КАЛОРИМЕТРИЯ
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
КАЛОРИМЕТРИЯ
(от лат. calor—тепло и греч. metron—мера), количественное определение тепла, выделившегося или поглощенного при различного рода физ. или хим. процессах. Со времени развития термохимии для выяснения хода и направления различных реакций стали определять количество выделившегося или поглощенного тепла при взаимодействии как отдельных элементов, так и различных хим. соединений. Т. о. калориметрические определения начинают играть роль в решении многих теоретических вопросов и находят все большее и большее применение. Заводская техника тоже прибегает к этому методу для оценки разного рода горючих материалов. Калориметрические определения ведутся гл. обр. по методу смешения, разработанному Реньо (Regnault) и измененному Бертло (Berthelot) и др. Сущность метода состоит в том, что выделившееся тепло нагревает определенный объем воды или какой-либо другой жидкости, причем изменение температуры жидкости определяется с возможной точностью. Зная 1) теплоемкость жидкости, 2) количество тепла, пошедшее на нагревание различных частей прибора, и 3) количество тепла, потерянное или
9в
Рисунок 1.
приобретенное путем лучеиспускания, имеют все необходимые данные для вычисления искомого количества тепла. Прибор, служащий для этой цели, состоит из след. частей: калориметра в собственном смысле, ванны, мешалки и термометра. Калориметры могут быть платиновые, латунные и стеклянные. Платиновые имеют большое преимущество перед другими потому, что на платину большинство хим. соединений не действует, а также потому, что платина имеет малую теплоемкость и большую теплопроводность, что способствует быстрому выравниванию t° во всем калориметре. Кроме того белый цвет платины защищает калориметр от потери тепла лучеиспусканием. Все это делает платиновый калориметр наиболее удобным и пригодным для всякого рода термохимических определений, но высокая цена платины делает его мало доступным. Для многих определений можно пользоваться стеклянными калориметрами, состоящими либо из двух больших химических стаканов либо из Дыоаровского сосуда (рисунок 1). Во многих случаях употребляются латунные калориметры, причем теплоемкость латуни принимается равной 0,095. Наиболее употребителен калориметр, старого типа, т. н. типа Бертло (рис.2). Сам калориметрический сосуд окружен двумя воздушными прокладками и затем внешней водяной оболочкой. Внешний сосуд снаружи обит войлоком, а внутренний имеет посеребренные и тщательно отполированные стенки. Необходимой частью такого калориметра является мешалка для размешивания жидкости во время опыта, чем достигается равномерное распределение тепла и правильность показания t°. Очень удобна мешалка Бертло (рис. 3), состоящая из лопастей, прикрепленных к двум стержням. Она может быть соединена с особым механизмом, приводимым в движение электрическим двигателем. Кроме этих обычных типов калориметров для точных измерений употребляются еще и другие; среди них следует отметить: 1. Ледяной калориметр Бунзена; это один из т. н. изотермических калориметров, т. е. такой, t° к-рого остается постоянной во все время опыта. Теплота, выделившаяся при
Рисунок 2.
Рисунок 3.
реакции, идет на плавление льда, окружающего калориметрический сосудик. Изменение объема, происходящее при таянии льда или при замерзании воды, изме-& ^ ряется по положению ртутного столбика, замыкающего внешнее пространство и перемещающегося в капиляре, и служит мерой выделившегося тепла (рис. 4). Прибор Бунзена состоит из широкой стеклянной трубки с толстыми стенками (б),переходящей в нижней части в более тонкую трубку (в); к последней прикреплена железная оправа (з), в к-рой на пробке укреплена ка-пилярная трубка
(д).
В трубку
б
впаяна тонкостенная закрывающаяся пробкой трубка (а). Трубка
б
от уровня (е) заполнена доверху прокипяченной водой со льдом. Последний образует сплошной цилиндр около трубки
а.
Ниже уровня енахо – «__^& дится ртуть, которая наполняет также трубку
в
и капиляр
д
до известной черты. Весь прибор кроме капиляра погружается в снег. Для образования ледяного цилиндра вокруг трубки через нее просасывают спирт, охлажденный до —10°, или же применяют эфир с твердой С02. Обычно опытным путем находят ж, т. е. количество тепла, необходимое для того, чтобы передвинуть столбик ртути в трубке на одно деление, и после этого определение тепла при тех или иных условиях не представляет никаких затруднений. 2. Адиабатический калориметр Холма на и Ричар дса (Cholman, Richards; 1905) основан на том, что темп, его
№
£ \
Рисунок 5.
внешней оболочки искусственно меняется таким же образом, как и t° в калориметрическом сосуде. Такое устройство почти полностью устраняет тепловой обмен калориметра с окружающей средой.—3. Кислородный калориметр Бенедикта (Benedict) позволяет определять количество О,, потребленного при сгорании того или иного вещества. Он состоит из камеры для сжигания
А
(рис. 5), представляющей собой ламповое стекло, надетое при помощи особой прокладки на латунную трубку. В прокладку вставлены две никелевые штанги, на к-рых сбоку укреплены клеммы для электрических проводов. Латунная трубка соединена с четырехходовым краном
а,
к-рый нижним концом соединен с холодильником, а одним из боковых отростков—с трехходовым
Рисунок 6.
краном
в;
за краном в систему вставляется сосуд
Б,
наполненный натронной известью, затем термометр
б
и вентилятор
В,
вдувающий по каучуковой трубке воздух в камеру для сжигания. Эта каучуковая трубка соединена с трехходовым краном, вставленным при помощи резиновой пробки в верхнее отверстие камеры. Воздух из камеры может проходить или через холодильник, трехходовый кран и поглотитель для С02 или же, минуя холодильник, непосредственно в поглотитель. Выше насоса
В
имеется трехходовый кран, к-рый соединяется с трубкой з, идущей к спирометру Г. Вещество сжигается в никелевом тигле, укрепленном при помощи особых зажимов на дне камеры
А.
Образовавшаяся при сгорании С02 поглощается в сосуде Б, а холодильник позволяет привести систему к исходной t°. Кислород из спирометра переходит в систему в таком же количестве, в каком он был потреблен при сгорании вещества; следовательно по убыли 02 в спирометре определяется количество потребленного 02. Помножая это количество на соответствующий коефициент
К,
находят количество калорий, выделившихся при сожжении. Этот коефициент определен для многих веществ, например для крахмала он равен 5,06, для белка —4,60, для сахара — 5,04 и т. д. и обозначает количество калорий, соответствующих 1
л
кислорода. — Калориметр Бенедикта существует еще в упрощенном виде (рисунок 6). В этом аппарате отсутствуют спирометр и холодиль –
Рисунок 7.
ник. Натронная известь помещается в ме-таллич. цилиндре
Б,
закрытом резиновым колпаком Г. Когда поглощается Оа, резиновый колпак отходит от иглы, соприкасающейся с его верхушкой, и, чтобы вернуть его в первоначальное положение, нужно из насоса вогнать в систему некоторое количество газа. Насос прокалибрирован. и вытесненный из него для приведения системы к первоначальному давлению объем воздуха равняется количеству потребленного 02. При помощи этих двух аппаратов определяется количество тепла, выделившееся при сгорании кормов, пищевых веществ для человека, экскрементов и пр. Калориметры могут быть приспособлены для разных целей: определение теплоемкости напр. производится в приборе Реньо, приспособленном для этой цели; теплота сгорания—в бомбе Малера, Крокера (Mahler, Cro-ker) и бомбе Бертло. Последняя является наиболее удобной и наиболее распространенной. Эта бомба состоит из стального сосуда с толстыми стенками, способными выдержать давление в 200—300 атмосфер (рис. 7). Сверху на этот цилиндр навинчивается крышка. Внутри первоначальная бомба Бертло была выложена платиновой обкладкой, что делало весь прибор чрезвычайно дорогим. Малер заменил платину эмалью, а Крокер — специальной сталью, вследствие чего калориметрическая бомба сделалась общеупотребительной принадлежностью научных и технических лабораторий. В крышке находится винтовой кран с каналом внутри, к-рый служит для наполнения бомбы 02 и для выпуска газов. Подлежащее сожжению вещество (обычно спрессованное в форме лепешки) помещается в платиновой или кварцевой чашечке (в). Между электродами бх и б2 укрепляется спираль из тонкой железной проволоки строго определенного веса. Из баллона со сжатым 02 вводят в бомбу 02 так, чтобы давление в бомбе дошло до 25 атмосфер; тогда вентиль завинчивают и опускают бомбу в калориметр. Наблюдая термометр калориметра, делают отсчеты через равные небольшие промежутки времени до тех пор, пока t° не установится, после чего электроды бомбы включаются в цепь аккумуляторной батареи с напряжением около 10 вольт.—Спираль накаляется, сгорает и поджигает исследуемое вещество. Для расчетов необходимо знать водяной эквивалент бомбы, к-рый определяется разными способами: 1) его вычисляют, если точно известен вес всех материалов, входящих в бомбу, 2) сжигают в ней определенное количество вещества, теплота сгорания к-рого известна, и т. д. Бомба Бертло в позднейшее время была несколько из,-менена и приспособлена для элементарного анализа органических веществ. Для этой цели в ней стали делать не один вентиль, а два (рисунок 7
а).
Оба эти вентиля закрывают боковые отверстия, в к-рые снаружи обычно входят винты. После сожжения вещества бомба вынимается из калориметра и соединяется с одной стороны с поглотителями для С02 и воды (е,
ж
и з), с другой—с аспираторами
а
и колонками
б
для пропускания через аппарат воздуха и. для промывки последнего от СОа и Н20 (рисун.8). Боковые винты
д
бомбы при этом вынимаются и заменяются двумя ввинчивающимися метал-лич. трубками. Термометры, употребляемые для калориметрических определений, должны быть очень чувствительными и точными. Обычно употребляется термометр Бекмана с подвижной шкалой. Последняя разделена на сотые доли градуса, т. ч. в лупу можно легко отсчитывать 0,005°.—Для каждого калориметрического термометра дается всегда вес находящейся в нем* ртути, вес стекла в шарике и вес шкалы. При точных измерениях необходимо учитывать, какое количество тепла израсходовалось на нагревание той части термомет – ^
Рисунок 8.
ра, которая погружена в калориметр. Отсчеты термометра’ удобнее всего вести при помощи горизонтально установленной зрительной трубы. Т. к. столбик ртути в очень тонких капилярах движется скачками, то полезно при отсчетах постукивать по термометру. При очень точных измерениях необходимо вводить поправку на t° столбика ртути, находящегося над поверхностью измеряемой жидкости. Делается это по формуле
АТ=
= -(fr-flo ‘ где -^—наблюдаемая температура жидкости,
t
—температура окружающей среды и к—длина столбика ртути над измеряемой жидкостью. Для точности калориметрических определений чрезвычайно важно, чтобы калориметр находился в помещении, хорошо для этого приспособленном. Помещение должно быть просторным, не должно выходить на солнечную сторону, отопление должно быть устроено таким образом, чтобы холодные и теплые течения воздуха давали возможность установиться б. или м. постоянной t°. Разница в t° окружающей среды и калориметра не должна быть велика (не более 3—4°). Конечно и при таких условиях происходит обмен тепла между калориметром и внешней средой, и для устранения ошибки в этом отношении существуют различные методы поправок. Наиболее распространенная поправка делается по способу Реньо-Пфаундлера. В основе ее лежит допущение, что охлаждение калориметра в каждый момент идет прямо пропорционально разности его t° и
t°
окружающей среды, к-рая считается постоянной в течение всего опыта. Из всех вышеописанных аппаратов наиболее распространенным для определения теплоты сгорания является бомба Бертло; которой и пользуются при определении теплоты сгорания пищевых веществ. Многочисленные определения теплот сгорания чистых препаратов белков, жиров и углеводов дали возможность получить средние числа для
этих
веществ. Таблица теплот сгорания различных белков, жиров, углеводов и других веществ. Число Число Названия бол. Названия бол. веществ кало – веществ кало – рий рий Эластин. Пальмитиновая Альбумин сыво – кислота. ротки. Стеариновая к-та Синтонин. Глицерин. Гемоглобин. . . Декстроза. Молочный казе – Левулеза. Галактоза. . .• . Молочный казе – Тростниковый са – хар. Молочный сахар. Вятеллин. Мальтоза. Альбумин яйца. Крахмал. Телятина. Гликоген. Коровье мясо. . Декстрин. Фибрин крови. . Целлюлбза. Пептон. Мочевина. Хондрин. Гликоколь. Животные жиры Гиппуровая к-та 9.23×3 KpeaiHH. Льняное масло. Мочевая к-та. . Оливковое масло Алкоголь. Средние числа: для углеводов—4,1 б. кал., для жира:—9,45 б. калорий и для белка—5,65 б. калорий. Для практич. целей чрезвычайно важно иметь средние числа для теплот сгорания этих трех основных веществ, т. к., зная их и зная вес пищевых веществ, можно вычислить количество продуцируемой организмом энергии, не производя определения теплоты сгорания мочи и кала. Практически приходится пользоваться не теми числами, к-рые найдены при сжигании вещества в калориметре, а исправленными. Т. к. жиры и «углеводы сгорают в организме до простейших веществ (воды и углекислоты), то для них вводится поправка лишь на усвояемость. Для белка же кроме того надо принять во внимание, что при его разрушении в организме получаются вещества, способные сами сгорать, как напр. мочевина. Усвояемость углеводов считается равной 98%, жира—■ 95% и белка—92%; поправка на калорийность продуктов белкового распада считается на 1 г белка равной 1,3 б. кал. Т. о. исправленные числа для углеводов 4,1×98%=4 б. кал., для жира 9,45х95%=9
б.
кал. и для белка (5,65—1,3) х 92%=4 б. кал. Таковы данные американских исследователей.-Наиболее же распространенными являются числа, найденные Рубнером в опытах на собаках при кормлении последних углеводами, жирами и белками. По Рубнеру: 1
г
углеводов дает 4,1 б. кал., 1
г
жира 9,3 б. кал. и 1 з белка 4,1 больших калорий. Бомба Бертло, после того как она была приспособлена для элементарного органического анализа, получила еще большее распространение и значение. Возможность определить одновременно тепловое значение вещества и его элементарный состав делает этот метод чрезвычайно ценным и удобным для многих исследований общего обмена веществ и энергии у животных и людей, когда необходимо не только знать калорийное значение пищевых веществ, но и установить баланс тех или иных элементов, напр. азота или углерода в организме (см.
Обмен веществ).
Биокалориметрия. Кроме измерения тепла, образующегося при сгорании того или иного хим. соединения или же целого комплекса хим. соединений как в пищевых веществах, так и в горючем материале, идущем на топливо, существует особый отдел К., т. н. биокалориметрия, к-рая и
зучает процессы теплообразования в организме животных и человека. Первая попытка измерить тепло, продуцируемое животным, относится к 1777 г., но блестящего развития учение об обмене энергии достигло гл. обр. в 1883— 1885 гг. Определение теплоты сгорания пищевых веществ и продуктов выделения проложило сначала дорогу т. н. непрямой К., т. е. вычислению продуцируемого организмом тепла различными способами. Из них можно указать на вычисление калоража 1) по потребленной пище, 2) по потребленному 02 или выделенной С02 и по дыхательному коеф. (см.
Газообмен)
и пр. При вычислении количества тепла по одному 02 принимают, что 1
г
кислорода при смешанной пище соответствует 3,33 больших калорий; поэтому, помножив количество 02 (в граммах), потребленное за время опыта, получают общее количество калорий за этот промежуток времени. Следующая таблица Цунца (Zuntz), видоизмененная Люском (Lusk), позволяет вычислять продуцируемое тепло по дыхательному коефициенту, кислороду и С02. Число калорий Число калорий на 1
л
03 на 1 л COj 6.694 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 Следовательно, зная из опытов по газообмену дыхательный коефициент (RQ) и количество литров потребленного Оа или выделенной С02, по таблице находят тепловое значение 1
л
02 или 1
л
СОи и умножением этой величины на общее количество литров находят количество калорий, выделенных за время опыта.—Кроме этих способов вычисления есть графический метод Michaelis, к-рый позволяет по дыхательному коефициенту и отношению азота мочи к потребляемому 02 определить количество калорий, соответствующих 1
л
кислорода, и процент калорий, отвечающий белку, разрушенному в организме, или, как принято выражаться, процент белковых калорий, если общее количество выделенных организмом калорий считать за 100. На рис. 9 по-абсциссе отложены величины дыхательного коефициента (RQ), на ординате же отношение азота мочи к кислороду (Q-J, потребленному за тот же промежуток времени. На рисунке показан прием пользования на примере, когда ^- — 0,090, a RQ — =0,824. От соответственных точек ординаты и абсциссы проведены пунктирные линии до встречи в точке
р.
От точки р проводят линию, параллельную косым линиям треуголь – ника, и на правой стороне треугольника находят количество калорий, соответствующее 1
л
02. Можно также узнать и
%
белковых калорий, если горизонтальную линию от точки
р
продолжить влево за ординату
-^- :
на линии, параллельной ординате, находят процент белковых калорий.
Рисунок э.
Посредством непрямой К. были изучены формы теплорегуляции, изодинамия пищевых веществ, выяснено влияние пищевых веществ на теплообразование (специфически-динамическое действие), влияние массы тела на потребление энергии и т. д. Введение же в науку методов биокалориметрии дало возможность подкрепить экспериментальноданные непрямой К. Приборов для измерения количества выделяемого животным тепла очень много, но далеко не все из них сыграли значительную роль в научных исследованиях. Это объясняется гл. обр. ошибками в конструкции аппаратов. Прежде всего следует остановиться на т. н. воздушных калориметрах. В 1884 г. появляется сразу несколько таких калориметров, построенных разными учеными. Гейгель (Geigel) применял построенный Кюнкелем (Kunkel) воздушный калориметр для руки человека; он состоял из сосуда с двойными стенками, имеющего форму руки. Количество выделившегося тепла измерялось по изменению уровня жидкости в трубке, соединенной с воздушным пространством, заключенным между стенками аппарата. В том же 1884 г. опубликовали описание своих калориметров д’Арсонваль и Рише (d’Arsonval, Richet). Оба эти калориметра были построены по системе Кюнкеля.—Сифонный калориметр Рише (Richet) состоит из двух полых латунных полушарий, к-рыеплотно прилегают друг к другу, образуя внутри вместилище для животных. Верхнее полушарие имеет трубку, которая соединяется с особым приспособлением, служащим для измерения тепла. Это приспособление состоит из бутыли, в к-рую входят три трубки: одна, доходящая до дна, соединяется каучуковой трубкой с калориметром, другая идет к калибрированной бюретке и третья, прямая, доходящая до жидкости, служит для измерения давления. Когда воздух в калориметре нагревается животным, он расширяется, переходит в бутыль и заставляет вытекать воду в бюретку. По количеству вытекшей воды судят об изменении объема воздуха, а следовательно и о количестве выделившегося тепла. Этот калориметр мог применяться
Рисунок 10.
только для кратковременных опытов, т. к. в нем не было вентиляции. Более употребительна методика д’Арсонваля. Он применял два совершенно одинаковых цилиндра с двойными стенками, накрывавшихся крышками тоже с | двойными стенками. : Внутреннее помеще-| ние между стенка-
$
ми самих цилиндров | и их крышек соеди-| нялось каучуковыми |трубками с маноме-. |тром, наполненным | жидкостью. Измене-| ние давления вслед-1 ствие нагревания или охлаждения воздуха определялось по манометру и так. обр. учитывалось количество вьщеленного или потребленного тепла. Один из цилиндров оставался пустым, в другой помещалось животное. Первый давал изменение давления вследствие изменения окружающей темп, и барометрического давления, а второй кроме того показывал нагревание и расширение воздуха от животного. Позднее д’Арсонваль брал два колокола, которые укреплялись на коромысле весов и погружались в жидкость. На одном из коромысел укреплялся пишущий аппарат, производивший запись на вращающемся барабане. Д’Арсонваль кроме того построил большой воздушный калориметр для человека, изображенный на рис. 10. Он вентилируется через трубку, в к-рой горит газ. Свежий воздух поступает через трубку, находящуюся над головой испытуемого. Тепло измеряется по показаниям манометра, к-рый с одной стороны соединяется с воздухом, находящимся между двойными стенками, с другой— с герметически закрытой склянкой. Заслуживает также внимания калориметр Голдена, Уайта, Уошберна (Hal-dane, White, Washburn). Он устроен следующим образом. Два аппарата помещаются рядом, и воздух, находящийся между двойными стенками, сообщен с чувствительным манометром. В одном аппарате находится животное, в другом горит Н, причем пламя его регулируется таким образом, чтобы манометр оставался на нуле. Вентиляция одинакова в обеих частях аппарата. Поступающий воздух проходит через H2S04 для освобождения от водяных паров. Количество Н определяется по привесу поглотителя с HaS04, через к-рый проходит воздух, выходящий из «водородного» аппарата. По количеству сгоревшего Н вычисляют количество выделенного животным тепла. Этот аппарат может быть приспособлен и для респираци –
Рисунок 11.
онных опытов. Большой воздушный калориметр Рубнера приспособлен для определения продуцируемого тепла, а также выделенной С02 и Н20 и дает возможность косвенным путем вычислить количество потребленного Оа. Если сравнивать этот калориметр с аппаратами, описанными выше, то его следует назвать калориметром, погруженным в воду. Следующая схема дает представление об устройстве калориметра (рисунок 11):
д
—помещение для подопытного субъекта,
е
—дверь этого помещения. Пространство между двойными стенками этого помещения (г) заключает объем воздуха, изменение давления к-poro и служит мерой выделенного тепла. Весь калориметр заключен еще во вторую обкладку, окружающую пространство
в.
Вся система укреплена и погружена в водяную ванну
б.
Здесь же находится особый аппарат, состоящий из четырех или пяти полых тел (а), соединенных между собой трубками. Этот аппарат показывает колебания t° воды и давления воздуха.
Рисунок 12.
Наиболее усовершенствованными из рес-пирационных калориметров можно считать калориметр Этуотера (Atwater) и Бенедикта. Он состоит из имеющей двойные стенки комнаты для испытуемого субъекта. Внутренние стенки медные, наружные—цинковые. В одной из стенок находится окно такой величины, что оно в то же время служит и дверью. В другой стенке устроен люк, имеющий две затворки: одну из камеры, другую наружную. Этот люк служит для подачи в камеру пищи и для удаления из нее экскрементов во время опыта. Этот калориметр можно назвать калориметром с постоянной t°, т. к. выделяемое человеком тепло поглощается током воды, протекающей по системе трубок, имеющихся в аппарате. Для того чтобы достигнуть постоянства t° в камере, t° притекающей воды и скорость ее течения регулируются соответствующим образом. Рисунок 12 и 13 дают схематическое изображение калориметра. Самая комната калориметра имеет двойные стенки, к-рые для защиты от потери тепла еще одеты в два или три деревянных футляра, между к-рыми находятся слои воздуха. В деревянных футлярах против двери камеры имеются отверстия, закрывающиеся стеклянными дверьми, укрепленными на шарнирах (23, Ж). Около двери имеются два отверстия для приводящей и отводящей воду трубок. В эти трубки вставлены ртутные термометры, позволяющие
10ft
отсчитывать t° притекающей и оттекающей воды (рис. 12 Г). В первоначальной конструкции аппарат имел три воздушных слоя, позднее же его стали делать с двумя. Для того чтобы убедиться, что внутренняя медная стенка и наружная цинковая имеют одну и ту же t°, служат термоэлементы, одна половина к-рых соединяется с медной, а другая— с цинковой стенкой. Провода от термоэлементов отводятся к чувствительному гальванометру д’Арсонваля; в случае одинаковых t° обеих стенок стрелки гальванометра не дают никаких отклонений. Для того, чтобы определить количество выделившегося за
Уравнитель давления
ггтгт
Поступление 02
Поглотитель
Поглотитель
НгО I-1
Поглотитель
I-1 НгО
h, so. [
—
| со, |
—
| h, so* |
— Рисунок 13. опыт тепла, нужно знать объем протекшей через калориметр воды и разницу t° в приводящей и отводящей трубках. Умножая две эти величины, находят количество выделившихся калорий. Измеритель воды в калориметре работает автоматически. Когда он наполняется, происходит замыкание электрического тока, экспериментатор слышит звонок и отмечает время. Зная объем измерителя и сколько раз в течение опыта он наполняется, легко определить общее количество протекшей воды. В зависимости от размера аппарата в нем могут быть произведены опыты в покое и во время работы. Т. к. в таких аппаратах ведутся опыты длительные, суточные и более, то в них имеются все приспособления для жизни испытуемого: стол, стул, кровать, а в случаях исследования физ. работы и соответствующие приспособления для нее. Такие респирационные калориметры делаются не только для человека, но и для мелких и крупных животных (для кроликов, со-бак, коров и пр.). Эти аппараты, как и калориметр Рубнера, в одно и то же время являются калориметрами и респирационными аппаратами, т. к. они имеют все приспособления для исследования
газообмена
(см.).—• Кроме воздушных калориметров в прежнее время употреблялись водяные, но благодаря своей инертности и слишком медленному выравниванию температуры в настоящее время эти калориметры совершенно вышли из употребления. Существует еще целый ряд респирацион-ных калориметров для маленьких животных. Из них следует упомянуть аппарат Бора и Гассельбальха (Bohr, Hasselbalch), а также микрокалориметр Мейергофа (Meyerhof). Первый аппарат устроен следующим образом: два полых цилиндра из листовой меди соединены между собой с одной стороны железной, с другой медной проволокой, т. ч. они образуют термоэлемент. В одном цилиндре помещается развивающееся куриное яйцо, в другом—спираль сопротивления, через к-рую можно посылать электрический ток. Если развивающийся зародыш отдает тепло, нагревающее место спая в первом цилиндре, то получается тепловой ток, к-рый вызывает отклонение введенного в цепь гальванометра. Если же через спираль пропустить ток, то нагревается место спая в другом цилиндре и получается тепловой ток обратного направления. Можно всегда подобрать такое сопротивление и такой силы ток, что ток, возникающий в первом цилиндре, будет компенсироваться и гальванометр останется в покое. Зная силу тока и величину сопротивления спирали, можно вычислить количество образовавшегося тепла. Этот аппарат соединяется со всеми приспособлениями, необходимыми для исследования газообмена, и т. о. является респирационным калориметром.—По этому же принципу построен аппарат Тангля (Tangl) для животных весом в 250
г,
а также аппарат Н у а й о н a (Noyons) для мелких животных. Аппарат Тангля состоит из калориметра, помещенного в термостат и приспособленного для работ с различными t°, гальванометра для наблюдения теплового тока, а также всех приспособлений для изучения газообмена.—Микрокалориметр Мейергофа не является чем-либо новым, а только видоизменением уже существовавших раньше аппаратов. Микрокалориметры дают возможность исследовать процессы брожения, рост бактерий, развитие зародыша и пр. Существует очень много модификаций микрокалориметров. Так, Рубнер употреблял сосуды емкостью в 300
см3
с тройными стенками и двумя вакуумами. Он. брал два совершенно одинаковых сосуда, в один помещал испытуемый материал и жидкость, в к-рой этот материал исследовался, в другой— только жидкость, помещал оба сосуда в один и тот же термостат и наблюдал t° обоих сосудов. По разнице t° в этих сосудах он мог определить количество тепла, образовавшегося во время опыта, если водяное значение калориметра ему было известно. Таким образом им определялась теплота брожения различных Сахаров, количество тепла, выделяемое живыми дрожжами и дрожжами, убитыми толуолом, и пр. Мейергоф наблюдал процессы обмена веществ и энергии в эритроцитах птиц и людей, яйцах морских ежей и пр. Кёрёши (Korosy) определил количество образовавшихся калорий по испарению эфира, а Бор и Гассельбальх в микрокалориметрии воспользовались также методом компенсации. Так. обр. К. вообще и биокалориметрия в частности сильно продвинули вперед изучение обмена веществ и энергии. Приходится отметить, что все методы, существующие в настоящее время в биокалориметрии, сыграли конечно свою роль в изучении различных жизненных процессов, происходящих в организме, но наибольшую роль сыграли те методы, к-рые дают в
озможность длительного наблюдения, как напр. в больших респира-ционных калориметрах Рубнера и Бенедикта, где исключена возможность случайных колебаний, а вследствие этого и случайных ошибок. Описанные методы имеют чрезвычайно большое значение, так как они позволяют изучать процессы обмена энергии в организме, Химическую энергию, входящую в наше тело с пищевыми средствами, можно выразить в тепловых единицах, т. е. величиной теплоты сгорания пищевых веществ. В расходе энергии тепло представляет главную часть. Механическая энергия, затрачиваемая на внешнюю работу, измеряется в килограммометрах, которые также могут быть выражены тепловым эквивалентом, т. к. известно, что 1 большая калория равняется 427 кг/л». Этуотер и Бенедикт в своих многочисленных опытах с респирационным калориметром определяли баланс тепла за сутки у людей. Приведенный здесь пример позволяет видеть, каким образом этот баланс определяется.—Подопытный субъект 22 лет, весом 76
кг,
получает в пищу 97,7
г
белка, 85,6
г
жира и 278
г
углеводов. Теплота сгорания всех этих веществ определяется сжиганием в бомбе Бертло и дает в сумме 2.519 калорий. На основании опытов по обмену веществ было установлено, что организмом еще было израсходовано 6,4 г белка и 5 з жира. Следовательно приход тепла составится следующим образом: с пищей принято 2.519 кал.; 6,4 г белка соответствуют 36 кал.; 5,0 г жира—47 кал.; всего—2.602 кал. Расход тепла составляется из тепла, отданного телом в калориметре, и теплоты сгорания мочи и кала. Теплота, отданнаявкалориметре,—2.397 кал.; теплота сгорания мочи—135 кал.; теплота кала—110 кал.; всего—2.642 кал. Из этого примера видно, что разница между количеством тепла, воспринятым организмом и отданным им, лежит в пределах ошибок опыта.—Следующая таблица, полученная на основании исследований нескольких авторов, дает представление о том, насколько величины, вычисленные на основании опытов по обмену веществ и найденные в калориметре, совпадают между собой. Авторы Общее число дней Колич. калорий (вычисленное) Колич. калорий (найденн.) Разница В % Rubner. Laulanie. . . Atwater и Benedict. . . Benedict и Milner. . . Benedict. . . Armsby и Fries. 45 7 24 53 17.406 1.865 95.075 102.078 17.350 1.859 95.689 101.356 -0,32 -0,31 -0,05 +0,65 -0,73 +0,41 Эти результаты дают экспериментальное доказательство приложимости закона сохранения энергии к животному организму.
Лит.:
Handbuch der biologischen Arbeitsmethoden, hrsg. v. E. Abderhalden, Abt. 4, T. 10—Oasstoffwechsel u. Calorime. trie, T. 13—Quantitative Stoffwechsel-untersuchungen, B.—Wien, 1926—29. О. Молчанова.