Ein Rapid-Laser Probing Verfahren erleichtert die Nicht-invasive und berührungslose Bestimmung der Blatt Thermische Eigenschaften

Johannes F. Buyel; Hannah M. Gruchow; Martin Wehner

doi:10.3791/54835

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Methodenartikel

Ein Rapid-Laser Probing Verfahren erleichtert die Nicht-invasive und berührungslose Bestimmung der Blatt Thermische Eigenschaften

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DOI:

10.3791/54835

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7. Januar 2017

Johannes F. Buyel¹^,² , Hannah M. Gruchow¹ , Martin Wehner³

¹Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V., ²Institute for Molecular Biotechnology, RWTH Aachen University, ³Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Es wurde eine Methode entwickelt, um die spezifische Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Blattgewebe durch nicht-invasive, berührungslose Nahinfrarot-Lasersondierung zu bestimmen, die weniger als 1 Minute pro Probe benötigt.

Zusammenfassung

Pflanzen können wertvolle Substanzen wie sekundäre Stoffwechselprodukte und rekombinante Proteine produzieren. Die Reinigung des letzteren aus pflanzlicher Biomasse kann durch Wärmebehandlung (Blanchieren) rationalisiert werden. A Blanchierens Vorrichtung kann genauer gestaltet werden , wenn die thermischen Eigenschaften der Blätter im Detail, dh der spezifischen Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit bekannt sind. Die Messung dieser Eigenschaften ist zeitaufwendig und arbeitsintensiv und erfordert in der Regel invasive Methoden, die die Probe direkt in Verbindung. Dies kann die Produktausbeute verringern und kann mit Contain Anforderungen, zum Beispiel im Rahmen der guten Herstellungspraxis unvereinbar. Um diese Probleme anzugehen, eine nicht-invasive, berührungslose Verfahren entwickelt, dass die spezifische Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit eines intakten Pflanzenblatt in etwa einer Minute bestimmt. Das Verfahren beinhaltet die Anwendung eines kurzen Laserimpuls von definierter Länge und Intensität auf einen kleinen Bereich derBlattprobe, um einen Temperaturanstieg verursacht, der einen nahen Infrarotsensor gemessen wird. Die Temperaturerhöhung wird mit bekannten Blatteigenschaften (Dicke und Dichte) kombiniert, um die spezifische Wärmekapazität zu bestimmen. Die Wärmeleitfähigkeit wird dann basierend auf dem Profil des anschließenden Temperaturabfalls berechnet, Wärmestrahlung und konvektive Wärmeübertragung berücksichtigt wird. Die dazugehörigen Berechnungen und kritische Aspekte der Handhabung der Proben werden diskutiert.

Einleitung

Die groß angelegte Verarbeitung von biologischen Materialien erfordert häufig Wärmebehandlungsschritte wie Pasteurisierung. Die Ausrüstung für solche Verfahren kann genauer gestaltet werden , wenn die thermischen Eigenschaften der biologischen Materialien gut charakterisiert sind, einschließlich der spezifischen Wärmekapazität (C _{p, s)} und der Wärmeleitfähigkeit (λ). Diese Parameter können leicht für Flüssigkeiten, Suspensionen und Homogenate von ¹ Kalorimetrie bestimmt werden. Allerdings Messung solcher Parameter in festen Proben können arbeitsintensiv sein und erfordert oft einen direkten Kontakt mit der Probe oder sogar die ....