Sledování akumulace energie pomocí kalorimetru LAGET MS 10 A

06.10.2000 | Ekofyziologické metódy

ÚVOD

Mezi nejdůležitější fyziologické procesy probíhající u rostlin lze bezesporu zařadit fotosyntézu. Fotosyntézu lze studovat řadou metod. Jednou z těchto metod je sledování přírůstků vnitřní energie v pletivech.

Hodnotu obsahu vnitřní energie asimilátů vytvořených fotosyntézou můžeme vždy stanovit pouze nepřímou cestou, neboť se projevuje jen jako přírůstek spalných tepel organických látek tvořících sušinu asimilujících orgánů.

Na našem pracovišti sledujeme akumulaci energie v rostlině nebo v jednotlivých rostlinných orgánech v průběhu vegetace v závislosti na podmínkách vnějšího prostředí, jako je např. různá úroveň dusíkatého hnojení nebo závlahový režim, včetně měření působení abiotických stresových faktorů na akumulaci energeticky bohatých látek rostlinou.

Kalorimetrickými metodami můžeme zjišťovat vedle hodnoty spalného tepla jedné rostliny či celého porostu plodin, i energetickou efektivnost jednotlivých přirozených ekosystémů nebo uměle vytvořených agroekosystémů.

Ke stanovení spalného tepla vzorků rostlinného materiálu máme k dispozici nový kalorimetr německé výroby LAGET MS 10 A.

Charakteristika kalorimetru LAGET MS 10 A

LAGET MS 10 A je klasický vodní, adiabatický kalorimetr s izotermálním pláštěm s automatickým řízením pokusu a automatickým výpočtem korekce na výměnu tepla.

Vodní nádoba je pevně zabudována v plášti kalorimetru. Plnění a vypouštění vody z nádoby je automaticky řízeno pomoci elektromagnetických ventilů a vodoznačného čidla, které uzavírá přívod vody a zajišťuje přesně redukované odměření vodní náplně. Teplota vnitřního pláště, jímž je vodní nádoba obklopena, je pomocí termostatu udržována na stálé teplotě 28 °C s odchylkou + 0,005 °C. Tato teplota je průběžně měřena a zobrazována na displeji.

Kalorimetr pracuje v rozmezí teplot 20 až 30 °C. Změny teplot jsou průběžně ukládány do paměti počítače, který je součásti kalorimetru. Z těchto hodnot se na konci pokusu vypočte kalorimetrický teplotní skok a korekce na výměnu tepla mezi kalorimetrem a okolím.

Součástí kalorimetru je spalná bomba. která se liší od konstrukce tradičních kalorimetrických bomb tím, že její šroubový uzávěr se nachází ve spodní části a je opatřena pouze jedním ventilem. Tento ventil samosvorné konstrukce je elektricky izolován od těla bomby a slouží k napouštění kyslíku, vypouštění spalných plynů a současně i jako zapalovací elektroda. Bomba má objem 300 ml, maximální přetlak 30 MPa a počáteční tlak kyslíku v bombě je maximálně 4 MPa. Spodní část bomby pojme 5 ml vody a současně nese dvě elektrody, ke který'm se upevňuje zapalovací drátek. Jedna z elektrod slouží jako nosník spalovací misky, která je vyrobena z křemičitého skla. Bomba je planěna kyslíkem pomocí stativu, který' je vybaven sdruženou dvojicí kulových ventilů, manometrem a tryskou pro škrcení průtoku kyslíku.

Vlastní měření

Vzorky ke spálení se připravují klasickým způsobem (briketováním nebo zabalením do papírku o známé hmotnosti a známém spalném teplu). Vzorek se umístí do spalovací misky a zapalovací drátek připevní mezi elektrody. Do prohlubně víčka se odpipetuje 5 ml vody, která slouží k zachycení sloučenin uvolněných spálením vzorku. Pomocí titrace lze stanovit opravu na uvolněné teplo těchto sloučenin.

Po naplnění kyslíkem se bomba vloží do kalorimetru. Před tím je však třeba kalorimetr vytemperovat na 28 °C. Po zadání čísla vzorku a bomby se automaticky napustí voda. K zapálení vzorku dojde vybitím kondenzátoru přes zapalovací drátek a po uběhnutí naprogramované doby se pokus ukončí. Voda se automaticky vypustí a na displeji se zobrazí hodnota korigovaného teplotního skoku. Po vyjmutí nádoby může být nastartován další pokus, proto je účelné pracovat s dvojící kalorimetrických bomb.

Přístroj pracuje v sedmi volitelných pracovních režimech, kterými jsou kalibrační a kontrolní 32 minutové měření, justování (kontrola zabudovaných teploměrů), 24 minutové měření, klasické 16 minutové měření až do rovnováhy a zkrácené 5 a 8 minutové měření.

Veškerá činnost kalorimetru je řízena vestavěným počítačem, který je ovládán pomocí číselných kódů. Ke kalorimetru lze dále připojit tiskárnu, centrální počítač pro zpracování výsledků a analytické váhy.

Konečné hodnoty spalného tepla se vypočítají podle vzorců uvedených v ČSN 441352.

Výhody a nevýhody práce s kalorimetrem

Práce s kalorimetrem LAGET MS 10 A je snadná pro obsluhu a lze pomocí něho získat velice přesné hodnoty spalných tepel. Při práci s velkým množstvím vzorků je výhodné použít zkrácená 5 a 8 minutová měření. U těchto měření se nevyčkává dosažení rovnováhy, ale hodnoty teplotního skoku jsou vypočteny matematickou extrapolací z průběhu teplotní křivky. Přepočítávací empirické faktory si počítač sám zjistí při 10 standardních 16 minutových měřeních, které je nutno provést před přechodem na zkrácená měření. Rozdíly mezi spalnými teply u 16 minutových a zkrácených měřeních jsou statisticky neprůkazné.

Tento kalorimetr můžeme porovnat se starým typem kalorimetru polské výroby KL - 5. Při porovnání obou typů kalorimetrů byly mezi nimi statisticky neprůkazné rozdíly v hodnotách spalných tepel, ale pouze za předpokladu, že u kalorimetru KL - 5 byly přísně dodrženy všechny podmínky pro práci s ním.

Jednou ze základních podmínek pro práci KL - 5 je dodržení teploty ve vnějším plášti

kalorimetru a teploty v laboratoři. Rozdíl mezi těmito teplotami nesmí být více jak + 1 °C. Teplota v laboratoři nesmí být vyšší než 25 °C, neboť v případě vyšší teploty nelze ochladit vodu v kalorimetrické nádobě a hodnoty teplotního skoku jsou zatíženy vysokou chybou. Oproti tomu při použití kalorimetru LAGET MS 10 A odpadá dodržení teplotních podmínek mezi kalorimetrem a laboratoří, proto tento přístroj může měřit bez teplotního omezení.

Další výhodou kalorimetru LAGET MS 10 A je, že v průběhu měření není zapotřebí přítomnost obsluhy kalorimetru. Na rozdíl u kalorimetru KL - 5 je nutná přítomnost obsluhy v průběhu celého spálení, které trvá 30 minut, jelikož se teplota odečítá každou minutu a zapisuje se do protokolu.

Nevýhodou u kalorimetru KL - 5 je, že po každém spálení vzorku se musí ručně vyměnit voda ve vnitřním plášti kalorimetru za novou, která teplotou odpovídá pokynům vyplývajícím z norem. Na rozdíl u nového kalorimetru odpadá manipulace s vodou, protože její výměna probíhá automaticky při připojení přístroje na zdroj vody nebo je nutné dolít vodu do zásobníku vody kalorimetru.

Velkou předností kalorimetru LAGET MS 10 A je, že při spálení vzorku se na displeji objeví ihned hodnota teplotního skoku na rozdíl u kalorimetru KL - 5 se teplotní skok musí vypočítat z teplot odečtených každou minutu měření.