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

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 destruição ^2. Por exemplo, as técnicas fototérmicos requerem contato direto entre a amostra eo detector ^3. Tais limitações são aceitáveis durante o processamento de alimentos, mas são incompatíveis com os processos altamente regulados, tais como a produção de proteínas biofarmacêuticas em plantas no contexto das boas práticas de fabricação ^4. Eun tal contexto, repetido (por exemplo, semanalmente) monitoramento das propriedades térmicas podem ser necessárias durante um período de crescimento de sete semanas para as plantas individuais como uma ferramenta de controle de qualidade. Se uma tal monitorização exigiria e consumir uma folha para cada medição, não haveria esquerda para a processar, no momento da colheita da biomassa.

Além disso, utilizando apenas partes de folha em vez iria causar ferimentos para a planta e aumentar o risco de necrose ou infecção patogénica, novamente diminuindo o rendimento do processo. O risco de infecção patogénica pode também aumentar se com um método de contacto directo com a amostra seria usado, induzir o risco de que um lote inteiro de plantas podem ser infectados através de contacto com um sensor de dispositivo contaminado. Aspectos semelhantes têm que ser consideradas para o monitoramento da planta salienta como a seca, por exemplo, em um contexto ecofisiológico. Por exemplo, a perda de água é frequentemente acompanhada por uma alteração na biomassa fresca, o que requer uma Tre invasivaatment das plantas sob investigação ^5, por exemplo, dissecando uma folha. Em vez disso, a determinação da capacidade de calor específico, que depende do teor de água de uma amostra, de um modo não-invasivo, como descrito aqui, pode ser utilizada como um parâmetro alternativo para o estado de hidratação das plantas. Em ambos os casos (produção farmacêutica e ecofisiologia), tensões artificiais induzidas por técnicas de medição destrutivas ou invasivos seria prejudicial uma vez que pode distorcer os dados experimentais. Métodos de flash Portanto, relatados anteriormente ⁶ ou a colocação de amostras entre as placas de prata ⁷ são inadequados para tais processos e experiências porque quer requerem contato direto com a amostra ou são destrutivos. Os parâmetros c _{p, s} e λ deve ser determinada, a fim de projetar os equipamentos de processo para um passo de branqueamento que podem simplificar a purificação do produto e, assim, reduzir os custos de fabricação ^8-10. ambos c_{p, s} e λ agora pode ser rapidamente determinada por infravermelho próximo não destrutivo (NIR) de laser sem contacto de sondagem de um modo consistente e reprodutível ¹¹ e este novo método irá ser explicado em detalhe a seguir. Os resultados obtidos com este método foram usadas com sucesso para simular a transferência de calor em folhas de tabaco ^12, permitindo que o design do equipamento de processamento apropriado e a selecção dos parâmetros correspondentes, tais como a temperatura de branqueamento.

O método é fácil de configurar (Figura 1) e tem duas fases, medição e análise, cada um dos quais compreende duas etapas principais. Na fase de medição, uma amostra de folhas é em primeiro lugar aquecida localmente por um impulso laser curto e a temperatura máxima da amostra é registado. O perfil de temperatura da amostra é então registada para a duração de 50 s. Na fase de análise, as propriedades da folha, como a densidade (facilmente e com precisão determinada pelo measurem picnométricoENT) são combinados com a temperatura máxima da amostra para calcular c _{p, s.} No segundo passo, o perfil de temperatura da folha é usada como entrada para uma equação do balanço de energia, tendo condução, convecção e radiação em consideração, para calcular λ.

As instruções detalhadas passo-a-passo são fornecidos na secção de protocolo, a expansão do conteúdo do vídeo de acompanhamento. medições típicas são mostrados na seção de resultados. Finalmente, os benefícios e as limitações do método são destacadas na seção de discussão, juntamente com potenciais melhorias e outras aplicações.

Figura 1: Os aparelhos utilizados para determinar as propriedades térmicas da folha. Uma. Fotografia do aparelho de medição utilizadas para determinar a capacidade de calor específico e condutividade térmica do leAves. Os dispositivos periféricos (computadores, osciloscópio) não são mostrados. B. Representação esquemática do aparelho de medição. O laser e os equipamentos conectados são destacadas em vermelho, o detector NIR para medição de temperatura é mostrado em roxo, a amostra da folha é verde e o sensor de potência fotodiodo é azul. C. Desenho dos elementos da configuração de medição, com o mesmo código de cores como em B. A barra indica o tamanho de 0,1 m. D. Screenshot ilustrando os elementos típicos do software de controle de laser. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.