Материал: Прилади, які використовуються для дослідження біологічних структур
.5-10 градусів і гірше, як правило, досягається без перемішування, за рахунок природної конвекції;
.1-2 градуси (хороша теплова стабільність для повітряних, дуже посередня для рідинних), як правило, з перемішуванням;
.0,1 градуса (дуже хороша теплова стабільність для повітряних, на рівні кращих зразків, середня для рідинних);
.0,01 градуса (як правило, досягається в рідинних термостатах спеціальної конструкції), практично неможливо отримати в повітряному термостаті з вентилятором.
Термостати можна класифікувати по області та способом застосування:
1. Промислові термостати;
. накладні термостати;
. заглибні термостати;
. Кімнатні термостати.
Можна виділити два основних способи роботи термостатів:
1. В термостаті підтримується постійною температура теплоносія, що заповнює термостат. Досліджуване тіло при цьому знаходиться в контакті з робочою речовиною і має його температуру. В якості робочих речовин зазвичай використовують повітря, спирт (від - 110 до 60° C), воду (10 - 95° C), масло (-10 - +300° C) та ін
2. Досліджуване тіло підтримується при постійній температурі в адіабатичних умовах (робоча речовина відсутня). Підведення або відведення теплоти здійснюється спеціальним тепловим ключем (у термостатах низьких температур) або ж використовуються електропечі з терморегулятором і масивним металевим блоком, в який поміщається досліджуваний тіло (в термостатах високих температур).
2.4 Калориметр
Калориметр (рис. 2.4.1) (від лат. Calor - тепло і metor - вимірювати) - прилад для вимірювання кількості теплоти, що виділяється або поглинається в якому-небудь фізичному, хімічному або біологічному процесі. Термін "калориметр" був запропонований А. Лавуазье і П. Лапласом (1780).
Сучасні калориметри працюють в діапазоні температур від 0,1
до 3500 До і дозволяють вимірювати кількість теплоти з точністю до 0,01-10%.
Пристрій калориметрів дуже різноманітно і визначається характером і тривалістю
процесу, що вивчається, областю температур, при яких проводяться вимірювання,
кількістю вимірюваної теплоти і необхідною точністю. [10]
Рис. 2.4.1 Калориметр
Калориметр, призначений для виміру сумарної кількості теплоти Q, що виділяється в процесі від його початку до завершення, називають калориметр-інтегратором; Калориметр для вимірювання теплової потужності (швидкості тепловиділення) L і її зміни на різних стадіях процесу - вимірником потужності або калориметр-осцилографом. По конструкції калориметричної системи і методу виміру розрізняють рідинні і масивні калориметри, одинарні та подвійні (диференціальні).
Калориметричні вимірювання дозволяють безпосередньо визначити лише суму теплот досліджуваного процесу і різних побічних процесів, таких як перемішування, випар води, розбивання ампули з речовиною і т.п. Теплота побічних процесів має бути визначена дослідним шляхом або розрахунком і виключена з остаточного результату. Одним з неминучих побічних процесів є теплообмін калориметра з навколишнім середовищем за допомогою випромінювання і теплопровідності. В цілях обліку побічних процесів і насамперед теплообміну калориметричну систему оточують оболонкою, температуру якої регулюють.
2.5 Центрифуга
Центрифуга (рис 2.5.1) - пристрій, (машина або прилад), що служить для поділу сипучих тіл або рідин різного питомої ваги та відділення рідин від твердих тіл шляхом використання відцентрової сили (Додаток Б). При обертанні в центрифузі частинки з найбільшою питомою вагою розташовуються на периферії, а частинки з меншою питомою вагою - ближче до осі обертання.
Центрифуги застосовуються в лабораторній практиці, в
сільському господарстві для очищення зерна, видавлювання меду із стільників,
виділення жиру з молока (см. сепаратор), в промисловості для збагачення руд, в
крахмало-патоковому виробництві, у текстильному виробництві, в пральнях для
віджимання води з білизни і т.п. Газові центрифуги зі швидкістю обертання
близько 60 000 об. / хв застосовуються для поділу ізотопів урану, які
перебувають у газі - гексафторид урану UF6. [11]
Рис 2.5.1 Центрифуга
Центрифуги для лабораторних цілей класифікуються за швидкістю обертання ротора або за сумарним обсягом завантажених зразків.
За обсягом: мікроцентрифузі (обробка пробірок типу eppendorf, 1,5-2,0 мл кожна), общелаборатоние центрифуги (сумарний об'єм зразка близько 0,5л), спеціалізовані центрифуги підвищеного обсягу (зазвичай до 6 л).
Прикладом спеціалізованих центрифуг служать центрифуги для обробки крові. Пристрій такої центрифуги вузько спеціалізовано під одну задачу - обертання поліетиленових контейнерів з кров'ю. У такий центрифуги мотор підвищеної потужності, однак швидкість обертання ротора значно нижче ніж у аналогічної по енергоспоживанню центрифуги. [11]
Слід мати на увазі, що обсяг зразка для центрифуги розраховується при допущенні що його щільність дорівнює 1 г / см ², якщо щільність зразка вище 1,2 г / см ² потрібно зменшити обсяг оброблюваного матеріалу, інакше центрифуга може зламатися.
За швидкістю: мікроцентрифузі (обробка пробірок eppendorf, зазвичай не вимагає високих швидкостей) - швидкість до 13400 об / хв, загальнолабораторні центрифуги - володіють значною універсальністю можуть працювати і з пробірками типу eppendorf та іншими ємностями швидкість обертання ротора від 200 об / хв до 15 000 об / хв, центрифуги з високою продуктивністю вони ж швидкісні - вирішують всі можливі лабораторні завдання (крім ультрацентрифугирования), швидкість обертання їх ротора від 1000 об / хв до 30 000 об / хв. Остання швидкісна категорія - ультрацентрифуги швидкість обертання ротора від 2000 об / хв до 150 000 об / хв.
Якщо ви здатні встановити вашу центрифугу на стіл, то така
центрифуга буде настільною, якщо центрифуга велика, має ніжки (ролики) така
центрифуга швидше за все підлогова. Підлогові центрифуги вимагають особливої
уваги при установці в зв'язку з їх значним енергоспоживанням до 30А при 220В.
Підключати їх можна до системи живлення TT або TN-CS. Підключення до сиcтеми
TN-C потенційно небезпечно ураженням електричним струмом. Невірне підключення
провідників L і N в системі TN-C неминуче призведе до короткого замикання на
корпус і виходу з ладу центрифуги. [11]
2.6 Автоклав
Автоклав (рис 2.7.1) - апарат для проведення різних процесів
при нагріванні і під тиском вище атмосферного. У цих умовах досягається
прискорення реакції і збільшення виходу продукту. При використанні в хімії або
для проведення хімічних реакцій використовують назву хімічний реактор. При
використанні в медицині для стерилізації при високому тиску і температурі -
тільки автоклав. У разі, якщо стерилізація проводиться при високій температурі,
але без тиску, використовують термін стерилізатор або сушильну шафу. Був
винайдений Дені Папеном в 1679 році. Автоклав - реактор для гідротермального
синтезу. Являє собою циліндричний горизонтальний зварний посудину, герметично
закривається сферичними кришками. [11]
Рис. 2.7 Автоклав
Автоклави бувають: обертові, хитні, горизонтальні, вертикальні і колонні. Автоклав являє собою посудину або замкнутий, або з кришкою. При необхідності забезпечуються внутрішніми, зовнішніми або виносними теплообмінниками, механічними, електромагнітними, або пневматичними пристроями, що перемішують і контрольно-вимірювальними приладами для вимірювання і регулювання тиску, температури, рівня рідини і т.п. [6]
Конструкція та основні параметри промислового автоклава різноманітні, ємність від декількох десятків см³ до сотень м³, призначаються для роботи під тиском до 150 МН / м ² (1500 кгс / см²) при температурі до 500° C. Для хімічних виробництв перспективні безсальникові автоклави з екранованим електродвигуном, що не вимагає ущільнення. Ротор цього електродвигуна насаджений безпосередньо на вал мішалки і накритий герметичним тонкостінним екраном з немагнітного матеріалу, не перешкоджає проникненню магнітних силових ліній від статора електродвигуна до ротора.
При виробництві будівельних матеріалів застосовують тунельні або тупикові автоклави. Зовні вони представляють із себе трубу 3-6 м в діаметрі і 15-20 м в довжину, що закривається кришкою з байонетним затвором (тупикові з одного боку, тунельні з 2-х сторін). Уздовж по довжині автоклава розташовані рейки для вагонеток з виробами. Автоклави обладнані магістралями для впуску насиченої пари, перепуску відпрацьованої пари в інший автоклав, випуску пари в атмосферу або в утилізатор і для конденсатоотвода.
У харчовій промисловості використовуються вертикальні і горизонтальні автоклави широкого спектру різновидів, розмірів і принципів дії. Наприклад, у горизонтальних автоклавах для харчової промисловості може створюватися необхідне протитиск по відношенню до кожної окремо взятої упаковці з продуктом, що дозволяє проводити стерилізацію продуктів не тільки в жорсткій тарі (склобанка, жестебанки), але і в м'якій і полужесткой упаковці.
При звичайних умовах нагрів води вище точки кипіння неможливий. Як тільки температура досягає 100° C, вода перестає нагріватися. Це відбувається через інтенсивне випаровування води в процесі її нагрівання. Якщо вода кип'ятиться довго, то вона повністю переходить в пар.
Коли вода або рідина кип'ятиться в автоклаві, підвищується
точка кипіння. Як тільки температура супу або пюре досягає 90° C, починається
інтенсивне випаровування. Водяна пара, будучи, по суті, газом, створює
надлишковий тиск у поєднанні з температурою, що призводить до зупинки
випаровування. Чим вище температура, тим вище тиск у системі. Тепло, що
генерується при підвищенні тиску, називається латентним теплом і має велику
проникаючу силу в структуру мікроорганізмів, руйнуючи їх у навіть пасивному
стані - в суперечках. Подібний процес легко досяжний при приготуванні твердих
непещеристих продуктів. У разі приготування губкоподібної, печеристих
продуктів, слід вибирати систему з глибоким вакуумуванням танка. Залишковий
вміст кисню може сприяти захисту бактерій від руйнування, створюючи
термоізоляцію для їх оболонок. Сучасні автоклави використовують фракційне
вакуумування, яке видаляє кисень в кілька циклів, забезпечуючи 100% проникнення
пари в процесі стерилізації та гомогенізації продукту. [7]
2.7 Біореактор
Біореактор (рис. 2.8.1) - прилад, який здійснює перемішування культурального середовища в процесі мікробіологічного синтезу. (Додаток В)
Застосовується в біотехнологічної промисловості при виробництві лікарських і ветеринарних препаратів, вакцин, метану, продуктів харчової промисловості (ферменти, харчові добавки, глюкозні сиропи), а також при біоконверсії крохмалю та виробництві полісахаридів і нефтедеструкторов. [13]
Рис. 2.8.1 Біореактор
Розрізняють механічні, аерліфтний і газо-вихрові біореактори, а також аеробні (з подачею повітря або газових сумішей з киснем), анаеробні (без подачі кисню) і комбіновані - аеробно-анаеробні. В останньому випадку в комбінованому біореакторі проводять культивування як аеробних, так і анаеробних культур одночасно. Зазвичай це застосовується для отримання біогазу, коли тепловиділення в аеробному процесі використовують для підігріву анаеробної культури.
Призначенням всякого біореактора є створення оптимальних умов для життєдіяльності культивованих в ньому клітин і мікроорганізмів, а саме забезпечувати дихання, підведення живлення і відведення метаболітів шляхом рівномірного перемішування газової і рідкої складових вмісту біореактора. При цьому небажано піддавати клітини тепловому або механічного впливу.
У механічному біореакторі перемішування здійснюється механічною мішалкою, що призводить до недостатньо рівномірному перемішуванню з одного боку, і до загибелі мікроорганізмів з іншого.
У аерліфтний біореактор перемішування здійснюється за рахунок продувки газової фази через рідину (барботажне перемішування), що не завжди забезпечує досить інтенсивне перемішування і призводить до небажаного піноутворення.
У біореакторі газовихрового типу перемішування здійснюється квазістаціонарним потоком з осьовим протитечією, який створюється аеруючими газовим вихором за рахунок перепаду тиску над поверхнею і сили тертя повітряного потоку об поверхню суспензії. [14]
Висновки
Лабораторне обладнання відіграє вирішальну роль в дослідженні біологічних структур.
Мікроскопіювання за допомогою оптичного мікроскопа є ефективним методом дослідження таких біологічних структур як клітина та деякі клітинні органели.
Мікроскопіювання за допомогою електронного мікроскопа є ефективним методом дослідження таких біологічних структур як крупні біомолекули.
Термостат є невід’ємною частиною будь-якої біологічної лабораторії. За його допомогою вирощують великі колонії мікроорганізмів одного або декількох штамів.
Калориметр дозволяє досліджувати енергетичні процеси, які відбуваються у клітині.
Центрифуги використовуються для розділення суміші на фракції, що важливо, наприклад, при дослідженні та аналізі крові.
Продуктом ферментації у біореакторі є або культура потрібних мікроорганізмів, або продукти їх метаболізму.
Ці прилади відіграють значну роль у біотехнології.
Список літератури
1. Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. Основы научных исследовании: Учеб. для техн. вузов. - М.: Высшая школа, 1989. - 400 c.
2. Баскаков А.Я., Туленков Н.В. Методология научного исследования: Учебное пособие. ─К: МАУП, 2004. ─216 с.
. Крушельницька О.В. Методологія та організація наукових досліджень: Навчальний посібник. - К.: Кондор, 2003. - 192 с.
4. Ландсберг Г.С.
<#"791632.files/image012.jpg">
Додаток Б
Зображення центрифуги
Додаток В
Зображення біореактора
