3) kapillärrör (27, 28 respektive 2_9, 30) utefter hela deras längd åstadkommas dels genom att rören (27, 28 och 29, 50) har olika tvärsnittsarea och dels genom att röret (28, 30) med mindre tvärsnittsarea är koaxíellt anerdnat i röret (27 respektive 29) med större tvärsnittsarea. " v,