Co je to mikrokalorimetr?

Mikrokalorimetr je citlivé tepelné zařízení používané k měření energie jednotlivých částic nebo fotonů, elementárních částic světla. Je to typ kalorimetru - nástroje, který měří teplo uvolňované fyzikálními nebo chemickými reakcemi ve vzorku. Mikrokalorimetry se používají v astrofyzice k měření energie rentgenových fotonů z vesmíru. Související zařízení, izotermální mikrokalorimetr, se používá v biochemii a souvisejících polích k detekci malých změn energie při nízkých teplotách. Mikrokalorimetry fungují na základě tohoto principu. Energie z fyzické interakce nebo chemické reakce se transformuje na teplo uvnitř systému a měřením změny tepla, které má za následek, lze odvodit energii interakce.N složky: absorbér, chladič a termistor. Když rentgenový foton zasáhne absorbér, energie je přenesena do elektronu v atomu absorborového materiálu. Tato energie způsobí, že se elektron vzrušuje - skočí dále od atomového jádra a uvolní se od oběžné dráhy. Jiné elektrony v absorbéru mohou být nadšenými na menší stupně tímto volným elektronem a stoupají na vyšší energetické oběžné dráhy kolem jejich příslušných atomů.

Vypuštěné elektrony uvolňují energii, když se vracejí do svého pozemního stavu nebo nejnižšího energetického stavu - stabilní oběžné dráhy kolem atomů. Energie uvolněná v tomto procesu je konzervována a přeměněna na teplo, což způsobuje, že teplota v absorbéru stoupá o malé množství. Tuto změnu teploty detekuje teploměr v absorbéru známém jako termistor. Teplo pak teče do chladiče, což způsobí, že se absorbér vrátíjeho původní teplota. Měřením změny teploty způsobené dopadem rentgenu lze vypočítat původní energii rentgenu.

Izotermální mikrokalorimetr pracuje téměř stejným způsobem, i když se používá spíše k měření chemických interakcí než fotonové energie. Toto zařízení se skládá z chladiče a uzavřené reakční nádoby, ve kterém probíhá chemická reakce. Tepelný dřez zajišťuje, že reakční nádoba je udržována při konstantní teplotě, což umožňuje přesná měření. Když dojde k chemické reakci, bylo uvolněno určité množství energie jako teplo nebo absorbované, což způsobuje změnu teploty, která je registrována mikrokalorimetrem. Izotermální mikrokalorimetry mají aplikace ve fyzikální chemii, biochemii a farmaceutickém průmyslu, protože poskytují vysoce citlivý způsob, jak analyzovat tok tepla v reakci.

mikrokalorimetry musí pracovat při nízkých teplotách, aby to mělo mění v tepluměří se mohou zaregistrovat. Například zařízení používaná v astrofyzice jsou udržována téměř na absolutní nule. Při této teplotě lze detekovat i malá změna tepelné energie způsobená dopadem jediného fotonu. Izotermální mikrokalorimetry nejsou tak extrémní, ale stále jsou udržovány při mnohem nižších teplotách než kalorimetry makro-měřítka.