A Laser rápida Sondagem Método facilita a determinação não invasiva e sem contato das propriedades térmicas da folha

Summary

Um método foi desenvolvido para determinar a capacidade térmica específica e a condutividade térmica do tecido foliar por sondagem a laser infravermelho próximo não invasiva e sem contato, que requer menos de 1 min por amostra.

Abstract

As plantas podem produzir substâncias valiosas tais como metabolitos secundários e proteínas recombinantes. A purificação deste último a partir da biomassa da planta pode ser racionalizada por tratamento térmico (branqueamento). Um aparelho de branqueamento pode ser concebido de forma mais precisa se as propriedades térmicas das folhas são conhecidos em detalhe, isto é, a capacidade de calor específico e condutividade térmica. A medição destas propriedades é demorado e trabalhoso, e geralmente requer métodos invasivos que em contacto com a amostra directamente. Isto pode reduzir o rendimento do produto e podem ser incompatíveis com as exigências de contenção, por exemplo, no contexto de boas práticas de fabrico. Para resolver estas questões, um método não-invasivo, sem contato foi desenvolvido que determina a capacidade de calor específico e condutividade térmica de uma folha da planta intacta em cerca de um minuto. O método envolve a aplicação de um curto impulso de laser de comprimento e intensidade definida a uma pequena área doamostra de folha, fazendo com que um aumento de temperatura que é medido usando um sensor de infravermelho próximo. O aumento da temperatura é combinada com as propriedades conhecidas da folha (espessura e densidade) para determinar a capacidade de calor específico. A condutibilidade térmica é então calculada com base no perfil da queda de temperatura subsequente, tomando radiação térmica e a transferência de calor por convecção em conta. Os cálculos associados e aspectos críticos da manipulação da amostra são discutidos.

Introduction

O processamento em larga escala de materiais biológicos, muitas vezes requer passos de tratamento térmico, tais como a pasteurização. O equipamento de tais processos pode ser concebido de forma mais precisa se as propriedades térmicas dos materiais biológicos estão bem caracterizadas, incluindo a capacidade de calor específico (c _{p, s)} e da condutibilidade térmica (λ). Estes parâmetros podem ser determinados facilmente para líquidos, suspensões e homogeneizados por calorimetria ^1. No entanto, medição tais parâmetros em amostras sólidas pode ser trabalhoso, e muitas vezes requer o contato direto com a amostra ou até mesmo sua de....

Protocol

1. cultivo de plantas e Preparação de Amostras

1. Lavar cada bloco de lã mineral com 2/1 L de água desionizada e, subsequentemente, com 1 L de 0,1% [m / v] solução de fertilizante. Coloque uma tabaco (Nicotiana tabacum ou N. benthamiana) semente em cada bloco e suavemente nivelado com 0,25 L de solução de fertilizante sem lavar a descendência.
2. Cultivar as plantas para 7 semanas em uma estufa ou phytotron com 70% de umidade relativa, um fotoperíodo de 16 h (180 mol s ^{- 1} m ^{- 2;} λ = 400-700 nm) e uma / temperatura escuro 25/22 ° C luz regime.
3. Mover as plantas para o aparelho de me....

Results

Medição das propriedades da folha

Usando o método acima microscópica, uma espessura de folha 0,22-0,29 × ^10-3 m foi determinada para ambos N. tabacum (0,25 ± 0,04 × ^10-3 m, n = 33) e N. benthamiana (0,26 ± 0,02 x 10 ^{- 3} m, n = 24), o que está bem dentro da 0,20-0,33 × 10 ^- intervalo de razões m ³ previamen.......

Discussion

A, método de medição não destrutivo sem contacto descrito acima pode ser utilizado para determinar c _{p, s} e ʎ de uma forma simultânea e reprodutível. O cálculo de ʎ em particular depende de vários parâmetros que são sensíveis a erros. No entanto, o impacto dos erros era linear ou sub-proporcional, e o coeficiente de variação para todos os parâmetros se verificou ser inferior a 10%. Embora o método pode, assim, ser considerada como robusta, algumas melhorias técnicas podem ser feitas para reduzir as r.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tubo de 1"	Thorlabs	SM1L10E	Tubo para suporte de fibra
Agarose	Sigma Aldrich	A0701
Lente Bi-Convexa Agarose f=25.4	Thorlabs	LB1761	Lense
Digital Handheld Optical  Console de Medidor de Energia e Energia	Thorlabs	PM100D	Console para sensor de absorção de superfície térmica
Osciloscópio Digital de Fósforo		Tektronix	Osciloscópio
DMR	Leica	n.a.Microscópio	de luz
Falcon 50 mL Tubos de centrífuga cônicos	Fisher Scientific	14-432-2	Pycnômetro
Ferty 2 Mega	Kammlott	5.220072	Suporte de fibra de fertilizante
	Thorlabs		Suporte de fibra
Forma -86 ° C ULT freezer	ThermoFisher	88400	Freezer
Greenhouse	n.a.n.a.Para		cultivo de plantas
Grodan Rockwool Cubes 10 x 10 cm	Grodan	102446	Rockwool block
Detector infravermelho Optris CT	Optris	OPTCTLT15	Detector infravermelho
Software detector infravermelho Compact Connect	Optris	n.a.Software	de controle para detector infravermelho
Espectrofotômetro UV/VIS Lambda 1050	PerkinElmer	L1050	Espectrofotômetro UV/VIS
Laser 400 μ m, 1.550  Módulo de Acoplamento de Fibra de Barra Única Refrigerado por Condução nm	DILAS	M1F-SS2.1
Capa de Laser	Laser	Amtron	LM200
Driver de Laser	Driver de Laser	Amtron	CS 408
Osram branco frio 36 W	Osram	4930440	Fonte de luz
Sensor de fotodiodo	Thorlabs	PDA20H-EC	Sensor de potência para medições de transmissão
Peso de precisão Ohaus Analytical Plus	Ohaus	80251552	Peso de precisão
Quadro de amostra	Fraunhofer ILT	n.a.Fixação	da amostra de folha
Software Pyro Control	Amtron	n.a.Software	de controle de potência a laser
Suporte de aço inoxidável	n.a.n.a	.	Suporte para configuração de medição
Placas de Teflon 2 cm	Fraunhofer ILT	n.a.Atenuação	Teflon
Absorvedor térmico de superfície Sensor de potência	Thorlabs	S314C	Sensor para medições de potência do laser
Vibratome	Leica	1491200S001	Vibratome
Zoc/Pro 6.51	Software Inovador EmTec	n.a.Software	de Controle a Laser