Apa itu mikrokalorimeter?

Mikrokalorimeter adalah perangkat termal sensitif yang digunakan untuk mengukur energi partikel atau foton tunggal, partikel cahaya elementer.Ini adalah jenis kalorimeter mdash;Instrumen yang mengukur panas yang dilepaskan oleh reaksi fisik atau kimia dalam sampel.Mikrokalorimeter digunakan dalam astrofisika untuk mengukur energi foton sinar-X dari luar angkasa.Perangkat terkait, mikrokalorimeter isotermal, digunakan dalam biokimia dan bidang terkait untuk mendeteksi perubahan energi kecil pada suhu rendah.

Hukum konservasi energi, hukum dasar fisika, menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan mdash;itu hanya dapat dikonversi menjadi bentuk lain.Mikrokalorimeter bekerja berdasarkan prinsip ini.Energi dari interaksi fisik atau reaksi kimia diubah menjadi panas di dalam sistem, dan dengan mengukur perubahan panas yang dihasilkan, energi interaksi dapat disimpulkan.

Jenis mikrokalorimeter yang digunakan dalam astrofisika terdiri dari tiga komponen utama:penyerap, heat sink, dan termistor.Ketika foton sinar-X menyerang penyerap, energi ditransfer ke elektron dalam atom bahan penyerap.Energi ini menyebabkan elektron menjadi bersemangat mdash;Itu melompat lebih jauh dari nukleus atom dan membebaskan diri dari orbit.Elektron lain dalam penyerap dapat menjadi bersemangat ke derajat yang lebih rendah dengan elektron longgar ini, naik ke orbit energi yang lebih tinggi di sekitar atom masing -masing.

Elektron tereksitasi melepaskan energi ketika mereka kembali ke keadaan dasar mereka, atau status energi terendah mdash;orbit stabil di sekitar atom.Energi yang dilepaskan dalam proses ini dilestarikan dan dikonversi menjadi panas, menyebabkan suhu dalam penyerap naik dengan jumlah kecil.Perangkat termometer dalam penyerap yang dikenal sebagai termistor mendeteksi perubahan suhu ini.Panas kemudian mengalir ke heat sink, menyebabkan penyerap kembali ke suhu aslinya.Dengan mengukur perubahan suhu yang disebabkan oleh dampak sinar-X, energi asli sinar-X dapat dihitung.

Mikrokalorimeter isotermal bekerja dengan cara yang sama, meskipun digunakan untuk mengukur interaksi kimia daripada fotonenergi.Perangkat ini terdiri dari heat sink dan bejana reaksi tertutup di mana reaksi kimia terjadi.Heat sink memastikan bahwa bejana reaksi dijaga pada suhu konstan, memungkinkan pengukuran yang tepat.Ketika reaksi kimia terjadi, sejumlah energi dilepaskan sebagai panas atau diserap, menyebabkan perubahan suhu yang terdaftar oleh mikrokalorimeter.Mikrokalorimeter isotermal memiliki aplikasi dalam kimia fisik, biokimia, dan industri farmasi karena mereka memberikan cara yang sangat sensitif untuk menganalisis aliran panas dalam suatu reaksi.

Mikrokalorimeter harus beroperasi pada suhu rendah sehingga sedikit perubahan panas yang mereka ukur dapat mendaftar.Misalnya, perangkat yang digunakan dalam astrofisika dipertahankan hampir nol absolut.Pada suhu ini, bahkan perubahan kecil dalam energi termal yang disebabkan oleh dampak foton tunggal dapat dideteksi.Mikrokalorimeter isotermal tidak ekstrem, tetapi masih dipertahankan pada suhu yang jauh lebih rendah daripada kalorimeter skala makro.