测定生物样品冻结或融化过程中潜热的方法及装置制造方法及图纸

一种测定生物样品冻结或融化过程中潜热的方法，其步骤如下：　　　　（１）对待测生物样品实施冻结或融化，以在样品内部造成变化的温度场；　　　　（２）采集生物样品温度场中沿冻结或融化方向空间各点（ｘ）处的瞬态固相温度（Ｔ↓［ｓ］）及液相温度（Ｔ↓［ｌ］）信息；　　　　（３）将得到的瞬态温度信息输入至计算机中进行有限差分数据处理，得到待测生物样品沿冻结或融化方向固、液相交界面（ｓ）两侧的温度梯度（＊Ｔ↓［ｓ］／＊ｘ）、（＊Ｔ↓［ｌ］／＊ｘ），其中（＊Ｔ↓［ｓ］／＊ｘ）为界面处固相一侧的温度梯度，由固相一侧温度的空间各点有限差分得到，（＊Ｔ↓［ｌ］／＊ｘ）为界面处液相一侧的温度梯度，由液相一侧温度的空间各点有限差分得到；待测样品的固相导热率（ｋ↓［ｓ］）及液相导热率（ｋ↓［ｌ］），通过引入一热导率已知为（ｋ↓［ａ］）的辅助导热平片，在得到该平片上、下表面及平片一侧样品中一点处的温度信息后，通过参比法得到；相变界面的移动速率（ｄｓ／ｄｔ）通过不同时刻（ｔ）的界面位置（ｓ）的时间差分得到；利用被测生物样品固、液相交界面（ｓ）处的能量连续方程Ｌ＝（ｋ↓［ｓ］·＊Ｔ↓［ｓ］／＊ｘ－ｋ↓［ｌ］·＊Ｔ↓［ｌ］／＊ｘ）／ｄｓ／ｄｔ│↓［ｓ］，得出待测生物样品的潜热（Ｌ）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于生物样品在冻结或融化过程中的温度信息来测定待测生物样品潜热的测量方法及装置。
技术介绍
低温生物学是近年来新兴并得到迅猛发展的交叉学科，随着研究的深入，其在各行各业的应用引人注目。医学方面，冷冻保存医用生物材料并进行移植是当前低温医学中最活跃的领域之一。医用生物材料的冷冻保存包括血液细胞、造血细胞、生殖细胞的冷冻保存；皮肤、角膜、骨与软骨、心脏瓣膜和大血管、内分泌腺以及器官等的低温保存。除冷冻保存外，冷冻外科是低温生物学在医学方面又一十分重要的应用。冷冻外科是利用低温冷冻方法破坏病变，最后达到去除病灶的目的，所以又称为低温手术。目前，冷冻外科在许多临床科目中都获得了应用，如口腔科、皮肤科、耳鼻喉科、眼科、外科、妇科等。其中，外科领域的各种肿瘤治疗最受关注。另一方面，在农、林、医药、食品等行业中，低温生物学也带来了巨大的效益，比如在挽救濒危珍稀植物、保护生物等方面也产生了深远的影响。以上低温生物学的应用，总的来说，可分为低温保存和低温外科。在这两类应用中，低温达到了保存或破坏细胞组织功能和结构这两种截然不同的目的。研究表明，低温保存和低温外科中细胞和组织的损伤与冷冻过程的降温速率和复温过程的升温速率有着密切关系(刘金刚，刘作斌主编，低温医学，北京人民卫生出版社，1993)。因此，冷冻与复温过程中，建立合适的降温升温程序是成功的关键因素。而这里面，不可避免的会遇到相变问题。而对相变问题的研究，潜热参数的确定必不可少。总之，由于上述原因，就生物材料的相变潜热测量方法和仪器的研究一直是人们竞相探索的目标。测量生物材料的相变潜热一般都采用DSC(Differential Scanning Calorimetry)方法。一方面该法所用的仪器十分昂贵，且操作起来十分繁琐。最主要的是，受其原理的限制，该法必需采用足够小的降温和升温速率，因而无法测得不同降温及升温速率下的相变潜热。此外，DSC方法测得的潜热实际为潜热与显热之和，只不过显热相对来说要比潜热小很多，而这不可避免地会引入新的测量误差。目前，还没有一种方法能测得不同降温及升温速率下的相变潜热。为此，本专利技术提供一种新的有较宽适用性的测定方法，不仅对低温生物领域的研究十分重要，而且对其它涉及相变(凝固或熔化或融化)的领域如合金材料等的研究也很有意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测定生物样品冻结或融化过程中潜热的方法；本专利技术的另一目的在于提供一种测定生物样品冻结或融化过程中潜热的装置；本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的测定生物样品冻结或融化过程中潜热的方法，其步骤如下(1)对样品实施冻结或融化，以在样品内部造成变化的温度场；(2)采集生物样品温度场中沿冻结或融化方向空间各点x处的瞬态固相温度Ts及液相温度Tl信息；(3)将得到的瞬态温度信息输入至计算机中进行有限差分数据处理，得到待测生物样品沿冻结或融化方向上固、液相交界面s两侧的温度梯度Ts/x、Tl/x，其中Ts/x为界面处固相一侧的温度梯度，由固相一侧温度的空间各点有限差分得到，Tl/x为界面处液相一侧的温度梯度，由液相一侧温度的空间各点有限差分得到；待测样品的固相导热率ks及液相导热率kl，通过引入一热导率已知为ka的辅助导热平片，在得到该平片上、下表面及平片一侧样品中一点处的温度信息后，通过参比法得到；相变界面的移动速率ds/dt通过不同时刻t的界面位置s的时间差分得到；利用被测生物样品固、液相交界面s处的能量连续方程L=(ks·∂Ts/∂x-kl·∂Tl/∂x)ds/dt|s]]>得出待测生物样品的潜热L；所述待测生物样品为固态生物样品或液态生物样品。本专利技术提供的测定生物样品冻结或融化过程中相变潜热的测量装置，包括制冷器c、样品室f、温度传感器、数据采集仪和计算机，所述制冷器c为由多级Peltier半导体制冷元件构成的平面制冷器，其制冷器c上端面上放置样品室f，下端面处设置有带散热肋片的散热器b，制冷器c与样品室f之间设有导热铜片d；导热铜片d与制冷器c及样品室f之间涂有导热硅酯；样品室f底部设有一热导率已知的辅助平片j1，辅助平j1的下表面中心位置处嵌有温度传感器1；样品室f顶部设有一热导率已知的辅助平j2，其上下表面上分别镶嵌温度传感器8和9；辅助平片j2固定连接有可在样品室上盖板的垂向通孔中滑动的活塞k；样品室f中垂向设置2-7个温度传感器；温度传感器的引线由活塞k的中心孔引出，并连接在数据采集仪的输入端；温度传感器1、8和9的引线由样品室f引出并连接在数据采集仪的输入端，数据采集仪的输出端口与用于将热电偶输入的瞬态温度数据进行有限差分数据处理，得出被测样品相变潜热的计算机输入端口相连；所述的样品室f由玻璃或有机玻璃作成，其内部空间为10mm×10mm×10mm到100mm×100mm×100mm之间；所述的样品室f外壁刻有标尺；样品室f外侧设置有机玻璃罩；所述的制冷器c的上表面面积为10mm×10mm到100mm×100mm范围；所述散热器b的散热肋片由铝或铜做成；所述制冷器c的电源为可调节电压大小的调节电源；所述制冷器c上表面覆盖的高导热铜片厚度为0.1到2mm；辅助平片j1、j2为玻璃或塑料制做的辅助平片。下面对本专利技术提供的测试原理予以说明在生物材料各种热参数的测量途径中，热方法因其简捷性和价格低廉而逐渐受到注意。从热学角度出发，本专利技术给出一种新型的测定生物样品潜热的方法和装置。样品在热过程中具有普遍适用性的热量平衡关系式为，ρc=∂T∂t=▿·(k▿T)---(1)]]>其中ρ，c分别为样品的密度、比热；k为样品的热导率。上式可进一步表示为ρc∂T∂t=∂∂x(k∂T∂x)+∂∂y(k∂T∂y)+∂∂z(k∂T∂z)----(2)]]>为简便起见，我们仅考虑一维情形，生物材料热导率一般取常数，于是(2)式化简为ρc∂Ts∂t=k∂2Ts∂x2----(3)]]>生物材料发生相变后，冻结相的热导率发生变化，未冻结相的热导率不变。这样冻结相与未冻结相的热量平衡关系式分别为ρc∂Ts∂t=ks∂2Ts∂x2-----(4)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，邓中山，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：