Cristalização do hidrato de metano em gotículas de água sessile

O efeito de vários aditivos na morfologia do hidrato a gás e na estabilidade da temperatura de pressão pode ser testado. Mas o principal interesse está em descobrir como as biomoléculas podem interagir e afetar os hidratos gasosos in situ. A principal vantagem deste protocolo é que se pode formar uma casca hidratante em uma gotícula sessile com segurança.

Nivelar a etapa de gotícula é um desafio e precisa de prática à medida que a gota desliza em um palco desigual. Além disso, familiarize-se com as conexões Swagelok e a segurança em relação a gases inflamáveis de alta pressão. Comece conectando o regulador do cilindro de metano à bomba com um tubo de cobre de uma por quatro polegadas usando um novo conjunto de porcas e ferrule.

Cole uma ponta flexível de tubos iv, corte um ângulo, até o final da cânula para ajudar a direcionar a gota em direção à janela de safira. Coloque uma seringa de um mililitro na cânula e puxe o volume desejado de água deionizada. Sem a válvula da agulha ou a janela de safira anexada, insira a extremidade da cânula na placa superior e pratique a expulsão da gota para o centro do palco.

Recoloque a janela de safira e as arruelas com parafusos M8 e conecte a válvula de célula de pressão superior. Conecte a mangueira de aço inoxidável trançada da bomba de pressão à célula de pressão. E verifique se todas as conexões do cilindro de gás para a célula de pressão estão apertadas.

Abra a válvula de entrada da célula de pressão e coloque a célula de pressão no aquário. Em seguida, insira um cabo de fonte de luz de fibra óptica na porta de iluminação da célula de pressão. Em um aquário cheio de uma relação 50/50 de etanol e água, adicione mais etanol à medida que o nível da solução cai nas semanas seguintes, até que esteja nivelado com a parte superior da célula de pressão, logo abaixo da conexão de fonte de luz.

Coloque o refrigerador à temperatura que alcançará aproximadamente zero a três graus Celsius dentro da célula e comece a circular através de bobinas. Ligue o fluxo de ar para a frente do aquário para evitar a condensação na superfície do aquário. Inicie um registro de temperatura no software de data logger.

Defina o intervalo de varredura para 30 segundos e espere até que a temperatura dentro da célula de pressão esteja estável a dois graus Celsius. Depois que a câmera for colocada, ligue a fonte de luz para aproximadamente 80% e abra o software da câmera. No Live View, concentre a lente da câmera na câmara interna da célula e ajuste a fonte de luz para melhor imagem.

Inicie um novo registro de temperatura com um intervalo de varredura de um segundo. Se estiver preso, desprende a válvula da agulha de saída na porta superior da célula de pressão. Coloque uma seringa de um mililitro na cânula e puxe o volume desejado de água deionizada.

Insira a cânula através da placa superior até que a ponta esteja visível no software da câmera no modo Live View. Expulse a gota de fluido da seringa sobre o termopar central. Em seguida, recoloque a válvula da agulha.

Concentre a câmera na gota na célula de pressão. Comece a imagem de lapso de tempo a cada 60 segundos. Abra o software do transdutor de pressão no laptop.

Comece a coletar dados no gráfico e no registro de dados no intervalo de digitalização de um segundo, e espere até que a temperatura da gotícula esteja estável entre zero a três graus Celsius. Ligue a bomba e o controlador. Feche a válvula de entrada da bomba de pressão.

Abra a válvula de saída da bomba e as válvulas da célula de pressão. Aque a pressão da bomba pressionando zero no controlador da bomba de pressão. Selecione a bomba A no controlador da bomba de pressão para monitorar a pressão.

Certifique-se de que a bomba de pressão está vazia se um fluido diferente do gás metano estivesse presente na bomba. Faça isso definindo o fluxo máximo e o fluxo constante para 100 mililitros por minuto e pressionando Run. Deixe-o funcionando até que a bomba esteja vazia.

Feche a válvula de saída da bomba e abra a válvula de entrada da bomba. Abra o cilindro de gás e coloque o regulador do cilindro de gás em 1.000 quilopascals. Pressione a recarga no controlador da bomba de pressão.

Quando a bomba estiver cheia e perto de 1.000 quilopascals, feche a válvula de entrada da bomba e o cilindro de gás. Abra ligeiramente a válvula de saída da bomba para a célula. Monitore a pressão da célula de pressão no software do transdutor de pressão, pois pode diminuir devido à temperatura relativamente menor na célula de pressão.

Defina o fluxo máximo para 10 mililitros por minuto, pressão máxima para 5.000 quilopascals e pressão constante para 1.000 quilopascals no controlador da bomba de pressão, conforme descrito no manuscrito do texto. Pressione Run. Quando 1.000 quilopascals for atingido, pressione Stop no controlador da bomba e feche a válvula de saída da bomba.

Monitore a pressão na célula de pressão para garantir que não haja vazamentos. Se a pressão cair, use o detector de vazamento de líquido para encontrar o vazamento nas conexões e aperte cuidadosamente os componentes de vazamento. Se a célula estiver estável, abra a saída da bomba e ajuste a pressão constante gradualmente para 2.000, 3.000, 4.000 e 5.000 quilopascals, monitorando a estabilidade da célula pressionando Stop após cada ajuste.

Se a pressão estiver estável, feche a saída da bomba e espere cerca de 12 a 24 horas para que o gás permeie a gota. Mude o lapso de tempo para tirar imagens a cada dois ou cinco segundos. Adicione gelo seco ao topo da célula até que a casca de hidratação seja vista em lapso de tempo.

Se o gelo seco deslizar, afixe fita ao redor da parte superior da célula. Observe o progresso da formação de hidrato de metano através de fotos de lapso de tempo por duas a seis horas. Despressurize a célula para 2.000 quilopascals abrindo a saída da bomba e definindo a pressão constante para 2.000 quilopascals, observando quando ocorre o derretimento.

Após 30 minutos, repressurize a célula de pressão para 5.000 quilopascals para observar o efeito da memória. Observe quando uma casca hidratante começar a se reformar e deixe a casca se formar por 30 minutos a duas horas. Despressurize a célula abrindo a saída da bomba e colocando a pressão constante em 100 quilopascals.

Se houver pressão residual na célula de pressão, abra ligeiramente a válvula superior da célula de pressão em 1/16 polegadas. Salve os dados de pressão e temperatura como arquivos CSV. Remova a gotícula removendo a válvula da célula de pressão superior e extraindo a gotícula com a seringa, cânula ou tubo IV.

Siga as instruções do manuscrito do texto se houver preocupação com a contaminação entre os ensaios. Há uma clara diferença morfológica sobre a formação de conchas de hidrato forçado ao gelo seco, onde a gota d'água passou de uma superfície reflexiva lisa para uma concha hidratante opaca com uma leve superfície dendrítica. A adição de 100 microgramas por mililitro nas proteínas anticongelante tipo um alterou a morfologia do hidrato induzindo bordas cristais ao longo da gotícula e saliências do topo da gotícula.

Depois que a casca de hidratação se desenvolveu por uma hora, a célula foi despressurizada para dois megapascals, levando a uma queda de 2 a 5 graus Celsius na temperatura perto da curva de estabilidade P/T. Devido à dissociação do hidratado exoérmico, a dissociação do hidratado foi confirmada pelo derretimento visual através de imagens de lapso de tempo no início da diminuição da temperatura. Controles negativos sem gotícula e com gotícula que não formaram uma concha hidratante não apresentaram queda na temperatura durante a despressurização.

Como o ápice de cada grau de temperatura estava acima da curva de estabilidade P/T previamente estabelecida, uma curva de regressão foi calculada com base no ápice P/T desses ensaios. Duas coisas são importantes para ter em mente ao executar este protocolo. Primeiro, verifique se todas as conexões estão seguras antes de pressurizar, e duas, pratique a expulsão da gota antes de anexar a janela de safira.

Seguindo este protocolo, pode-se calcular o consumo de gás, bem como analisar as imagens para calcular a espessura da casca hidratante, para determinar o volume de hidratado formado.