Methanhydratkristallisation auf sessilen Wassertröpfchen

Die Wirkung verschiedener Additive auf die Gashydratmorphologie und die Drucktemperaturstabilität kann getestet werden. Das Hauptinteresse liegt jedoch darin, herauszufinden, wie Biomoleküle interagieren und Gashydrate in situ beeinflussen können. Der Hauptvorteil dieses Protokolls besteht darin, dass man reproduzierbar eine Hydrathülle auf einem sessilen Tröpfchen sicher bilden kann.

Das Nivellieren der Tröpfchenstufe ist eine Herausforderung und erfordert Übung, da das Tröpfchen auf einer unebenen Stufe gleitet. Machen Sie sich auch mit Swagelok-Verbindungen und der Sicherheit in Bezug auf brennbare Hochdruckgase vertraut. Beginnen Sie mit dem Anschluss des Methanzylinderreglers an die Pumpe mit einem ein mal vier Zoll großen Kupferrohr mit einem neuen Mutter- und Ferrule-Set.

Kleben Sie eine flexible Spitze aus IV-Schlauch, schneiden Sie einen Winkel an das Ende der Kanüle, um den Tröpfchen in Richtung saphirfenster zu lenken. Befestigen Sie eine Ein-Milliliter-Spritze an der Kanüle und ziehen Sie das gewünschte Volumen an entionisiertem Wasser ein. Wenn das Nadelventil oder das Saphirfenster angebracht ist, führen Sie das Ende der Kanüle in die obere Platine ein und üben Sie, den Tropfen auf die mittlere Bühne zu werfen.

Befestigen Sie das Saphirfenster und die Unterlegscheiben wieder mit M8-Schrauben und befestigen Sie das obere Druckzellenventil. Verbinden Sie den geflochtenen Edelstahlschlauch von der Druckpumpe mit der Druckzelle. Und überprüfen Sie, ob alle Verbindungen von der Gasflasche zur Druckzelle dicht sind.

Öffnen Sie das Druckzelleneinlassventil und stellen Sie die Druckzelle im Aquarium ein. Stecken Sie dann ein Glasfaser-Lichtquellenkabel in den Druckzellenbeleuchtungsanschluss. In einem Aquarium, das mit einem Verhältnis von 50/50 aus Ethanol und Wasser gefüllt ist, fügen Sie mehr Ethanol hinzu, wenn der Lösungsgehalt in den folgenden Wochen sinkt, bis er sich auf Höhe der Oberseite der Druckzelle befindet, direkt unter dem Lichtquellenanschluss.

Stellen Sie den Kühler auf die Temperatur, die in der Zelle etwa null bis drei Grad Celsius erreicht, und beginnen Sie, durch die Spulen zu zirkulieren. Schalten Sie den Luftstrom zur Vorderseite des Aquariums ein, um Kondensation auf der Aquarienoberfläche zu vermeiden. Starten Sie ein Temperaturprotokoll in der Datenlogger-Software.

Stellen Sie das Scanintervall auf 30 Sekunden ein und warten Sie, bis die Temperatur in der Druckzelle bei zwei Grad Celsius stabil ist. Nachdem die Kamera platziert wurde, schalten Sie die Lichtquelle auf ca. 80% ein und öffnen Sie die Kamerasoftware. Fokussieren Sie in live view das Kameraobjektiv auf die innere Kammer der Zelle und passen Sie die Lichtquelle für beste Bildgebung an.

Starten Sie ein neues Temperaturprotokoll mit einem Scanintervall von einer Sekunde. Falls angebracht, lösen Sie das Auslassnadelventil im oberen Anschluss der Druckzelle. Befestigen Sie eine Ein-Milliliter-Spritze an der Kanüle und ziehen Sie das gewünschte Volumen an entionisiertem Wasser ein.

Stecken Sie die Kanüle durch die obere Platine, bis die Spitze in der Kamerasoftware im Live-View-Modus sichtbar ist. Den Flüssigkeitströpfchen aus der Spritze über das zentrale Thermoelement ausstoßen. Schließen Sie dann das Nadelventil wieder an.

Fokussieren Sie die Kamera auf das Tröpfchen in der Druckzelle. Beginnen Sie alle 60 Sekunden mit der Zeitrafferbildgebung. Öffnen Sie die Druckmessumformer-Software auf dem Laptop.

Beginnen Sie mit dem Sammeln von Daten auf dem Diagramm und dem Datenprotokoll im Scanintervall von einer Sekunde und warten Sie, bis die Tröpfchentemperatur zwischen null und drei Grad Celsius stabil ist. Schalten Sie die Pumpe und den Regler ein. Schließen Sie das Einlassventil der Druckpumpe.

Öffnen Sie das Auslassventil der Pumpe und die Ventile der Druckzelle. Taran Sie den Pumpendruck, indem Sie Null auf den Druckpumpenregler drücken. Wählen Sie Pumpe A auf dem Druckpumpenregler, um den Druck zu überwachen.

Stellen Sie sicher, dass die Druckpumpe leer ist, wenn eine andere Flüssigkeit als Methangas in der Pumpe vorhanden war. Tun Sie dies, indem Sie den maximalen durchfluss und den konstanten Durchfluss auf 100 Milliliter pro Minute einstellen und Ausführen drücken. Lassen Sie es laufen, bis die Pumpe leer ist.

Schließen Sie das Pumpenauslassventil und öffnen Sie das Pumpeneinlassventil. Öffnen Sie die Gasflasche und stellen Sie den Gasflaschenregler auf 1.000 Kilopascal. Drücken Sie auf Nachfüllen am Druckpumpenregler.

Wenn die Pumpe voll und in der Nähe von 1.000 Kilopascal ist, schließen Sie das Pumpeneinlassventil und die Gasflasche. Öffnen Sie das Pumpenauslassventil leicht zur Zelle. Überwachen Sie den Druck der Druckzelle in der Druckmessumformer-Software, da er aufgrund der relativ niedrigeren Temperatur in der Druckzelle abnehmen kann.

Stellen Sie den maximalen Durchfluss auf 10 Milliliter pro Minute, den maximalen Druck auf 5.000 Kilopascal und den konstanten Druck auf 1.000 Kilopascal auf dem Druckpumpenregler ein, wie im Textmanuskript beschrieben. Klicken Sie auf Ausführen. Wenn 1.000 Kilopascal erreicht ist, drücken Sie Stopp am Pumpenregler und schließen Sie das Auslassventil der Pumpe.

Überwachen Sie den Druck in der Druckzelle, um sicherzustellen, dass keine Lecks vorhanden sind. Wenn der Druck abfällt, verwenden Sie das Flüssigkeitslecksuchgerät, um das Leck an den Anschlüssen zu finden und die undichten Komponenten vorsichtig festzuziehen. Wenn die Zelle stabil ist, öffnen Sie den Pumpenauslass und stellen Sie den konstanten Druck allmählich auf 2.000, 3.000, 4.000 und 5.000 Kilopascal ein und überwachen Sie die Zellstabilität, indem Sie nach jeder Einstellung Stop drücken.

Wenn der Druck stabil ist, schließen Sie den Pumpenauslass und warten Sie etwa 12 bis 24 Stunden, bis das Gas den Tröpfchen durchdringt. Schalten Sie den Zeitraffer so um, dass alle zwei bis fünf Sekunden Bilder aufgenommen werden. Fügen Sie Trockeneis an die Oberseite der Zelle hinzu, bis die Hydrathülle im Zeitraffer zu sehen ist.

Wenn das Trockeneis gleitet, kleben Sie Klebeband um die Oberseite der Zelle. Beobachten Sie den Fortschritt der Methanhydratbildung durch Zeitrafferfotos für zwei bis sechs Stunden. Drucken Sie die Zelle auf 2.000 Kilopascal ab, indem Sie den Pumpenauslass öffnen und den konstanten Druck auf 2.000 Kilopascal einstellen, wobei Sie feststellen, wann das Schmelzen auftritt.

Nach 30 Minuten die Druckzelle auf 5.000 Kilopascal unter Druck setzen, um den Memory-Effekt zu beobachten. Beachten Sie, wann sich eine Hydrathülle zu reformieren beginnt und lassen Sie die Schale 30 Minuten bis zwei Stunden lang bilden. Drucken Sie die Zelle ab, indem Sie den Pumpenauslass öffnen und den konstanten Druck auf 100 Kilopascal einstellen.

Wenn in der Druckzelle Restdruck vorhanden ist, öffnen Sie das Druckzellen-Ventil leicht um 1/16 Zoll. Speichern Sie die Druck- und Temperaturdaten als CSV-Dateien. Entfernen Sie den Tröpfchen, indem Sie das obere Druckzellenventil entfernen und das Tröpfchen mit der Spritze, der Kanüle oder dem Infusionsröhrchen extrahieren.

Befolgen Sie die Anweisungen im Textmanuskript, wenn zwischen den Versuchen Bedenken hinsichtlich einer Kontamination bestehen. Es gibt einen deutlichen morphologischen Unterschied bei der erzwungenen Hydrathüllenbildung von Trockeneis, bei der der Wassertropfen von einer glatten reflektierenden Oberfläche zu einer undurchsichtigen Hydrathülle mit einer leichten dendritischen Oberfläche überging. Die Zugabe von 100 Mikrogramm pro Milliliter bei Frostschutzproteinen vom Typ eins veränderte die Hydratmorphologie, indem sie geriffelte Kanten entlang des Tröpfchens und Vorsprünge von der Oberseite des Tröpfchens induzierte.

Nachdem sich die Hydrathülle eine Stunde lang entwickelt hatte, wurde die Zelle auf zwei Megapascal drucklos gemacht, was zu einem Temperaturabfall von 2 bis 5 Grad Celsius in der Nähe der P / T-Stabilitätskurve führte. Aufgrund der exothermen Hydratdissoziation wurde die Hydratdissoziation durch visuelles Schmelzen durch Zeitrafferbildgebung zu Beginn der Temperaturabnahme bestätigt. Negativkontrollen ohne Tröpfchen und mit einem Tröpfchen, das keine Hydrathülle bildete, zeigten während der Druckentlastung keine Temperaturabnahme.

Da der Scheitelpunkt jedes Temperaturgrades über der zuvor festgelegten P / T-Stabilitätskurve lag, wurde eine Regressionskurve basierend auf dem Apex-P / T dieser Versuche berechnet. Zwei Dinge sind wichtig zu beachten, wenn Sie dieses Protokoll ausführen. Erstens, überprüfen Sie, ob alle Verbindungen sicher sind, bevor Sie Druck ausüben, und zweitens üben Sie, den Tropfen auszustoßen, bevor Sie das Saphirfenster anbringen.

Nach diesem Protokoll kann man den Gasverbrauch berechnen und die Bilder analysieren, um die Dicke der Hydrathülle zu berechnen und das Volumen des gebildeten Hydrats zu bestimmen.