Быстрой лазерный Зондирование Метод Облегчает неинвазивным и бесконтактный Определение Листа теплофизических свойств

Обработка крупномасштабный биологических материалов часто требует стадии термообработки, такие как пастеризация. Оборудование для таких процессов могут быть разработаны более точно , если тепловые свойства биологических материалов , хорошо охарактеризованы, в том числе удельной теплоемкости (с _{р, з)} и теплопроводности (X). Эти параметры могут быть легко определены для жидкостей, суспензий и гомогенатах калориметрии ^1. Тем не менее, измерение таких параметров , в твердых образцах может быть трудоемким и часто требует непосредственного контакта с образцом или даже его разрушения ^2. Например, методы фототермические требуют непосредственного контакта между образцом и детектором ^3. Такие ограничения являются приемлемыми в процессе обработки пищевых продуктов, но не совместимы с жестко регламентированных процессов , таких как производство биофармацевтических белков в растениях в контексте надлежащей производственной практики ^4. яп такой контекст, повторяется (например, еженедельно) мониторинг тепловых свойств может потребоваться в течение периода роста семи недель для отдельных растений в качестве инструмента контроля качества. Если такой контроль будет требовать и потреблять лист для каждого измерения, то не было бы никакой биомассы осталось обработать во время сбора урожая.

Кроме того, использование только части листа, а не приведет к ранении на завод и увеличить риск некроза или патогена инфекции, снова снижается выход продукта. Вероятность возбудителя инфекции также может возрасти, если метод с прямым контактом с образцом будет использоваться, вызывая риск того, что вся партия растений могут быть инфицированы в результате контакта с загрязненным сенсорного устройства. Подобные аспекты должны быть рассмотрены для мониторинга завода подчеркивает , как засухи, например, в экофизиологических контексте. Например, потеря воды часто контролируется изменением свежей биомассы, что требует инвазивных TREatment растений , находящихся под следствием ^5, например, рассекая лист. Вместо этого определения удельной теплоемкости, которая зависит от содержания воды в образце, в неинвазивным способом, как описано здесь, может быть использован в качестве суррогатного параметра для гидрацию растений. В обоих сценариях (фармацевтического производства и Экофизиология), искусственные напряжения, вызванные разрушительными или инвазивных методов измерения были бы вредны, поскольку они могут исказить экспериментальные данные. Таким образом, ранее сообщалось о способах Flash ⁶ или размещение образцов между серебряными пластинами ⁷ непригодны для таких процессов и экспериментов , поскольку они либо требуют непосредственного контакта с образцом или разрушительны. Параметры с _{р, s} и λ должно быть определено с целью разработки технологического оборудования для бланширования шаг , который может упростить очистку продукта и тем самым снизить затраты на производство ^8-10. Оба с_{р, s} и λ могут теперь быть быстро определяется бесконтактным неразрушающим ближней инфракрасной области (БИК) лазерного зондирования последовательным и воспроизводимым способом ¹¹ , и этот новый метод будет более подробно описано ниже. Результаты , полученные с помощью этого метода были успешно использованы для моделирования переноса тепла в листья табака ^12, что позволяет конструкцию соответствующего технологического оборудования и выбор соответствующих параметров , таких как температура бланшировки.

Метод прост в настройке (Рисунок 1) и имеет две фазы, измерения и анализа, каждый из которых состоит из двух основных этапов. В измерении фазы, образец листа сначала локально нагревается коротким лазерным импульсом, а максимальная температура образца регистрируется. Профиль температуры образца затем записывается на протяжении 50-х годов. На этапе анализа, свойства листа, такие как плотность (легко и точно определяется пикнометрической measuremлор) в сочетании с максимальной температурой образца для расчета С _{р, с.} На втором этапе, температурный профиль лист используется в качестве входных данных для уравнения баланса энергии, принимая проводимости, конвекции и излучения во внимание, чтобы вычислить Л.

Подробные инструкции шаг за шагом приведены в разделе протокола, расширение на содержание сопутствующего видео. Типичные измерения затем приведены в разделе результатов. И, наконец, преимущества и ограничения метода, выделены в разделе обсуждения наряду с потенциальными улучшений и дальнейшего применения.

Рисунок 1: Прибор используется для определения тепловых свойств листа. A. Фотография измерительного устройства используется для определения удельной теплоемкости и теплопроводности леAves. Периферийные устройства (компьютеры, осциллографов) не показаны. B. Схематическое изображение измерительного устройства. Лазер и подключенное оборудование, выделены красным цветом, детектор NIR для измерения температуры показана фиолетовым цветом, образец лист зеленый и датчик фотодиод мощности синего цвета. C. Нанесение элементов измерительной установки с тем же цветовым кодом, как и в B. Строка размер показывает 0,1 м. D. Снимок экрана, иллюстрирующий типичные элементы программного обеспечения управления лазером. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.