Was ist ein Mikrokalorimeter?
Ein Mikrokalorimeter ist ein empfindliches thermisches Gerät, mit dem die Energie von Einzelpartikeln oder Photonen, Elementarpartikel des Lichts, verwendet wird. Es ist eine Art von Kalorimeter - ein Instrument, das die Wärme misst, die durch physikalische oder chemische Reaktionen in einer Probe freigesetzt wird. Mikrokalorimeter werden in der Astrophysik verwendet, um die Energie von Röntgenphotonen aus dem Raum zu messen. Ein verwandtes Gerät, das isotherme Mikrokalorimeter, wird in Biochemie und verwandten Feldern verwendet, um winzige Energieveränderungen bei niedrigen Temperaturen zu erkennen. Mikrokalorimeter arbeiten auf diesem Prinzip. Energie durch eine physikalische Wechselwirkung oder chemische Reaktion wird in die Wärme innerhalb des Systems transformiert, und durch Messung der Wärmeänderung, die sich ergibt, kann die Energie der Wechselwirkung abgeleitet werden.n Komponenten: Ein Absorber, ein Kühlkörper und ein Thermistor. Wenn ein Röntgenphoton auf den Absorber schlägt, wird Energie in ein Atom des Absorbermaterials auf ein Elektron übertragen. Diese Energie lässt das Elektron anregen - es springt weiter vom Atomkern und bricht frei von der Umlaufbahn. Andere Elektronen im Absorber können durch dieses lose Elektron auf weniger Grad angeregt werden und auf höhere Energie um ihre jeweiligen Atome steigen.
Die angeregten Elektronen füllen Energie frei, wenn sie in ihren Grundzustand zurückkehren, oder die niedrigste Energiezustand - eine stabile Umlaufbahn um die Atome. Die in diesem Prozess freigesetzte Energie wird erhalten und in Wärme umgewandelt, wodurch die Temperatur im Absorber um eine winzige Menge ansteigt. Ein Thermometergerät in dem als Thermist bekannten Absorber erkennt diese Temperaturänderung. Die Wärme fließt dann in den Kühlkörper, wodurch der Absorber zurückkehrtseine ursprüngliche Temperatur. Durch Messen der durch den Einfluss des Röntgens verursachten Temperaturänderung kann die ursprüngliche Energie des Röntgens berechnet werden.
Der isotherme Mikrokalorimeter funktioniert auf die gleiche Weise, obwohl er zur Messung chemischer Wechselwirkungen und nicht zur Photonenenergie verwendet wird. Dieses Gerät besteht aus einem Kühlkörper und einem geschlossenen Reaktionsgefäß, bei dem die chemische Reaktion stattfindet. Der Kühlkörper sorgt dafür, dass das Reaktionsgefäß bei einer konstanten Temperatur gehalten wird und genaue Messungen ermöglicht. Wenn die chemische Reaktion auftritt, wird eine bestimmte Menge an Energie entweder als Wärme freigesetzt oder absorbiert, was zu einer Temperaturänderung führt, die vom Mikrokalorimeter registriert wird. Isothermische Mikrokalorimeter haben Anwendungen in der physikalischen Chemie, in der Biochemie und in der pharmazeutischen Industrie, da sie eine hochempfindliche Möglichkeit bieten, den Wärmefluss in einer Reaktion zu analysieren.
Mikrokalorimeter müssen bei niedrigen Temperaturen funktionierenSie messen können. Beispielsweise werden die in der Astrophysik verwendeten Geräte nahe an absoluter Null gehalten. Bei dieser Temperatur kann sogar die kleine Veränderung der thermischen Energie, die durch den Einfluss eines einzelnen Photons verursacht wird, erkannt werden. Isothermische Mikrokalorimeter sind nicht so extrem, aber immer noch bei viel niedrigeren Temperaturen als Macro-Skala-Kalorimeter.