Изотермический калориметр TAM IV фирмы TA Instruments состоит из высокостабильного масляного термостата, встроенного компьютера и 4 каналов для подключения калориметров. Каждый из этих 4 каналов может быть расширен до 6 использованием мультикалориметра, таким образом максимальное число используемых одновременно калориметров равно 24. В настоящее время TAM IV является наиболее гибким и производительным калориметром, одновременно позволяющим проводить измерения с очень высокой чувствительностью и точностью. Режимы работы прибора включают изотермический, ступенчатый изотермический и медленный сканирующий.
В термостате прибора используется силиконовое масло для максимально быстрого поглощения излишков тепла и минимизации температурных градиентов в системе. Эффективная циркуляция жидкости, также способствует точному изменению температуры по программе. Средняя флуктуация температуры в калориметре не превышает значение в 10 мкК в диапазоне от 15 до 150°С. Дрейф температуры не превышает 100 мкК за 24 часа. Подобная стабильность обеспечивает высокую чувствительность обнаружения тепловых эффектов как в быстрых, так и в медленно текущих процессах. И делает прибор удобным для исследования стабильности материалов в условиях хранения, совместимости материалов, обнаружения наличия реакций и изучения их кинетики.
Из всех приборов данной серии TAM IV представляет максимальный набор используемых калориметров.
Режимы работы: Изотермический - это традиционный режим использования прибора TAM IV. Это также классический режим проведения эксперимента в микрокалориметрии. В данном режиме термостат поддерживает значение температуры системы постоянным на протяжении всего эксперимента, а любые тепловые эффекты, связанные с химическим или физическим процессом в образце непрерывно фиксируются. Изотермические измерения дают количественную и непрерывную информацию отражающую скорости изучаемых процессов.
Ступенчатый изотермический - это режим в котором образец последовательно находится в изотермических стадиях при различных значениях температуры. Стабильность и чувствительность в изотермических стадиях такая же как и в изотермическом режиме. Приизменении температуры тепловой поток фиксируется для того, чтобы определить влияние изменения температуры на состояние образца. Режим полезен для изучения теплоемкости и температурной зависимости химических реакций.
Технические характеристики термостата
Теплоноситель
масло
Позиций для калориметров
4
Диапазон температур
от 5 до 150°С
Точность установки температуры
±0.1°С
Долговременная стабильность
±100 мкК за 24 часа
Кратковременная стабильность
±10 мкК
Скорость сканирования
±2°C/час (в диапазоне от 20 до 150°С)
Шаговое изменение температуры
Нагревание
Охлаждение
от 15°С/час при 15°С до 2°С/час при 150°С
от 15°С/час при 150°С до 1.5°С/час при 15°С
Калориметры
Нанокалориметр
Нанокалориметр представляет собой на данный момент наиболее чувствительный калориметр для прибора TAM IV, традиционно используемый в изотермическом режиме. Он сочетает высокую чувствительность с хорошей стабильностью базовой линии, что делает его идеальным для изотермического калориметрического титрования. при изучении межмолекулярных взаимодействий. В нанокалориметре используют закрытые ампулы объемом до 5 мл. Максимальная чувствительность в калориметрическом титровании достигается использованием ампул объемом 1 мл в отсеках образца и эталона. При этом эталонная ампула содержит инертное вещество (например воду или песок), чтобы сбалансировать разницу теплоемкости обоих отсеков. В нормальных условиях тепловой поток связанный с эталоном пренебрежимо мал.
Нанокалориметр содержит два термоэлектрических модуля (детектора) со стороны ампулы образца и два со стороны эталона. Детекторы расположены на внутренней стороне держателя ампулы, между держателем и теплопроводящей оболочкой из алюминия.
Нагреватель из фольги находится в нижней части ампул и используется для калибровки и измерения в режиме компенсации мощности. Активная теплопроводящая оболочка использована для уменьшения времени отклика калориметра и быстрого достижения теплового равновесия.
Микрокалориметр - 20 мл
Микрокалориметр на 20 мл представляет собой двойной калориметр теплового потока. Он разработан специально для исследования больших образцов (например батареек) и экспериментов в которых требуется большой объем газовой фазы над образцом. Микрокалориметр может использоваться с любыми статическими 20 мл ампулами и 20 мл микрореактором, включая системы калориметрического титрования и контроля влажности атмосферы в процессе измерения..
Кроме того, данный калориметр единственный, который может использоваться с ампулой калориметрии растворения. Эта ампула разработана для изучения процесса растворения очень малых количеств твердых веществ (несколько мг) в различных растворителях и идеальна для исследования растворения медленно растворяющихся веществ. При этом проводят изучение полной теплоты растворения и/или кинетики растворения вещества.
Миникалориметр - 4 мл, мультикалориметр
Миникалориметр на 4 мл был создан для того, чтобы уменьшить объем занимаемый в термостате измерительной калориметрической системой. Ампула с эталоном располагается под ампулой с образцом, что позволяет разместить до 48 калориметров в термостате прибора TAM 48. В приборе TAM IV данный калориметр используется в сборке, вмещающей 6 калориметров в одном канале термостата TAM IV. Такая сборка называется мультикалориметр и используется в случаях когда необходимо увеличить количество исследуемых образцов за фиксированный промежуток времени. При применении 4 каналов с мультикалоример позволяет одновременно анализировать до 24 образцов. Это особенно удобно при исследовании стабильности, подборе условий хранения (например лекарств, взрывчатых веществ, упаковки продуктов) или совместимости материалов.
Калориметрическое титрование (TAM ITC)
Изотермическое калориметрическое тирование требует самого высокого уровня калориметрической чувствительности и стабильности, эффективного и точного дозирования титранта, и удобной, дружественной платформы, которая позволяет легко очищать сосуд и быстро менять образцы. Система для калориметрического титрования прибора TAM IV отвечает всем перечисленным требованиям и позволяет проводить такие чувствительные исследования как изучение констант комплексообразования и связывания лигандов.
Система калориметрического титрования состоит из нанокалориметра, 1 мл сменных ампул для титрования, мешалки и точного шприцевого дозатора для ввода титранта. При таком подходе создается комбинация высокой чувствительности нанокалориметра, малого времени отклика в режиме компенсации мощности, и практически изотермические условия титрования. Такая конструкция существенно выигрывает по сравнению с конкурирующими дизайнами, в которых есть определенный дрейф температуры в процессе титрования.
Сменные ампулы дают дополнительный уровень гибкости системе. Ампулы легко снимаются и моются вне прибора. Это позволяет проводить их визуальный контроль до и после эксперимента. Открытые сосуды кроме того позволяют использовать твердые суспензии, твердые матрицы с иммобилизоваными живыми клетками. Это позволяет исследовать связывание лигандов с твердой матрицей (подобная возможность отсутствует в приборах с фиксированной ячейкой).
Система TAM ITC использует разные объемы шприцевых дозаторов от 100 мкл до 2.5 мл. Каждый насос может работать с двумя дозаторами. Если требуется больше, добавок различных реагентов, то на один сосуд для титрования может быть использовано два насоса (эта возможность также недоступна в приборах других производителей)
Проточная калориметрия
Проточная ампула представляет собой простейший микрореактор, и как правило используется совместно с нанокалориметром. Поток жидкость или газа пропускается через ампулу и выходит через выходную трубку. Поток газа регулируется конроллером расхода по массе (MFC) с помощью программного обеспечения прибора. Жидкости прокачиваются через реактор перистальтическим насосом. Проточную ампулу можно использовать для измерения скорости выделения тепла потоком жидкости/газа, или эффект взаимодействия потока газа/жидкости с твердым образцом, помещенным в проточную ампулу. Проточная система поддерживает работу с ампулами объемом 1, 4 и 20 мл.
Проточная ампула с контролем влажности позволяет пропускать поток газа с контролируемой влажностью. Относительная влажность задается системой с двумя контроллерам расхода газа по массе, один из которых дозирует сухой газ, а другой - газ прошедший через две увлажняющих камеры. Программное обеспечение позволяет контролировать и общий поток и его относительную влажность. Кроме того можно менять влажность по линейному закону или ступенчато. Система работает с ампулами объемом 1, 4 и 20 мл. Кроме воды в увлажнительных камерах можно использовать другие (неводные) растворители.
Прецизионная калориметрия растворения
Калориметрия растворения обычно изучает теплоты растворения твердого вещества в жидкости или теплоты смешения двух жидкостей.
Прецизионный калориметр растворения прибора TAM IV это однопозиционный полуадиабатический калориметр для точного измерения теплоты, выделяющейся при растворении твердого вещества в жидкости. Прибор использует специальную систему позволяющую разбить ампулу с твердым веществом или жидкостью в жидкости в начале эксперимента.
Объем сосуда равен 25 или 100 мл и используется в изотермическом режиме до температуры 80°С.
Ампулы
В экспериментах на приборе TAM IV используют различные ампулы. Имеются ампулы двух основных типов - открытые и закрытые. В закрытой ампуле образец находится в покое и никакого воздействия на образец производиться не может. Открытые ампулы используются как микрореакторы - образцом можно манипулировать в процессе эксперимента после ввода образца в калориметр.
Одноразовые ампулы с крышками
Одноразовые ампулы наиболее удобны в использовании. Их можно выбрасывать сразу после использования, так как очистка им не требуется. Эти ампулы хороши для проведения экспериментов при низких температурах. Бывают ампулы объемом 3, 4 и 20 мл.
Ампулы из нержавеющей стали
Для прибора имеются ампулы из обычной нержавеющей стали и сплава Хастелой. Такие ампулы используют при работе с образцами, которые реагируют со стеклом, если исследования проводят при высоких температурах, или в случае если в процессе исследования образец выделяет значительный объем газа который может изменить давление в ампуле. Ампулы завинчиваются крышками и бывают объемом 4 и 20 мл.
Стеклянные запаиваемые ампулы
Стеклянные запаиваемые ампулы рекомендуется использовать, в случае если резиновая крышка обычной ампулы может взаимодействовать с находящимся в ампуле образцом или продуктами реакции. В данном случае реагирующие вещества полностью закрыты стеклом. Максимальный объем ампул равен 5 мл.
Ампулы SolCal
Ампулы SolCal используются с калориметром растворения и представляют собой разбиваемые ампулы. Они сделаны из стекла и имеют объем 1.1 мл. Имеются также ампулы с резиновыми крышками.
Описано конкретное применение Монитора биологической активности БАМ 2277 шведской фирмы LKB для микрокалориметрических исследований гидробионтов разных уровней организации с использованием ампульного и проточного методов. Представлено устройство прямой и обратной фильтрации для изучения в динамике различных размерных фракций морского микропланктона при помощи микрокалориметрии. Предложены некоторые технические усовершенствования и устройства, позволяющие шире использовать прибор для экспериментальных исследований.
