Cristallisation de l’hydrate de méthane sur les gouttelettes d’eau sessile

L’effet de divers additifs sur la morphologie des hydrates de gaz et sur la stabilité de la température de pression peut être testé. Mais l’intérêt principal réside dans la découverte de la façon dont les biomolécules peuvent interagir et affecter les hydrates de gaz in situ. Le principal avantage de ce protocole est que l’on peut former de manière reproductible une coquille hydratée sur une gouttelette sessile en toute sécurité.

Le nivellement de l’étape de gouttelette est difficile et nécessite de la pratique car la gouttelette glisse sur une scène inégale. Familiarisez-vous également avec les connexions Swagelok et la sécurité concernant les gaz inflammables à haute pression. Commencez par connecter le régulateur de cylindre de méthane à la pompe avec un tuyau en cuivre d’un pouce sur quatre à l’aide d’un nouvel ensemble d’écrous et de ferrules.

Collez une pointe flexible de tube IV, coupez un angle, à l’extrémité de la canule pour aider à diriger la gouttelette vers la fenêtre en saphir. Fixez une seringue d’un millilitre à la canule et tirez le volume d’eau désionisée souhaité. Sans la valve à aiguille ou la fenêtre en saphir attachée, insérez l’extrémité de la canule dans la planche supérieure et entraînez-vous à expulser la gouttelette sur la scène centrale.

Reconnectez la fenêtre en saphir et les rondelles avec des vis M8 et fixez la vanne de la cellule de pression supérieure. Connectez le tuyau en acier inoxydable tressé de la pompe à pression à la cellule de pression. Et vérifiez que toutes les connexions de la bouteille de gaz à la cellule de pression sont étanches.

Ouvrez la vanne d’entrée de la cellule de pression et réglez la cellule de pression dans l’aquarium. Insérez ensuite un câble de source lumineuse à fibre optique dans le port d’éclairage de la cellule de pression. Dans un aquarium rempli d’un rapport 50/50 d’éthanol et d’eau, ajoutez plus d’éthanol au fur et à mesure que le niveau de la solution diminue dans les semaines suivantes, jusqu’à ce qu’il soit au niveau supérieur de la cellule de pression, juste en dessous de la connexion de la source lumineuse.

Réglez le refroidisseur à la température qui atteindra environ zéro à trois degrés Celsius à l’intérieur de la cellule et commencez à circuler à travers les bobines. Activez le flux d’air vers l’avant de l’aquarium pour éviter la condensation à la surface de l’aquarium. Démarrez un journal de température dans le logiciel de l’enregistreur de données.

Réglez l’intervalle de balayage sur 30 secondes et attendez que la température à l’intérieur de la cellule de pression soit stable à deux degrés Celsius. Une fois la caméra placée, allumez la source lumineuse à environ 80% et ouvrez le logiciel de la caméra. Dans Live View, focalisons l’objectif de la caméra sur la chambre interne de la cellule et ajustez la source lumineuse pour une meilleure imagerie.

Démarrez un nouveau journal de température avec un intervalle de balayage d’une seconde. Si vous êtes fixé, détachez la vanne de l’aiguille de sortie dans l’orifice supérieur de la cellule de pression. Fixez une seringue d’un millilitre à la canule et tirez le volume d’eau désionisée souhaité.

Insérez la canule à travers la carte supérieure jusqu’à ce que la pointe soit visible dans le logiciel de l’appareil photo en mode Live View. Expulser la gouttelette de liquide de la seringue sur le thermocouple central. Ensuite, reconnectez la vanne à aiguille.

Focalisation de la caméra sur la gouttelette dans la cellule de pression. Commencez l’imagerie time-lapse toutes les 60 secondes. Ouvrez le logiciel du transducteur de pression sur l’ordinateur portable.

Commencez à collecter des données sur le graphique et le journal de données à l’intervalle de balayage d’une seconde, et attendez que la température des gouttelettes soit stable entre zéro et trois degrés Celsius. Allumez la pompe et le contrôleur. Fermez la vanne d’entrée de la pompe à pression.

Ouvrez la vanne de sortie de la pompe et les vannes de la cellule de pression. Tare la pression de la pompe en appuyant sur zéro sur le contrôleur de la pompe à pression. Sélectionnez Pompe A sur le contrôleur de pompe à pression pour surveiller la pression.

Assurez-vous que la pompe à pression est vide si un autre fluide que le méthane était présent dans la pompe. Pour ce faire, réglez le débit maximal et le débit constant à 100 millilitres par minute et appuyez sur Exécuter. Laissez-le fonctionner jusqu’à ce que la pompe soit vide.

Fermez la vanne de sortie de la pompe et ouvrez la vanne d’entrée de la pompe. Ouvrez la bouteille de gaz et réglez le régulateur de la bouteille de gaz sur 1 000 kilopascals. Appuyez sur Recharger sur le contrôleur de la pompe à pression.

Lorsque la pompe est pleine et proche de 1 000 kilopascals, fermez la vanne d’admission de la pompe et la bouteille de gaz. Ouvrez légèrement la vanne de sortie de la pompe sur la cellule. Surveillez la pression de la cellule de pression dans le logiciel du transducteur de pression, car elle peut diminuer en raison de la température relativement plus basse dans la cellule de pression.

Réglez le débit maximal à 10 millilitres par minute, la pression maximale à 5 000 kilopascals et la pression constante à 1 000 kilopascals sur le contrôleur de la pompe à pression comme décrit dans le manuscrit du texte. Appuyez sur Exécuter. Lorsque 1 000 kilopascals sont atteints, appuyez sur Stop sur le contrôleur de la pompe et fermez la vanne de sortie de la pompe.

Surveillez la pression dans la cellule de pression pour vous assurer qu’il n’y a pas de fuites. Si la pression chute, utilisez le détecteur de fuite de liquide pour trouver la fuite au niveau des connexions et serrez soigneusement les composants qui fuient. Si la cellule est stable, ouvrez la sortie de la pompe et réglez progressivement la pression constante à 2 000, 3 000, 4 000 et 5 000 kilopascals, en surveillant la stabilité de la cellule en appuyant sur Arrêter après chaque réglage.

Si la pression est stable, fermez la sortie de la pompe et attendez environ 12 à 24 heures que le gaz pénètre dans la gouttelette. Changez le time-lapse pour prendre des images toutes les deux à cinq secondes. Ajoutez de la glace carbonique au sommet de la cellule jusqu’à ce que la coquille hydratante soit vue en accéléré.

Si la glace carbonique glisse, apposez du ruban adhésif autour du haut de la cellule. Observez la progression de la formation d’hydrate de méthane à l’avance de photos en accéléré pendant deux à six heures. Dépressuriser la cellule à 2 000 kilopascals en ouvrant la sortie de la pompe et en réglant la pression constante à 2 000 kilopascals, en notant quand la fusion se produit.

Après 30 minutes, repressurisez la cellule de pression à 5 000 kilopascals pour observer l’effet mémoire. Notez quand une coquille hydratée commence à se reformer et laissez la coquille se former pendant 30 minutes à deux heures. Dépressuriser la cellule en ouvrant la sortie de la pompe et en réglant la pression constante à 100 kilopascals.

S’il y a une pression résiduelle dans la cellule de pression, ouvrez légèrement la soupape supérieure de la cellule de pression de 1/16 pouce. Enregistrez les données de pression et de température sous forme de fichiers CSV. Retirez la gouttelette en retirant la valve de la cellule de pression supérieure et en extrayant la gouttelette avec la seringue, la canule ou le tube IV.

Suivez les instructions dans le manuscrit textuel s’il y a un problème de contamination entre les essais. Il y a une nette différence morphologique lors de la formation de coquilles hydratées forcées par la glace carbonique, où la gouttelette d’eau est passée d’une surface réfléchissante lisse à une coquille hydratée opaque avec une légère surface dendritique. L’ajout de 100 microgrammes par millilitre aux protéines antigel de type un a modifié la morphologie de l’hydrate en induisant des bords striés le long de la gouttelette et des protubérances du haut de la gouttelette.

Après que la coquille d’hydrate se soit développée pendant une heure, la cellule a été dépressurisée à deux mégapascals, entraînant une chute de température de 2 à 5 degrés Celsius près de la courbe de stabilité P / T. En raison de la dissociation exothermique des hydrates, la dissociation des hydrates a été confirmée par fusion visuelle par imagerie time-lapse au début de la diminution de la température. Les témoins négatifs sans gouttelette et avec une gouttelette qui n’a pas formé une coquille d’hydrate n’ont montré aucune diminution de la température pendant la dépressurisation.

Étant donné que le sommet de chaque degré de température était supérieur à la courbe de stabilité P/T précédemment établie, une courbe de régression a été calculée en fonction du sommet P/T de ces essais. Deux choses sont importantes à garder à l’esprit lors de l’exécution de ce protocole. Premièrement, vérifiez que toutes les connexions sont sécurisées avant de pressuriser, et deuxièmement, entraînez-vous à expulser la gouttelette avant de fixer la fenêtre en saphir.

En suivant ce protocole, on peut calculer la consommation de gaz ainsi qu’analyser les images pour calculer l’épaisseur de la coquille d’hydrate, pour déterminer le volume d’hydrate formé.