Дифференциальный калориметр

 

О П И С А Н И Е 552525

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24,04.75 (21) 2123754(10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.03.77. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 11.04.77 (51) М Кл G 01К 17/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК 536.628(088.8) (72) Автор изобретения

Г. H Гусенков, Б. И. Иванов и А. Н. Шкидченко

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР (71) Заявитель (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ КАЛОРИМЕТР

Изобретение относится к области калориметрических исследований в ходе ферментационных процессов выращивания микроорганизмов и может быть применено в микробиологии, микробиологической технологии, пищевой и фармацевтической промышленности.

Для исследования термогенеза обычно применяют дифференциальные калориметры типа

Кальве (1), состоящий из двух одинаковых камер (рабочей и эталонной), при этом в рабочую камеру помещают исследуемую суспензию, а в эталонную — эталонное вещество.

Обе камеры термостатируются путем выдерживания в массивном блоке. Для регистрации теплового эффекта используют термобатареи, помещенные между камерами и блоком калориметра. Измерения делаются после выравнивания температур камер и блока. Однако несмотря на высокую чувствительность этих приборов они требуют строгой сбалансированности суспензии и эталонной жидкости как по температуре, так и по теплофизическим свойствам.

Сбалансированность по температуре требует длительной термостабилизацип обеих камер в строго идентичных условиях, что невозможно без значительных изменений в параметрах процесса и, следовательно, не позволяет проводить последования ни аэробных культур, ни тем более ферментационных процессов в естественных условиях непосредственно в ферментере.

Сбалансированность по теплофизпческпм свойствам является важнейшим фактором, определяющим точность прибора и вызывает необходимость тщательного подбора специального эталона, разного для различных суспензий.

С целью повышения точности измерения теп10 ловыделения в условиях, близких к естественным (опытным, промышленным), без применения специальных эталонов в предложенном устройстве эталонная и измерительная камеры выполнены в виде разъемных теплоизоляцион15 ных крышек с симметричными углублениями, расположеннымп встречно и разделенными термобатареей, установленной в теплопзоляцнонной прокладке.

Измерительная и эталонная камеры выпол20 иены разлпчнымп по глубине.

На фпг. 1 показано сечение калориметра в плоскости симметрии; на фиг. 2 — разрез по

А — А на фиг. 1.

В круглых крышках 1 и 2 пз теплоизоляци25 онного материала (например, тефлон) сделаны плоские углубления, образующие прп смыкании с теплоизолирующей прокладкой 3 с закрепленной в ней термобатареей 4 измерительную 5 и эталонную 6 камеры. Площади

30 поверхностей соприкосновения камер 5, 6 с

552525 термобатареей идентичны и равны площадям поверхностей термобатареи. Глубины камер различаются в отношении 2; 1 (1,5: 1) и выбираются для уменьшения постоянной времени калориметра по возможности малыми, например, глубина измерительной камеры может быть порядка 3 мм, а эталонная — порядка 1 мм. В каждой из камер находится калибровочный нагреватель 7. Выступы 8 и пазы 9 служат для устранения контакта камер 5 и 6 с внешней средой в захлопнутом состоянии калориметра. Для лучшей теплоизоляции в пазы 9 вставляются эластичные прокладки (например, из мягкой резины или поролона).

Пластины 10 из нержавеющей стали являются крепежными и соединяются с крышками

1 и 2 при помощи винтов 11. Крышка 2 вместе с пластиной 10 жестко скреплена со штоком 12, строго параллельным ее оси симметрии. Последний свободно проходит через прокладку 3, крышку 1 с пластиной 10 и трубку

13, имея в средней части стопор 14, не позволяющий штоку выпадать из трубки 13. Трубка

13 жестко крепится с одной стороны к крышке 1 с пластиной 10, а с другой — к крышке ферментера. Верхняя часть штока 12 выведена через трубку 13 наружу ферментера и сочленяется с тянущим устройством (например, электромагнитом) .

При поднятии штока 12 крышка 2 и прокладка 3 с датчиком теплового потока свободно перемещаются до полного смыкания по общим направляющим 15 (фиг. 2), выполненным в виде цилиндрических стальных столбиков переменного диаметра, крепящихся к пластине 10 на крышке 1.

Перед посевом культуры калориметр выдерживают в ферментере несколько часов (2 — 3) в раскрытом состоянии, погруженным в питател ьную ср еду.

Ферментер должен быть выведен на рабочий режим по всем параметрам, необходимым для ведения процесса культивирования. За это время происходит выравнивание температуры частей калориметра и температуры ферментера. После этого производится внесение инокулята. Спустя несколько минут тянущим усилием на шток 12 (фиг. 1) осуществляется захлопывание крышек калориметра. По части направляющих 15 (фиг. 2) большего диаметра крышка 2 приходит в контакт с прокладкой, образуя эталонную камеру с заключенной в ней жидкостью. Затем крышка 2 вместе с прокладкой и термобатареей движутся по части направляющих 15 (фиг. 2) меньшего диаметра до полного смыкания с крышкой 1. При этом формируется измерительная камера с аналогичной жидкостью внутри. Таким образом, оое камеры заполнены одним и тем же

5 по своим свойствам веществом, что исключает необходимость в подборе специального эталона.

Через несколько минут шток 12 отпускается и осуществляется раскрытие калориметра в

10 обратном порядке. Рабочие поверхности термобатареи смешиваются жидкостью, однородной по теплофизическим параметрам, прп этом сигнал термобатареи фиксирует базисную линию.

15 Далее захлопывания производятся периодически с интервалом 10 — 30 мин. Поскольку камеры отличаются по объему, а следовательно и по количеству генерируемого в них суспензией тепла, датчик регистрирует разност20 ную тепловую мощность, соответствующую этому моменту времени. Если, например, соотношение между объемными камерами равно 2: 1, то регистрируемый датчиком тепловой поток будет равен 2q — ц=пд, где и(25 (1q — тепловая мошность, развиваемая в камере меньшего объема (эталонной). Момент раскрытия определяется временем достижения максимума (плато) в показаниях датчика теплового потока в данном такте.

30 Результирующая кривая термогенеза в процессе роста строится по амплитудам сигнала калориметра (датчика) при каждом захлопывании.

Формула изобретения

1. Дифференциальный калориметр, содержащий измерительную и эталонную камеры, тер40 мобатарею, отл нч а ющийся тем, что, с целью повышения точности измерения, эталонная и измерительная камеры выполнены в виде разъемных теплоизоляционных крышек с симметричными углублениями, расположен45 ными встречно и разделенными термобатареей, установленной в теплоизоляционной прокладке.

2. Дифференциальный калориметр по п. 1, отличающийся тем, что эталонная и из50 мерительная камеры выполнены различными по глубине, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Кальва Э., Прат А. Микроколориметрия.

55 М. Иностранная литература, 1963, с. 54 (прототип), 552525 ж ю

8

Составитель Н. Горшкова

Редактор С. Заика Техред А. Камышникова Корректор И. Позняковская

Заказ 679/19 Изд. ¹ 308 Тираж 829 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )Ê-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2