Химия/4. Химико-фарм. производство

М. Ю. Емельянова, Л.В. Горбунов, д. с.-х. наук

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ИЗМЕРЕНИЯ СВЕРХВЫСОКИХ СКОРОСТЕЙ ЗАМОРАЖИВАНИЯ

Скорость охлаждения является одним из важнейших параметров, криоконсервирования биообъекта, поэтому точное ее определение важно для разработки технологии замораживания. При сравнении скоростей охлаждения, установленных теоретически и практически для разных типов термопар, наблюдаются значительные расхождения этих величин, что указывает на отсутствие абсолютного метода измерения скоростей теплообмена из-за влияния самого измерительного устройства на интенсивность теплообмена[1,4,6].

Цель работы состояла в разработке способа измерения температуры в широком диапазоне скоростей теплообмена (1∙10⁴ ºC/мин).

В качестве контейнеров для среды использовали пластиковые соломинки и конверты из пищевой алюминиевой фольги толщиной 30 мкм. Температуру образца измеряли хромель - копелевой и медь - константановой термопарами с диаметром спая 0,3 и 0,1мм. Различные скорости замораживания реализовывали погружением пластиковых капилляров с диаметрами 2;1;0,7; в жидкий азот. Для получения сверхвысоких скоростей теплообмена, капли раствора помещали между двумя параллельно сходящими медными пластинками, предварительно охлажденными в жидком азоте. Снижения температуры регистрировали графопостроителем Н-307,а также подключением его к ЭВМ через аналогово-цифровой преобразователь. Скорость теплообмена при замораживании определяли в диапазоне зоны эвтектики используемого раствора. Каждый эксперимент повторяли 5-7 раз. Полученные результаты статистически обрабатывали по общепринятым методикам[1,5].

При исследовании криоконсервирования половых клеток и эмбрионов необходимо контролировать температуру среды, в которой содержится биообъект. Учитывая, что термопара вносит систематические погрешности в режим измерения температуры, был предложен модифицированный термометрический метод, суть которого заключается в том, что измерительная головка термопары помещается не внутрь контейнера, а снаружи[2,6].

При таком расположении термопары ее масса включается в систему хладагента, а не контейнера[3]. Благодаря использованию предложенного метода измерения температуры недостатки термометрического метода не оказывают существенного влияния на измеряемую величину. Согласно данному способу регистрации интенсивности изменения теплообмена, второй конец термопары, в отличие от общепринятого способа, помещается не во внешние изотермические условия, а в температурные условия хладагента. При таком способе измерения регистрируется не изменение температуры во времени внутри контейнера, как это делается в общепринятом методе, а интенсивность теплообмена между контейнером и хладагентом, в систему которого включена термопара[1].

Рис.1.Термограммы охлаждения, полученные посредством общепринятого способа измерения – А и предложенного – Б₁. Кривая Б2 является первой производной от Б1. t1 и t2 – интервалы времени, по истечению которых интенсивность теплообмена начинает снижаться, полученные для разных способов измерения. ∆t – величина систематической погрешности общепринятого способа измерения. * – плато, соответствующее выделению скрытой теплоты кристаллообразования.

К примеру, скорости теплообмена капли 50% - го раствора глицерина (50 мкм), нанесенного на предварительно, охлажденную в жидком азоте (Т=-196ºC) медную пластину составили: для общепринятого способа измерения 34,3 ±2,2ºC/с и предложенного – 75,0 ±5,9ºC/с. Сравнивая существенное расхождение между рассмотренными величинами, можно сделать вывод о значительном влиянии термопары на измеряемую интенсивность теплообмена.

Таким образом, разработанный метод позволяет повысить точность измерения температуры, тем самым обеспечивая повышения достоверности проведенных исследований, однако необходимым условием измерения является плотный контакт между контейнером и хладагентом с включенной в него термопарой.

Список использованной литературы

1.Криоконсервация половых клеток и эмбрионов животных/ Горбунов Л.В., Бучацкий Л.П/ К: Издательско-полиграфический центр «Киевский университет»,2005.-300с. 2.Горбунов Л.В. Безпосереднє вимірювання теплообміну при надвисокому охолодженні ооцитів та ембріонів ссавців //НТБ ІТ УААН - Харків – 1998 - №75 – с.104 – 108. 3.Вепшик Я. Измерения низких температур. – Энергия,1980 – 224 с. 4. Glover A/ Garith L.S.The freezeeng rate of freeze – etch specsmens for electron mscroscopy / Criobiology/ 1974 – 11 №3 р 248-254. 5. Зейдель А.Н. Погрешности измерений физических величин - Наукова думка,1985. 6. Shawe K.G. Terracio Z. Uetrastuctural and thermocouple evaluation of rapid freezing technique//Cryobiology.- 1980. – №6 р. 571 – 584