Быстрой лазерный Зондирование Метод Облегчает неинвазивным и бесконтактный Определение Листа теплофизических свойств

Общая цель этой процедуры заключается в определении тепловых свойств листьев бесконтактным способом. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области молекулярного земледелия о контроле роста и здоровья растений в процессе производства. Основные преимущества этой методики в том, что она бесконтактная, быстрая, не повреждает образец.

Применение этого метода распространяется на автоматизированный осмотр плантаций с помощью мобильного детектора для определения кормления и питания на индивидуальной основе. Чтобы начать выращивание растений, промойте блоки минеральной ваты одним-двумя литрами деионизированной воды каждый, затем промойте каждый блок одним литром 0,1%-ного раствора удобрения. Поместите по одному табачному семени в каждый блок и промойте 250 миллилитрами раствора удобрения, следя за тем, чтобы семя не смыло.

Культивируйте растения в течение семи недель в теплице или фитотроне. После того, как растения вырастут, либо соберите неповрежденные, неповрежденные отдельные листья для характеристики растения, либо используйте неповрежденные растения. Для начала определения толщины листьев готовят в автоклаве 50 миллилитров 2%-ного по объему раствора агарозы и фосфатно-солевого буфера.

Дайте раствору остыть до 40 градусов Цельсия, а затем добавьте раствор в чашку Петри, содержащую образец одного листа. Охладите образец при температуре четыре градуса Цельсия в течение 30 минут, чтобы агароза застыла и заделала лист. Затем с помощью вибратома разрежьте агарозный блок на 200 микрометровых ломтиков.

Закрепите пять поперечных секций створки на предметном стекле с цианоакрилатом. С помощью микроскопа или стрелочного датчика определите толщину свободных от прожилок участков образца листа. Используйте еще один образец листьев в воде, чтобы определить плотность листьев с помощью пикнометра.

Затем зажмите еще один лист перед детектором в камере для образцов УФ-видимого спектрофотометра. В программном обеспечении спектрофотометра выберите спектр от 900 до 1,600 нанометров. Выполните сканирование и запишите значение пропускания на основе спектральной кривой.

Затем зажмите створку за детектором и повторите сканирование. Определите величину отражения по спектральной кривой. Получите измерения пропускания и отражения по крайней мере из трех образцов листьев.

Для начала установите однополосный ближний ИК-диодный лазер с яркостью 1 550 нанометров в конус. Затем закрепите двояковыпуклую линзу с фокусным расстоянием 25,4 миллиметра на конце конуса. Закрепите конус диаметром 25,4 мм с держателем из нержавеющей стали к лабораторному стенду.

Поместите фильтр нейтральной плотности с оптической плотностью 1,0 в керамическую пластину толщиной 22 мм над цензором, чтобы ослабить лазерный луч. Установите датчик мощности фотодиода на 354 миллиметра ниже нижней части объектива. Подключите датчик мощности фотодиода к осциллографу.

Прикрепите рамку размером 10 на 10 сантиметров с областью экспозиции образца шесть на шесть сантиметров на 308 миллиметров ниже объектива. Установите детектор на расстоянии 135 миллиметров над керамическим аттенюатором. Подключите к компьютеру ближний ИК-детектор и подготовьте программное обеспечение.

Наденьте на лист пластину абсорбера и включите лазер. Отрегулируйте угол наклона детектора на 45 градусов относительно лазерного луча. Продолжайте регулировать угол наклона и высоту детектора до тех пор, пока не будут наблюдаться максимальные показания температуры.

В программном обеспечении для управления лазером выберите управление мощностью. Установите выходную мощность лазера на пять ватт и длительность импульса на 0,5 секунды. Чтобы начать измерения, либо поднесите к измерительному прибору целое растение, либо соберите целые, неповрежденные отдельные листья.

Сразу же закрепите образец листа в раме, стараясь не повредить лист. Не допускайте контакта листа с керамическим аттенюатором. В программном обеспечении ближнего инфракрасного диапазона начните новое 60-секундное измерение.

Запишите базовый температурный профиль в течение 10 секунд перед активацией одного 0,5-секундного лазерного импульса. Продолжайте записывать данные в течение оставшихся 49,5 секунд. Когда измерение будет завершено, нажмите кнопку «Стоп» над тепловым профилем, а затем сохраните профиль.

Экспортируйте необработанные данные о времени и температуре в виде файла dot dat для дальнейшего анализа. Затем в программном обеспечении осциллографа определите высоты боковых поверхностей в профиле напряжения, которые были автоматически собраны во время лазерного импульса. Повторите измерение профиля температуры с помощью одного 0,5-секундного лазерного импульса для каждого образца.

Затем повторите измерение лазерного сигнала без образца листа в качестве эталона. Определите высоты боковых поверхностей по этому профилю напряжения и рассчитайте значения пропускания для каждого образца. Используйте программное обеспечение для работы с электронными таблицами для расчета и построения графиков удельной теплоемкости и теплопроводности образцов.

С помощью этого метода были проанализированы образцы однолистных растений вида Nicotiana tabacum, известного как табак, и Nicotiana benthamiana. Оба вида показали быстрое повышение максимальной температуры менее чем за одну секунду в ответ на лазерный импульс с последующим экспоненциальным снижением температуры окружающей среды. Значения удельной теплоемкости и теплопроводности были рассчитаны для обоих видов по листьям, собранным внизу, посередине и сверху растения.

Увеличение теплопроводности листьев выше по растению наблюдалось у обоих видов, однако у Nicotiana tabacum наблюдалась обратная тенденция в удельной теплоемкости. Корреляции между продолжительностью выращивания и теплопроводностью у Nicotiana tabacum не наблюдалось. Кроме того, у Nicotiana benthamiana не наблюдалось корреляции между условиями культивирования и тепловыми свойствами.

Было изучено влияние отдельных переменных на удельную теплоемкость и теплопроводность. Теплопроводность Nicotiana benthamiana была очень чувствительна к температуре окружающей среды. Удельная теплоемкость не была существенно чувствительна ни к одному из параметров, задействованных в ее расчете.

После освоения этой техники ее можно выполнить за несколько минут на одном образце, если она выполнена правильно. При попытке выполнить эту процедуру важно помнить о правильной установке створки с заданной точностью, чтобы обеспечить высокое качество измерений и воспроизводимые результаты. После этой процедуры могут быть выполнены другие методы, такие как флуоресцентные измерения, чтобы ответить на дополнительные вопросы, такие как экспрессия рекомбинантного белка.

После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области биотехнологии растений к изучению роста растений видов Nicotiana. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как бесконтактно и неразрушающим способом определить удельную теплоемкость и теплопроводность листьев. Не забывайте, что работа с лазерами может быть опасной для ваших глаз, и при выполнении этой процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как ношение соответствующих защитных очков.