Cristalización del hidrato de metano en gotas de agua sésil

Se puede probar el efecto de varios aditivos en la morfología del hidrato de gas y en la estabilidad de la temperatura de la presión. Pero el principal interés radica en averiguar cómo las biomoléculas pueden interactuar y afectar a los hidratos de gas in situ. La principal ventaja de este protocolo es que se puede formar de forma reproducible una cáscara de hidrato en una gota sésil de forma segura.

Nivelar la etapa de gotas es un desafío y necesita práctica ya que la gota se desliza en una etapa desigual. Además, familiarícese con las conexiones Swagelok y la seguridad con respecto a los gases inflamables de alta presión. Comience conectando el regulador del cilindro de metano a la bomba con una tubería de cobre de una por cuatro pulgadas utilizando un nuevo juego de tuercas y virolas.

Pegue una punta flexible de tubo intravenoso, corte un ángulo, hasta el final de la cánula para ayudar a dirigir la gota hacia la ventana de zafiro. Conecte una jeringa de un mililitro a la cánula y tire del volumen deseado de agua desionizada. Sin la válvula de aguja o la ventana de zafiro conectada, inserte el extremo de la cánula en la tabla superior y practique expulsar la gota al centro del escenario.

Vuelva a colocar la ventana de zafiro y las arandelas con tornillos M8 y conecte la válvula de la celda de presión superior. Conecte la manguera trenzada de acero inoxidable de la bomba de presión a la celda de presión. Y verifique que todas las conexiones desde el cilindro de gas hasta la celda de presión estén apretadas.

Abra la válvula de entrada de la celda de presión y configure la celda de presión en el acuario. A continuación, inserte un cable de fuente de luz de fibra óptica en el puerto de iluminación de la celda de presión. En un acuario lleno de una proporción de 50/50 de etanol y agua, agregue más etanol a medida que el nivel de la solución caiga en las siguientes semanas, hasta que esté nivelado con la parte superior de la celda de presión, justo debajo de la conexión de la fuente de luz.

Ajuste el enfriador a la temperatura que alcanzará aproximadamente cero a tres grados centígrados dentro de la celda y comience a circular a través de las bobinas. Encienda el flujo de aire hacia la parte frontal del acuario para evitar la condensación en la superficie del acuario. Inicie un registro de temperatura en el software del registrador de datos.

Establezca el intervalo de escaneo en 30 segundos y espere hasta que la temperatura dentro de la celda de presión sea estable a dos grados centígrados. Después de colocar la cámara, encienda la fuente de luz a aproximadamente el 80% y abra el software de la cámara. En Live View, enfoca la lente de la cámara en la cámara interna de la célula y ajusta la fuente de luz para obtener la mejor imagen.

Inicie un nuevo registro de temperatura con un intervalo de escaneo de un segundo. Si está conectado, desconecte la válvula de la aguja de salida en el puerto superior de la celda de presión. Conecte una jeringa de un mililitro a la cánula y tire del volumen deseado de agua desionizada.

Inserte la cánula a través de la placa superior hasta que la punta sea visible en el software de la cámara en el modo Live View. Expulse la gota de líquido de la jeringa sobre el termopar central. A continuación, vuelva a colocar la válvula de la aguja.

Enfoca la cámara en la gota de la celda de presión. Comience las imágenes de lapso de tiempo cada 60 segundos. Abra el software del transductor de presión en la computadora portátil.

Comience a recopilar datos en el gráfico y el registro de datos en el intervalo de escaneo de un segundo, y espere hasta que la temperatura de la gota sea estable entre cero y tres grados centígrados. Encienda la bomba y el controlador. Cierre la válvula de entrada de la bomba de presión.

Abra la válvula de salida de la bomba y las válvulas de la celda de presión. Tarar la presión de la bomba presionando cero en el controlador de la bomba de presión. Seleccione Bomba A en el controlador de la bomba de presión para supervisar la presión.

Asegúrese de que la bomba de presión esté vacía si un fluido diferente al gas metano estaba presente en la bomba. Haga esto estableciendo el flujo máximo y el flujo constante a 100 mililitros por minuto y presionando Ejecutar. Déjelo en funcionamiento hasta que la bomba esté vacía.

Cierre la válvula de salida de la bomba y abra la válvula de entrada de la bomba. Abra el cilindro de gas y configure el regulador del cilindro de gas a 1.000 kilopascales. Presione Recarga en el controlador de la bomba de presión.

Cuando la bomba esté llena y cerca de 1.000 kilopascales, cierre la válvula de entrada de la bomba y el cilindro de gas. Abra ligeramente la válvula de salida de la bomba a la celda. Monitoree la presión de la celda de presión en el software del transductor de presión, ya que puede disminuir debido a la temperatura relativamente más baja en la celda de presión.

Establezca el flujo máximo a 10 mililitros por minuto, la presión máxima a 5,000 kilopascales y la presión constante a 1, 000 kilopascales en el controlador de la bomba de presión como se describe en el manuscrito de texto. Presione Ejecutar. Cuando se alcance 1.000 kilopascales, pulse Stop en el controlador de la bomba y cierre la válvula de salida de la bomba.

Controle la presión en la celda de presión para asegurarse de que no haya fugas. Si la presión baja, use el detector de fugas de líquido para encontrar la fuga en las conexiones y apriete cuidadosamente los componentes con fugas. Si la celda es estable, abra la salida de la bomba y ajuste la presión constante gradualmente a 2, 000, 3, 000, 4, 000 y 5, 000 kilopascales, monitoreando la estabilidad de la celda presionando Stop después de cada configuración.

Si la presión es estable, cierre la salida de la bomba y espere alrededor de 12 a 24 horas para que el gas penetre en la gota. Cambie el lapso de tiempo para tomar imágenes cada dos a cinco segundos. Agregue hielo seco a la parte superior de la célula hasta que la cáscara de hidrato se vea en lapso de tiempo.

Si el hielo seco se desliza, coloque cinta adhesiva alrededor de la parte superior de la celda. Observe el progreso de la formación de hidrato de metano a través de fotos de lapso de tiempo durante dos a seis horas. Despresurice la celda a 2, 000 kilopascales abriendo la salida de la bomba y estableciendo la presión constante a 2, 000 kilopascales, observando cuándo se produce la fusión.

Después de 30 minutos, vuelva a presurizar la celda de presión a 5, 000 kilopascales para observar el efecto de memoria. Tenga en cuenta cuando una cáscara de hidrato comienza a reformarse y deje que la cáscara se forme durante 30 minutos a dos horas. Despresurice la celda abriendo la salida de la bomba y ajuste la presión constante a 100 kilopascales.

Si hay presión residual en la celda de presión, abra ligeramente la válvula superior de la celda de presión en 1/16 pulgadas. Guarde los datos de presión y temperatura como archivos CSV. Retire la gota retirando la válvula de la celda de presión superior y extrayendo la gota con la jeringa, la cánula o el tubo INTRAV.

Siga las instrucciones en el manuscrito de texto si hay una preocupación por la contaminación entre los ensayos. Hay una clara diferencia morfológica en la formación de conchas de hidrato forzadas por hielo seco, donde la gota de agua pasó de una superficie reflectante lisa a una cáscara de hidrato opaca con una ligera superficie dendrítica. La adición de 100 microgramos por mililitro en las proteínas anticongelantes tipo uno alteró la morfología del hidrato al inducir bordes estriados a lo largo de la gota y protuberancias desde la parte superior de la gota.

Después de que la cáscara de hidrato se desarrolló durante una hora, la célula se despresurizó a dos megapascales, lo que llevó a una caída de 2 a 5 grados Celsius en la temperatura cerca de la curva de estabilidad P / T. Debido a la disociación exotérmica de hidratos, la disociación de hidratos se confirmó mediante la fusión visual a través de imágenes de lapso de tiempo al comienzo de la disminución de la temperatura. Los controles negativos sin gotas y con una gota que no formó una cáscara hidratada no mostraron disminución de la temperatura durante la despresurización.

Debido a que el vértice de cada grado de temperatura estaba por encima de la curva de estabilidad P/T previamente establecida, se calculó una curva de regresión basada en el ápice P/T de estos ensayos. Dos cosas son importantes a tener en cuenta al realizar este protocolo. Uno, verifique que todas las conexiones estén seguras antes de presurizar, y dos, practique la expulsión de la gota antes de conectar la ventana de zafiro.

Siguiendo este protocolo, se puede calcular el consumo de gas, así como analizar las imágenes para calcular el espesor de la cáscara del hidrato, para determinar el volumen de hidrato formado.