Kalorimetrin

Kalorimetri on laite, jolla mitataan lämpötilan muutoksesta johtuvaa lämmön siirtymää näytteessä tai sen ympäristössä kemiallisen reaktion tai fysikaalisen muutoksen yhteydessä. Kalorimetrian avulla voidaan määrittää, kuinka paljon energiaa reaktio vapauttaa tai sitoo. Yleisesti tuloksena saadaan lämpömäärä, jonka yksikkö on joule tai kilojoule.

Toimintaperiaatteessa kalorimetrit voidaan jakaa useisiin tyyppeihin riippuen paineesta, nesteestä ja mittausmenetelmistä. Yleinen perusperiaate on, että tunnetun kokonaislämpökapasiteetin C ja havaittu lämpötilamuutos ΔT antavat siirtyneen tai vapautuneen lämmön Q, kun Q = C × ΔT. Pommi-kalorimetrit (bomb calorimeters) palavat näytteen korkean paineen ympäröimässä tilassa ja lämpö siirtyy ympäröivään veteen; kahvikuppi- tai ratkaisu-kalorimetrit käyttävät avointa, paineen ollessa käytännössä vakio olevaa tilaa ja mittaavat lämpötilan nousemisen vesijohtoa vasten. Keskusvaihtoehtoja ovat myös differentiaalinen skannauskalorimetri (DSC), joka mittaa lämpövirtauksen muutoksia materiaalin lämmönkestävyydessä, sekä isotermaalinen titrauskalorimetri (ITC), jolla mitataan reaktio- tai biomolekyylien sitoutumisen vapauttamaa lämpöä.

Kalorimetriyssä kalibrointi ja yksikköarvot ovat keskeisiä. Kalibrointi tehdään tunnetulla lämpövaikutuksella tai sähköisellä teholla, jolloin saadaan kalorimetrian kokonaislämpökapasiteetti. Lämpöenergia voidaan ilmaista esimerkiksi kilojouleina, ja tuloksia käytetään muun muassa elintarvikkeiden energiasisällön analysoinnissa, polttoaineiden laadunvarmistuksessa, biokemiallisissa tutkimuksissa sekä materiaalitieteen sovelluksissa.

Historia ulottuu 1700-luvulle, jolloin lämpöenergia alettiin mitata systemaattisesti. Kalorimetria on kehittynyt kokeellisten menetelmien tarkentuessa, ja nykyään erilaiset kalorimetrit mahdollistavat sekä kemiallisten että biokemiallisten reaktioiden ja fyysisten muutoksien energiankulutuksen tarkan kartoituksen.