Спектрофотометрический способ измерения температуры

 

Изобретение относится к бесконтактным способам измерения температуры в труднодоступных кюветах спектрофотометрических устройств. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия определения температуры. Для этого регистрируют оптические плотности помещенного в кювету термоиндикатора, представляющего собой раствор в трис - HCL буфере кислотно-основного индикатора, с PH<SB POS="POST">1</SB> в рабочем диапазоне PH буфера. Температуру определяют по калибровочному графику, при этом оптические плотности регистрируют на двух длинах волн, соответствующих максимумам поглощения протонированной и непротонированной форм индикатора. В качестве калибровочного графика используют зависимость от температуры соотношения разности оптических плотностей к их сумме. 3 табл.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК д!) 4 G Ol К I l 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ рн=рК -+ д

Тл (r»8

ГОСУДАРСТ8ЕНКЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4194053/3! -10 (22) 12.02.87 (46) 15.10.89. Бюл. № 38 (71) Новосибирский институт биоорганической химии СО АН СССР и Институт терапии СО АМН СССР (72) Г. Г. Шамовский и Л. А. Кожанова (53) 536.5 (088.8) (56) Лузу П. Криобиохимия, М.: Мир, 1980, с. 53 — 55, 176- 178.

Авторское свидетельство СССР

¹ 461318, кл. G 01 К ll/16, 1975, (54) СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ

СПОСОБ ИЗМЕРЕН ИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к бесконтактным способам измерения температуры в трудИзобретение относится к бесконтактным способам измерения температуры в кюветах спектрофотометрических устройств и может быть использовано для регулярного контроля правильности функционирования термостатируjolHHx устройств фотометров (в частности, такая необходимость часто возникает при эксплуатации биохимических анализаторовв) .

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия при измерении температуры.

В предлагаемом способе измерения температуры для калибровки и определения неизвестной температуры вместо обычно применяемого при двухволновой регистрации

Я(Л,) спектрального отношения — — используется

g (,) -4 (л,) отношение — — — — в связи с тем, что

А (л,) >4(A) только с использованием этой функции удается аналитически оптимизировать выбор

„„SU„„1515070 А 1

2 нодоступных кюветах спектрофотометрических устройств. Целью изобретения является повьш|ение точности и быстродействия определения температуры. Для этого регистрируют оптические плотности помещенного в кювету термоиндикатора, представляющего

»обои ра»твор в трис-Н(:l буфер» ки»логноосновного индикатора. с )tlj H рабочем диапазоне рН буфера. Температуру онр»деляк)т Ilo калибровочному график, при этом оптические плотности регистрируK)T на дух длинах волн, соответствующих максимумам поглощения нротонированной и нспротонированной форм индикатора. В каче»гве калибровочного графика используют зави»имость от температуры соотношения разности оптических плотностей к нх сумм«. 3 табл. наилучших условий опреде,ji ння температуры для заданного темпера г1 рного интервалd.

Г!ри использовании кислотно-основного индикатора с известными константой ионизации рК и коэффициентами экстинкций при двух длинах волн обеих ионизационт„ r„ H т н н форм (е„, «. «„, «Л, ние рН буферйого раствора, соответствующее максимальной чувствительности системь (рН, ), можно найти приравниванием к нулю второй производной по рН функции, связывающей измеряемую спектральную характеристику с рН раствора. B данном случае связь спектральных характеристик с рН определяется известным уравнением Гендерсона — Хассельбаха для разбавленных растворов:

1515070

11ри выборе в качестве измеряемой с(1ектральной характеристики величины спекд(л,) тра.)ьногo отношения —,условие оптимума

oIlpo;Lo. Iÿ(.ТоН (оотноп1епием

pHt> (р(",(-1- I g

Ял(При выборе в качестве измеряемой спектральной характеристики отношения разности оптических плотностей к их сумме решение для рН однозначно и его опреде». >( ляют из соот)1ошения рН =рК(+1д —,. — - ; >

Ял, сл, », л, кoTopo(симметрично относительно перестановки длин волн.

Таким образом, если известны констанTH ионпзации и коэффициенты эк THHKLLHH двух край форм индикатора, можно ана IHTH÷oñêè р)ссчптать значение рН буферного раствора, обеспечивающее наибольшую точность измерений температуры в заданном температурном интервале.

Способ осуществляют следующим обра3ОМ.

При,)(ер 1. KHлибровку по темllературе Ilðîводили на с))ектрофотометре Specord М 40 фирмы Карл Цейс (длина оптического пути кюветы 1 c»), оснащенном термостатированным кюветодержателем и системой измерения T(. мпературы, обеспечиваю(цей точность измерения температуры не хуже 0,01 С.

В качестве кпс.)отпо-основного индикатора и с поч ь Зова.ч и T H 1>10(lo I3 I>l É cH H H H, KoTo P bt H II P Hгоден для измерений в видимой области спектра (м()ксимум поглощения II(.llpoTOHHрованной формы находится вблизи 600 нм, а протонпрованной — 440 нм) . Состав термочунствительного раствора: 0,05 М трис;

0,01М 11СЕ, О,ОО4((тимоловый синий. Оптимальный состав TopìoèíäHêàòopà выбран исходя из з)(ачсний рК. (рК-„ " =8,9) и коэф(!)HI(It(HTol3 экстинкций крайних форм (опреде(ц пи ы х с To÷ н(гс гьк) lo коэффициента ):

И,. ).Н г)((, — — 77; е;(л(—— 177; Fl,()() = 0

11о (1)орчуч(llo,)учено значение оптима tbного рН.iii = 8,85 при 30 С. Рабочий буферный раствор с требуемым значением рН был приготовлеH смен(ением точной навески трис (0,6055+-О,ООО3г) и точного обьеlld приI or()I3, (IIIIoI из фиксанала раствора 0,1 НС(, (10: О,О5 мл с последующим доведением обьема pH«TI)op(I;to 100 мл. Затем к 10 мл полученного буферного раствора добавляют

0,02 мл 0,2((>-ного раствора тимолового (H него в метаноле (оптическая плотность полученного раствора находится в пределах 1 оптической е;LHIIHLLI I в интервале температур от 20 до 40 С).

Приготовленный раствор помещали в кювету спекчрофотометра. Измерения проводили относительно соответствующеlo буферно5

55 го раствора (без индикатора). Термостатирующим устройством задавали требуемую температуру, измерение оптической плотности проводили после установления температурного равновесия.

В табл. 1 приведена зависимость соотнод(д,) -А(л) щения — — —.— от температуры для тимоА(> )+М(,) лового синего (33 — — 440 нм, Лд — — 600 нм).

Расхождения между калибровочными данными, полученными при повторных измерениях в течение нескольких дней, не превышали 0,2 С. Тот же результат получен при проверке метода с различными препаратами трис (фирмы Serva, Merck, отечественного препарата ТУ 6-09-4292-76) .

Из приведенных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ позволяет измерять неизвестную температуру в кювете спектрофотометра с точностью до 0,2 С в интервале температур от 0 до 80 С. При необходимости этот интервал может быть расширен, так как принцип, лежащий в основе температурной чувствительности термоиндикатора, распространяется и на более широкую область температур.

Пример 2. Измерение динамики установления теплового равновесия в кювете объемом 5 мкл микроспектрофотометра, изготовленного на элементной базе спектрофотометрического детектора хром атографа

«Милихром», проводили аналогично примеру 1. Описанный раствор помещали в кювету прибора, регистрировали поглощение и ри .=440 нм и г.=600 нм и время с момента включения. Температуру определяли по калибровочному графику, приведенному в табл. .

Температура, измеренная предлагаемым способом непосредственно после включения прибора, равнялась 17,5 С, в то время как температура окружающей среды составляла

17,6 С (измерена калиброванным лабораторным термометром).

В табл. 2 приведена кинетика установления температурного равновесия в кювете капиллярного микроспектрофотометра.

Пример 3. И змерен не п роводил и аналогично примеру 1 в ультрафиолетовом диапазоне спектра. В качестве инд)1катора использовали метанитрофенол (рК",=8,25, Т Н и е>; = 148; ег(3о = 56; c>s() = 26; ггзо = 83).

Рассчитанное по формуле оптимальное значение рН для данного индикатора равно 8,3 (для 30 C). Соответствующий этому рН состав буфера: 0,05 М трис, 0,025 М НС1. Затем метанитрофенол добавляли к полученному буферу в количестве, соответствующем содержанию его в смеси: 0 02 мг/мл.

В табл. 3 приведена зависимость — — — — 3 = 280 нм 3 = 50 нм спек4й j 1О

A (a ) + A,,) ю =

15l5070 в спектрофотометрическую ячейку вводят раствор в трис-HCR буфере кислотно-основного индикатора с константой диссоциации в рабочем диапазоне рН буфера, затем регистрируют оптическую плотность раствора и определяют температуру по градуировочному графику, отличающийся тсм, что, с целью повышения точности и быстродействия, оптическую плотность регистрируют на двух длинах волн излучения, соответствующих максимумам поглощения протонированной и непротонированной форм кислотно-основного индикатора, находят отношение разности оптических плотностей на этих длинах волн к их c) MëIå, Ilo величи15 не которого из градуировочного графика определяют температуру. тральных характеристик раствора от температуры для метанитрофенола.

Точность определения температуры с данным индикатором составляет 0,5 С.

Таким образом, как видно из приведенных результатов, предлагаемый способ прост в исполнении и обеспечивает возможность быстрого измерения температуры с достаточно высокой точностью без привлечения дополнительного специального оборудования при однократном заполнении кюветы.

Формула изобретения

Спектрофотометрический способ измерения температуры, заключающийся в том, что

Та блица 1 о

Т О

Таваица2. мо -< coo

А м о

Время с момента BKIIIOMB I IIIH (мии) еоо

2,04

7,99

13,75

19,38

24,30

29,44

34,54

39,78

44,77

49,79

57,21

61,86

66,94

71,91

77,24

81,28

О

СО

160

0,629

0,704

0,771

0,831

0,879

0,920

0,955

0,983

1,004

1,020

1,035

1, 040

1,043

1,043

1,040

1,036

0,694

0,696

0,714

0,729

0,744

0,750

0,756

0,759

0,776

0,76

0,782

0,785

0,782

0,782

0,785

0,785

0,785

1,676

1,438

1,217

1,029

0,874

0,734

0,613

0,508

0,424

0,354

0,273

0,230

0,193

0,164

О, 138

0,!20

О, 930

0,922

0,851

0,779

0,735

0,690

0,655

0,625

0,607

0,586

0,571

0,562

0,553

0,544

0,541

0,536

0,532

-О, 145

-0,140

-0,088

-0,033

0,006

0,042

0,072

0,097

0,122

О, 140

О, 156

0,166

0,172

0,179

0,184

0,188

0,192

-0,454

-О, 343

-0,224

-0,106

0,003

0,112

0,218

0,318

0,405

0,484

0,584

0,636

0,688

0,729

0,779

0,792

17,5

17,8

20,0

22,7

24,5

26,2

27,7

28,9

30,0

31,0

31,6

32,1

32,3

32,8

33,0

33,2

33,3

15l5070

Таблица3

A z eo -А z я>

Агво +A иъ

Т С гхо

Составитель Ю. Андриянов

Редактор А. Ревнн Техред И. Верес Корректор Л. Патай

Заказ 6268/41 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.. д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

20, 10

25,50

30,30

35,00

40,00

45,00

0,490

0,465

0,443

0,419

0,403

0,385

0,370

0,373

0,378

0,380

0,388

0,393

-О, 140

-0,110

-0,079

-0,049

-0,019

+0,010