Construção de uma célula para Calorimetria: Fotoacústica com controlo térmico

Abstract

Neste trabalho foi apresentado o projecto, construção e testes de certificação de uma célula para Calorimetria Fotoacústica com rigoroso controlo da temperatura. Este controlo é vital para eliminar o sinal fotoacústico por deposição de calor em soluções aquosas (coeficiente de expansão térmica, α=0), permitindo quantificar apenas o sinal produzido por mudanças volumétricas. Uma das principais aplicações será no estudo de (des)enovelamento de proteínas. A célula foi construída em aço (Cp=480 J/kg K) e foi projectada com canais internos por onde deve passar o fluido termostático vindo de um banho externo para o controlo da temperatura. O corpo da célula foi isolado termicamente do ambiente externo por um sistema constituído por uma borracha elastómera de K Flex ST de baixa condutividade térmica (k=0,034 W/m K). Com o intuito de controlar com rigor a temperatura da solução da amostra, foi projectado e construído um sistema de pré-arrefecimento da solução. É constituído por uma serpentina de aço (por onde passa a amostra) imersa num banho termostático de alumínio, ligado em série com o banho controlador da temperatura e a célula. Os valores da temperatura da amostra, medidos na célula, foram iguais aos valores medidos no banho da serpentina, mostrando não haver trocas de calor entre estes dois sistemas, garantindo boa eficiência no controlo da temperatura. O controlo térmico foi estudado para água pura e em diferentes concentrações de sais (NaCl e soluções tampão de fosfato) excitando o overtone da água a 2000 nm (5000 cm-1) e recolhendo o sinal fotoacústico num intervalo de -1ºC a 15ºC. Os valores das temperaturas para os quais o coeficiente de expansão térmica é zero foram: 3,0 ºC para água pura; 2,75ºC, 2,53ºC e 1,89ºC para as concentrações em NaCl de 5 mM, 10 mM e 50 mM, respectivamente; 2,97ºC, 2,43ºC e 1,92 para as concentrações em tampão fosfato de 5 mM, 10 mM e 50 mM, respectivamente. A relação da força iónica com a temperatura à qual α= 0, mostrou que a partir de 0,05 M C2 de força iónica, a temperatura estabiliza.