Cristallizzazione dell'idrato di metano su goccioline d'acqua sessili

È possibile testare l'effetto di vari additivi sulla morfologia dell'idrato di gas e sulla stabilità della temperatura di pressione. Ma l'interesse principale sta nello scoprire come le biomolecole possono interagire e influenzare gli idrati di gas in situ. Il vantaggio principale di questo protocollo è che si può formare in modo riproducibile un guscio idrato su una goccia sessile in modo sicuro.

Livellare la fase di goccioline è impegnativa e richiede pratica poiché la goccia scivola su un palcoscenico irregolare. Inoltre, familiarizzare con le connessioni Swagelok e la sicurezza per quanto riguarda i gas infiammabili ad alta pressione. Inizia collegando il regolatore del cilindro del metano alla pompa con un tubo di rame da uno per quattro pollici utilizzando un nuovo set di dadi e ghiere.

Incollare una punta flessibile di tubo IV, tagliare un angolo, fino all'estremità della cannula per aiutare a dirigere la goccia verso la finestra di zaffiro. Attaccare una siringa da un millilitro alla cannula e tirare il volume desiderato di acqua deionizzata. Senza la valvola a spillo o la finestra di zaffiro attaccata, inserire l'estremità della cannula nel bordo superiore e praticare l'espulsione della goccia sul centro della scena.

Ricollegare la finestra in zaffiro e le rondelle con viti M8 e collegare la valvola della cella di pressione superiore. Collegare il tubo in acciaio inossidabile intrecciato dalla pompa a pressione alla cella di pressione. E ricontrolla che tutti i collegamenti dalla bombola del gas alla cella di pressione siano stretti.

Aprire la valvola di ingresso della cella di pressione e impostare la cella di pressione nell'acquario. Quindi inserire un cavo sorgente luminosa in fibra ottica nella porta di illuminazione della cella di pressione. In un acquario riempito con un rapporto 50/50 di etanolo e acqua, aggiungere più etanolo quando il livello della soluzione scende nelle settimane successive, fino a quando non è a livello con la parte superiore della cella di pressione, appena sotto la connessione della sorgente luminosa.

Impostare il refrigeratore alla temperatura che raggiungerà approssimativamente da zero a tre gradi Celsius all'interno della cella e iniziare a circolare attraverso le bobine. Accendere il flusso d'aria verso la parte anteriore dell'acquario per evitare la condensa sulla superficie dell'acquario. Avviare un registro della temperatura nel software del data logger.

Impostare l'intervallo di scansione su 30 secondi e attendere che la temperatura all'interno della cella di pressione sia stabile a due gradi Celsius. Dopo aver posizionato la fotocamera, accendere la sorgente luminosa a circa l'80% e aprire il software della fotocamera. In Live View, focalizzate l'obiettivo della fotocamera sulla camera interna della cella e regolate la sorgente luminosa per ottenere immagini migliori.

Avviare un nuovo registro della temperatura con un intervallo di scansione di un secondo. Se collegato, staccare la valvola a spillo di uscita nella porta superiore della cella di pressione. Attaccare una siringa da un millilitro alla cannula e tirare il volume desiderato di acqua deionizzata.

Inserire la cannula attraverso la scheda superiore fino a quando la punta non è visibile nel software della fotocamera in modalità Live View. Espellere la goccia di liquido dalla siringa sopra la termocoppia centrale. Quindi ricollegare la valvola a spillo.

Focalizzare la fotocamera sulla goccia nella cella di pressione. Inizia l'imaging time-lapse ogni 60 secondi. Aprire il software del trasduttore di pressione sul laptop.

Inizia a raccogliere dati sul grafico e sul registro dati all'intervallo di scansione di un secondo e attendi che la temperatura delle goccioline sia stabile tra zero e tre gradi Celsius. Accendere la pompa e il controller. Chiudere la valvola di ingresso della pompa di pressione.

Aprire la valvola di uscita della pompa e le valvole della cella di pressione. Tarare la pressione della pompa premendo zero sul controller della pompa a pressione. Selezionare la pompa A sul controller della pompa di pressione per monitorare la pressione.

Assicurarsi che la pompa di pressione sia vuota se nella pompa era presente un fluido diverso dal gas metano. A tale scopo, impostare il flusso massimo e il flusso costante su 100 millilitri al minuto e premendo Run. Lasciarlo in funzione fino a quando la pompa non è vuota.

Chiudere la valvola di uscita della pompa e aprire la valvola di ingresso della pompa. Aprire la bombola del gas e impostare il regolatore della bombola del gas su 1.000 kilopascal. Premere Refill sul controller della pompa di pressione.

Quando la pompa è piena e vicina a 1.000 kilopascal, chiudere la valvola di ingresso della pompa e la bombola del gas. Aprire leggermente la valvola di uscita della pompa alla cella. Monitorare la pressione della cella di pressione nel software del trasduttore di pressione, in quanto potrebbe diminuire a causa della temperatura relativamente più bassa nella cella di pressione.

Impostare il flusso massimo a 10 millilitri al minuto, la pressione massima a 5.000 kilopascal e la pressione costante a 1.000 kilopascal sul controller della pompa di pressione come descritto nel manoscritto di testo. Premere Esegui. Quando vengono raggiunti 1.000 kilopascal, premere Stop sul controller della pompa e chiudere la valvola di uscita della pompa.

Monitorare la pressione nella cella di pressione per assicurarsi che non vi siano perdite. Se la pressione diminuisce, utilizzare il rilevatore di perdite di liquido per trovare la perdita alle connessioni e serrare con cura i componenti che perdono. Se la cella è stabile, aprire l'uscita della pompa e impostare gradualmente la pressione costante su 2.000, 3.000, 4.000 e 5.000 kilopascal, monitorando la stabilità della cella premendo Stop dopo ogni impostazione.

Se la pressione è stabile, chiudere l'uscita della pompa e attendere circa 12-24 ore affinché il gas permei la goccia. Cambia il time-lapse per scattare immagini ogni due o cinque secondi. Aggiungere ghiaccio secco nella parte superiore della cellula fino a quando il guscio idrato è visto in time-lapse.

Se il ghiaccio secco scivola, apporre del nastro adesivo intorno alla parte superiore della cella. Osserva il progresso della formazione di idrato di metano attraverso foto time-lapse per due-sei ore. Depressurizzare la cella a 2.000 kilopascal aprendo l'uscita della pompa e impostando la pressione costante a 2.000 kilopascal, notando quando si verifica la fusione.

Dopo 30 minuti, reprimeturizzare la cella di pressione a 5.000 kilopascal per osservare l'effetto memoria. Nota quando un guscio idrato inizia a riformarsi e lascia che il guscio si formi per 30 minuti a due ore. Depressurizzare la cella aprendo l'uscita della pompa e impostando la pressione costante a 100 kilopascal.

Se c'è pressione residua nella cella di pressione, aprire leggermente la valvola superiore della cella di pressione di 1/16 di pollice. Salva i dati di pressione e temperatura come file CSV. Rimuovere la goccia rimuovendo la valvola della cella di pressione superiore ed estraendo la goccia con la siringa, la cannula o il tubo IV.

Seguire le indicazioni nel manoscritto del testo se c'è una preoccupazione per la contaminazione tra le prove. C'è una chiara differenza morfologica sulla formazione forzata del guscio idrato del ghiaccio secco, dove la goccia d'acqua è passata da una superficie riflettente liscia a un guscio idrato opaco con una leggera superficie dendritica. L'aggiunta di 100 microgrammi per millilitro alle proteine antigelo di tipo uno ha alterato la morfologia dell'idrato inducendo bordi incresati lungo la goccia e sporgenze dalla parte superiore della goccia.

Dopo che il guscio idrato si è sviluppato per un'ora, la cellula è stata depressurizzata a due megapascal, portando a un calo della temperatura da 2 a 5 gradi Celsius vicino alla curva di stabilità P / T. A causa della dissociazione esotermica dell'idrato, la dissociazione dell'idrato è stata confermata dalla fusione visiva attraverso l'imaging time-lapse all'inizio della diminuzione della temperatura. I controlli negativi senza goccioline e con una goccia che non formava un guscio idrato non hanno mostrato alcuna diminuzione della temperatura durante la depressurizzazione.

Poiché l'apice di ciascun grado di temperatura era al di sopra della curva di stabilità P / T precedentemente stabilita, è stata calcolata una curva di regressione in base all'apice P / T di questi studi. Due cose sono importanti da tenere a mente quando si esegue questo protocollo. Uno, controlla che tutte le connessioni siano sicure prima di pressurizzare, e due, esercitati a espellere la goccia prima di attaccare la finestra di zaffiro.

Seguendo questo protocollo, è possibile calcolare il consumo di gas e analizzare le immagini per calcolare lo spessore del guscio idrato, per determinare il volume di idrato formato.