والليزر السريع جس الطريقة يسهل تحديد غير الغازية وخالية الاتصال من الخواص الحرارية ورقة

Biochemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Biochemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Buyel, J. F., Gruchow, H. M., Wehner, M. A Rapid Laser Probing Method Facilitates the Non-invasive and Contact-free Determination of Leaf Thermal Properties. J. Vis. Exp. (119), e54835, doi:10.3791/54835 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

يمكن للنباتات تنتج المواد الثمينة مثل المركبات الثانوية والبروتينات المؤتلف. تنقية الأخير من الكتلة الحيوية النباتية يمكن تبسيط بواسطة المعالجة الحرارية (ابيضاض). جهاز تبييض ويمكن تصميم أكثر دقة إذا عرفت الخصائص الحرارية من الأوراق في التفاصيل، أي قدرة الحرارة النوعية والتوصيل الحراري. قياس هذه الخصائص هو مضيعة للوقت وكثيفة العمالة، وعادة ما يتطلب أساليب الغازية التي الاتصال العينة مباشرة. هذا يمكن أن تقلل من المحصول المنتج وقد تكون غير متوافقة مع متطلبات الاحتواء، على سبيل المثال، في سياق الممارسات التصنيعية الجيدة. لمعالجة هذه القضايا، وقد وضعت غير الغازية، طريقة خالية من الاتصال التي تحدد قدرة الحرارة النوعية والتوصيل الحراري من أوراق النبات سليمة في حوالي دقيقة واحدة. الأسلوب ينطوي على تطبيق نبضة ليزر قصيرة المدى المحدد وشدة على منطقة صغيرة للعينة ورقة، مما تسبب في ارتفاع درجة الحرارة التي تقاس باستخدام مستشعر الأشعة تحت الحمراء القريب. يتم الجمع بين ارتفاع درجة الحرارة مع خصائص ورقة المعروفة (سمك وكثافة) لتحديد السعة الحرارية محددة. ثم يتم حساب التوصيل الحراري استنادا إلى بيان من انخفاض درجة الحرارة لاحق، مع الاشعاع الحراري والحمل الحراري نقل الحرارة في الاعتبار. وتناقش الحسابات المرتبطة والجوانب الحاسمة لمعالجة العينة.

Introduction

تجهيز نطاق واسع من المواد البيولوجية وغالبا ما يتطلب خطوات العلاج للحرارة مثل البسترة. المعدات اللازمة لمثل هذه العمليات يمكن أن تكون مصممة بشكل أكثر دقة إذا تم الخصائص الحرارية للمواد البيولوجية تتميز بشكل جيد، بما في ذلك القدرة محددة حرارة ص، ق) والتوصيل الحراري (λ). هذه المعايير يمكن تحديدها بسهولة للسوائل، ومعلقات والخليط من الكالوري 1. ومع ذلك، وقياس هذه المعايير في العينات الصلبة يمكن أن يكون كثيفة العمالة، وغالبا ما يتطلب الاتصال المباشر مع العينة أو حتى تدميرها 2. على سبيل المثال، تقنيات ضوئي؛ ضوحراري تتطلب اتصال مباشر بين العينة وكاشف 3. وهذه القيود هي مقبولة خلال تجهيز الأغذية، ولكن غير متوافقة مع عمليات درجة عالية من التنظيم مثل إنتاج البروتينات الصيدلانية البيولوجية في النباتات في سياق ممارسة التصنيع الجيد (4). أنان هذا السياق، قد تكون هناك حاجة متكررة للرصد (على سبيل المثال، أسبوعيا) من الخواص الحرارية خلال فترة النمو في سبعة أسابيع للنباتات الفردية كأداة لمراقبة الجودة. إذا كان هذا الرصد تتطلب وتستهلك ورقة لكل قياس، لن يكون هناك أي الكتلة الحيوية اليسار إلى معالجة في وقت الحصاد.

بالإضافة إلى ذلك، باستخدام أجزاء ورقة فقط بدلا من شأنها أن تسبب إصابة للمصنع وتزيد من خطر نخر أو إصابة الممرض، ومرة ​​أخرى تناقص الغلة العملية. قد يزيد من احتمال إصابة الممرض أيضا إذا كان سيتم استخدام الأسلوب مع اتصال مباشر إلى عينة، الأمر الذي أدى إلى خطر أن دفعة كاملة من النباتات يمكن أن يصاب من خلال الاتصال مع جهاز استشعار الملوثة. جوانب مشابهة لها للنظر في رصد مصنع يؤكد مثل الجفاف، على سبيل المثال، في سياق ecophysiological. على سبيل المثال، غالبا ما يتم رصد فقدان المياه من خلال تغيير في الكتلة الحيوية الطازجة، والتي تتطلب تري الغازيةatment من النباتات قيد التحقيق على سبيل المثال، تشريح ورقة. بدلا من ذلك، تحديد السعة الحرارية محددة، والتي تعتمد على المحتوى المائي لعينة، بطريقة غير الغازية وصفه هنا، ويمكن استخدامها كمعلمة بديلة لوضع الماء من النباتات. في كلتا الحالتين (إنتاج الأدوية والفيزيولوجيا البيئية)، فإن الضغوط المصطنعة الناجمة عن تقنيات القياس المدمرة أو الغازية تكون ضارة لأنها يمكن أن تشوه البيانات التجريبية. طرق فلاش لذلك، تم ذكره سابقا 6 أو وضع عينات بين لوحات الفضة 7 غير مناسبة لمثل هذه العمليات والتجارب، إما لأنها تتطلب اتصال مباشر للعينة أو هي مدمرة. يجب أن تحدد المعلمات ج ص، ق وλ من أجل تصميم المعدات التكنولوجية لخطوة ابيضاض التي يمكن تبسيط تنقية المنتج وبالتالي تقليل تكاليف التصنيع 8-10. كلا جص، ق وλ يمكن الآن أن تحدد بسرعة عن طريق غير مدمرة بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (الجرد) الليزر خالية من الاتصال التحقيق بطريقة متسقة وقابلة للتكرار 11 وسيتم شرح هذه الطريقة الجديدة في التفاصيل أدناه. النتائج المتحصل عليها مع هذه الطريقة استخدمت بنجاح لمحاكاة انتقال الحرارة في أوراق التبغ 12، والسماح للتصميم معدات التجهيز المناسبة واختيار معايير المطابقة مثل درجة الحرارة ابيضاض.

طريقة سهلة لإنشاء (الشكل 1)، ولها مرحلتين والقياس والتحليل، كل واحدة منها تضم اثنين من الخطوات الرئيسية. في مرحلة القياس، وأول تسخين عينة أوراق محليا من قبل نبضة ليزر قصيرة وسجلت أقصى درجة حرارة العينة. ثم يتم تسجيل البيانات الشخصية درجة حرارة العينة لمدة 50 ثانية. في مرحلة التحليل، خصائص ورقة مثل الكثافة (تحدد بسهولة ودقة من قبل measurem pycnometricوالأنف والحنجرة) وجنبا إلى جنب مع الحد الأقصى لدرجة حرارة العينة لحساب ج ص، ق. في الخطوة الثانية، يتم استخدام الشخصي في درجة الحرارة ورقة كمدخل لتوازن معادلة الطاقة، مع التوصيل، والاشعاع الحراري بعين الاعتبار، لحساب λ.

يتم توفير إرشادات مفصلة خطوة بخطوة في قسم البروتوكول، وتوسيع على محتويات الفيديو المصاحب. ثم تظهر القياسات النموذجية في قسم النتائج. وأخيرا، ويسلط الضوء على فوائد وقيود الأسلوب في قسم مناقشة جنبا إلى جنب مع التحسينات الممكنة والمزيد من التطبيقات.

شكل 1
الشكل 1: جهاز يستخدم لتحديد الخصائص الحرارية ورقة. A. صورة للجهاز قياس تستخدم لتحديد السعة الحرارية محددة والتوصيل الحراري للجنيهأفيس. لا تظهر الأجهزة الطرفية (أجهزة الكمبيوتر، والذبذبات). ب. التمثيل التخطيطي للجهاز القياس. وسلط الضوء على الليزر والمعدات المتصلة باللون الأحمر، يظهر الكشف عن قوائم الجرد الوطنية لقياس درجة الحرارة في الأرجواني، والعينة ورقة خضراء واستشعار القوة الضوئي باللون الأزرق. C. رسم من عناصر الإعداد قياس مع رمز اللون نفسه كما في B. يشير شريط حجم 0.1 م. د. لقطة توضح العناصر النموذجية للبرنامج حاسوبي لمراقبة الليزر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. زراعة النباتات وإعداد نموذج

  1. طرد كل كتلة الصوف المعدني مع 2/1 لتر من الماء منزوع الأيونات وفي وقت لاحق مع 1 لتر من 0.1٪ [م / ت] حل الأسمدة. وضع التبغ واحد (النيكوتين تبغ أو benthamiana N.) البذور في كل كتلة وتدفق بلطف مع 0.25 لتر من محلول السماد دون تجرف البذور.
  2. زراعة النباتات لمدة 7 أسابيع في دفيئة أو المخبر البيئئي النباتي مع الرطوبة النسبية 70٪، وهو الضوئية 16 ساعة (180 مكرومول ق - م 1 - λ = 400-700 نانومتر) و25/22 درجة مئوية ضوء / الحرارة المظلمة النظام الحاكم.
  3. نقل النباتات لجهاز القياس. إذا كانت النباتات هي قادرة على الحركة، وأوراق واحدة الحصاد لقياس الخواص الحرارية.

2. تحديد ورقة سمك وكثافة

  1. تحديد سماكة ورقة
    1. إعداد 2٪ [م / ت] حل الاغاروز في المياه المالحة الفوسفات مخزنة (PBS) والأوتوكلاف ذلك. اسمحوا الحل يبرد إلى 40 درجة مئوية، وتضمين عينة ورقة وضعها في طبق بتري. ترسيخ الاغاروز عن طريق وضع طبق بتري في الثلاجة عند 4 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
    2. خفض كتلة agarose إلى شرائح 200 ميكرومتر باستخدام vibratome بزاوية قطع شفرة حلاقة من 15 درجة. استخدام سرعة القطع 1.0 مم ق -1 واتساع 0.5 مم.
    3. جبل خمسة أقسام ورقة مستعرضة على شريحة زجاجية باستخدام cyanoacrylate بمثابة مثبت. تحديد سماكة ورقة تحت المجهر مع هدف 20 × والعدسة مع 10 × التكبير، وذلك باستخدام أدوات القياس في صلب البرنامج المجهر وفقا لتعليمات الشركة الصانعة.
    4. تحديد سمك أوراق الشجر في مناطق عينة من دون الأوردة.
    5. بدلا من ذلك، وتحديد سمك ورقة الاتصال الهاتفي مع عيار في منطقة خالية من الوريد للشفرة ورقة. تأكد من عقد عيار الطلب عمودي على الطائرة من رقة شفرة.
      CAUTION: Cyanocrylate هو أنسجة الجلد ويمكن أيضا الغراء الأصابع معا إذا لم يتم التعامل معها بعناية.
  2. تحديد كثافة ورقة
    1. تحديد كتلة فارغة 0) لpycnometer الجاف، ثم ملئه بالماء وتحديد كتلة مرة أخرى 1). تجفيف pycnometer تماما، ضع ورقة داخل وتحديد الكتلة 2) مرة أخرى. مع ورقة داخل، وملء بعناية حتى pycnometer مع المياه وتحديد الكتلة 3).
    2. حساب كثافة ورقة (مز) باستخدام المعادلة 1.
      المعادلة 1: معادلة

3. تحديد الإرسال الطيفي وانعكاس أوراق

  1. وضع ورقة في غرفة عينة من الأشعة فوق البنفسجية / VIS طيفي من تحديد ذلك بين المشابك-عقد العينة. لقياس انتقال، ضع ورقة أمام ديت ector. للتفكير القياسات تضع ورقة في الجزء الخلفي من غرفة الكشف.
  2. إطلاق برنامج حاسوبي لمراقبة الطيف الضوئي. حدد مجموعة من 900 نانومتر إلى 1600 نانومتر. بدء فحص جديد وتسجيل القيم النقلية T) وتفكير R) المعروضة بواسطة الأشعة فوق البنفسجية / VIS معمل البرمجيات، استنادا إلى منحنى الطيفي.
  3. أداء جميع القياسات مع لا يقل عن ثلاثة مكررات البيولوجية. زيادة عدد مكررات البيولوجية إلى خمسة أو أكثر إذا كان من المتوقع نوعية عينة غير متجانسة، أي الاختلاف في التشكل سطح الورقة وسمك.
  4. حساب السلطة النقلية (P T) وتفكير (P R) بضرب تي μ قياس أو القيم R ميكرون بواسطة الليزر الليزر السلطة P تقاس وفقا لمعادلات 2 و 3.
    المعادلة 2:ftp_upload / 54835 / 54835eq2.jpg "/>
    المعادلة 3: معادلة
    ملاحظة: إحالة يمكن تحديد أيضا مع جهاز استشعار الضوئي خلال قياس (انظر 6.3).

4. إعداد جهاز القياس

  1. شن يقترن الألياف شريط واحد الجرد الوطني ليزر ديود (الطول الموجي = 1550 نانومتر) في قطر مخروط 25.4 ملم على حامل الفولاذ المقاوم للصدأ. ربط وحدة تحكم لضبط انتاج الطاقة (P الليزر) ليزر الجرد الوطني إلى 4-6 دبليو
  2. وضع عدسة محدبة ثنائية مع طول بؤري من 25.4 ملم في نهاية المخروط لضبط العرض شعاع إلى 13 ملم.
  3. وضع جهاز استشعار قوة الضوئي 354 مم أسفل الجزء السفلي من العدسة. ثم التخفيف من الثنائي الضوئي عن طريق وضع مرشح كثافة محايد مع الكثافة البصرية من 1.0 و 22 ملم طبقة السيراميك فوق الاستشعار.
  4. ربط أجهزة الاستشعار السلطة الضوئي إلى الذبذبات باستخدام الكابلات المحورية.
  5. ربطالإطار 10 × 10 سم والذي يبلغ 6 × 6 سم عينة منطقة التعرض للسقالة من الإعداد القياس على ارتفاع 308 ملم تحت عدسة (الشكل 1). تحديد موقف ورقة في الفضاء من قبل المتصاعدة في سم إطار 10 × 10.
  6. ربط جهاز الكشف عن قوائم الجرد الوطنية إلى جهاز كمبيوتر شخصي باستخدام الناقل التسلسلي العالمي (USB) الكابل وتثبيت البرنامج واجهة للكشف.
  7. وضع كاشف في زاوية 45 درجة لشعاع الليزر 135 مم فوق طبقة السيراميك. محاذاة منطقة القياس للكشف على بقعة الليزر على عينة من خلال تغيير موقف أجهزة الاستشعار وزاوية حتى يتم احترام الحد الأقصى للإشارة درجة الحرارة.
  8. استخدام الليزر البرمجيات واجهة التحكم لضبط انتاج الطاقة ليزر ل5 واط ومدة نبضة ليزر إلى 0.5 ثانية. حدد "السيطرة الحالية" الأمر في نافذة خيارات التحكم دون تمثيل رسومي للقوة الليزر وضبط قوة الليزر عن طريق كتابة "5" في & #34؛ الطاقة [W] ". الحقل ضبط مدة نبضة ليزر عن طريق كتابة" 0.5 "في" الوقت [ق] "حقل.
  9. لتحديد قوة الليزر المطلقة لكل مجموعة من التجارب، واستبدال أجهزة الاستشعار السلطة الضوئي مع جهاز استشعار قوة امتصاص سطح الحراري في نهاية كل مجموعة من التجارب وقياس انتاج الطاقة ليزر ل 20 ثانية بدون عينة.

5. إعداد العينات ورقة

  1. استخدام الأوراق سليمة وغير التالفة للقياسات.
  2. إذا كان ذلك مناسبا للتحقيق، تحاكي أنواع الضرر ورقة النموذجية التي كتبها خارقة ورقة مع مشرط، وفرك ورقة بين قفازات اللاتكس، ويعرض ورقة للهب مكشوف أو شعاع الليزر لمدة 2-3 الصورة، أو استخدام أساليب أخرى لمحاكاة الآخر أنواع الضرر.
  3. بعناية ولكن سرعان ما جبل العينة ورقة بين المشابك-عقد العينة.

6. خذ قياسات درجة الحرارة

  1. تجنب الاتصال المباشر بين ورقة والسيراميكالمخفف وضعت فوق الاستشعار الضوئي لمنع الاصطناعي نقل الحرارة التي تتعارض مع حساب ج ص، ق وλ (انظر القسم 9).
  2. استخدام برنامج قياس درجة الحرارة لجمع البيانات الشخصية درجة حرارة العينة ورقة ليصبح المجموع 60 ثانية عن طريق الكشف عن قوائم الجرد الوطنية. لأول مرة، وسجل خط الأساس في درجة الحرارة لمدة 10 ثانية، ثم تفعيل ليزر 0.5 الصورة ومواصلة جمع البيانات عن 49.5 ثانية.
    1. بدء قياس بالنقر على "قياس" ثم "القياس الجديد". بعد ذلك انقر على السهم الأخضر فوق تمثيل رسومي للملف الحرارية. حفظ الملف الشخصى درجة الحرارة عن طريق النقر على أيقونة "حفظ" (قرص منمنمة) فوق تمثيل رسومي للالشخصي.
  3. تأكيد قوة الليزر التي تنتقل عن طريق استخدام أجهزة الاستشعار السلطة الضوئي عن طريق حساب الفرق في إشارة لقياسات مع وبدون عينة ورقة باستخدام الذبذبات اتصالللاستشعار قوة الضوئي عن طريق كابل متحد المحور (الشكل 2).
    1. تحديد ارتفاع الأجنحة اثنين 1، S وو 2، S) في ملف تعريف الجهد المكتسبة مع الذبذبات.
    2. تكرار القياس بدون عينة أوراق كمرجع 1،0 و 2،0 و). حساب انتقال μ T ونسبة من هذه القياسات وفقا لمعادلة 4 (انظر أيضا الشكل 2).
      المعادلة 4: معادلة

الشكل 2
الشكل 2: قياس نقل ورقة باستخدام جهاز استشعار قوة الضوئي. A. الملف الشخصي الجهد نموذجي لتجربة المرجعية دون عينة ورقة تصور باستخدام الذبذبات. ب. الملف الشخصي الجهدمع عينة ورقة تركيبه في الجهاز. في كلتا الحالتين، فإن قوة الليزر التي تنتقل عن طريق يتناسب مع كل من الجناحين اثنين. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

7. احسب السعة الحرارية النوعية للنموذج ورقة

  1. حساب الحد الأقصى الفرق في درجة الحرارة ΔT [ك] خلال نبضة ليزر عن طريق طرح تي درجة حرارة الغرفة 0 [ك] من الحد الأقصى لدرجة الحرارة ورقة تي أماه س [ك] (المعادلة 5).
    المعادلة 5: معادلة
  2. حساب الطاقة التي تمتصها ورقة (E S [J]) استنادا إلى قوة الليزر والليزر مدة النبضة فعالة (المعادلة 6)، حيث P R [W] هي قوة الليزر المنعكسة وP T [W] هو الليزر التي تنتقل عن طريق قوة.
    EQUAنشوئها 6: معادلة
  3. حساب كتلة من مساحة الورقة ساخنة S [كغ]) باستخدام المعادلة 7، حيث d S [م] هو سمك ورقة وفقا ل2.1)، ص الليزر [م] هو نصف قطر بقعة الليزر، V S [ م 3] هو حجم ورقة ساخنة، وρ S [كغ م -3] هو كثافة ورقة وفقا ل2.2).
    المعادلة 7: معادلة
  4. حساب ج ص، ق [J كجم -1 ك -1] وفقا لمعادلة 8 بقسمة يمتص الطاقة E S من قبل المنتج من مساحة الورقة ساخنة كتلة m S والحد الأقصى الفرق في درجة الحرارة ΔT.
    المعادلة 8: معادلة

8. إعداد بيانات الملف درجة الحرارة لثيرمالحسابات آل التوصيل

  1. استخدام "تصدير" قيادة البرنامج نير السيطرة استشعار لتصدير الوقت ودرجة الحرارة البيانات الخام كملف دات * وفتح ملف في معالج البيانات.
  2. تطبيق 1: 100 الحد البيانات، على سبيل المثال، باستخدام "IF (MOD (القيمة؛ 100) = 0؛" س "،" 0 ")" الأمر، مما أدى إلى كثافة البيانات من نقطة بيانات واحدة لكل 0.1 ق.
  3. حساب متوسط خط الأساس في درجة الحرارة T B [° C] لكل ملف تعريف درجة الحرارة أكثر من 10 الصورة الأولية للمقياس، حيث كان ليزر لا يزال بعيدا. ثم، وحساب الفرق بين تي باء والمحيط الفعلية في درجة الحرارة T 0 [° C].
  4. استخدام هذا الاختلاف لتطبيع بشكل فردي كل ملف عن طريق تحويل ذلك نحو T 0 (ذ التطبيع)، على سبيل المثال، إذا T B - T 0 = 2.0 K، ثم طرح 2.0 K من كل قيمة درجة الحرارة في درجة حرارة العلاقات العامةofile (الشكل 3A).
  5. تطبيع الوقت تنسق كل صورة من صور درجات الحرارة (خ التطبيع) عن طريق حذف كل نقطة البيانات قبل الحد الأقصى لدرجة حرارة العينة (تي ماكس) وتعيين قيم الوقت جديدة بدءا ر = 0 لتي ماكس (الشكل 3B).
  6. شاشة كل ملف لتحولات في درجات الحرارة المفاجئ، أي الاختلافات في درجات الحرارة التي هي أكثر من ثلاثة أضعاف مستوى الضوضاء خط الأساس، وهو عادة 3 × 0.31 K ≈ 1.0 ك إزالة هذه المناطق من مجموعة البيانات لأنها تتوافق مع القياس التحف (الشكل 3C ).
  7. تناسب وظيفة تسوس الأسي (المعادلة 9) إلى البيانات باستخدام معالج البيانات، حيث تي تي [ك] هو المجهزة درجة حرارة العينة ورقة في الوقت t [ق]، T 0 هي درجة الحرارة المحيطة، و[ك] والسعة ور 1 [ق] ثابت الاضمحلال (الشكل3D).
    المعادلة 9: معادلة
  8. استخدام وظيفة تركيبها على حساب انخفاض درجة الحرارة في عينة ورقة 0-80 الصورة بعد نبضة ليزر.
  9. تحويل البيانات درجة الحرارة المقاسة في [° C] إلى [ك] نطاق بإضافة قيمة 273.15 إلى كل نقطة بيانات درجة الحرارة (الشكل 3E).

الشكل (3)
الشكل 3: بيانات مخطط التجهيز لحساب λ. A. بعد التخفيض البيانات، وملامح درجة الحرارة إلى طبيعتها إلى درجة الحرارة المحيطة. ب. وبعد ذلك، تتم إزالة كافة نقاط البيانات قبل أقصى درجة حرارة العينة (تي ماكس). C. وحددت على أساس القطع الأثرية قياس (كما هو موضح في مجموعة البيانات "يتعارض") على درجة حرارة تحول أكبر من المرات العناصر الأرضية النادرة ضجيج خط الأساس وإزالتها من مجموعة البيانات قبل تركيب لالدالة الأسية. د. يتم تحويل نطاق درجة الحرارة درجة مئوية في نطاق كلفن. E. لكل فترة زمنية، يتم حساب λ استنادا إلى بيان درجة الحرارة. F. يتم تعريف نافذة 20 ق فيه التغير في درجة الحرارة ذات الصلة يمكن ملاحظتها. G. وبناء على نافذة زمنية محددة، يتم حساب متوسط والانحراف المعياري لλ. H. نتائج ممثل لاثنين من مختلف عينات أوراق N. تبغ. السهام البرتقالي وخطوط تشير إلى تأثير خطوات المعالجة المقابلة على البيانات المقدمة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

9. حساب من التوصيل الحراري للعينة ورقة

  1. حساب اح درجات الحرارةالامتحانات التنافسية الوطنية بين العينة ورقة والبيئة لكل ليالي 0.1 الفاصلة وفقا لمعادلة 10، حيث ΔT العاشر [ك] هو الفرق في درجة الحرارة، تي تي [° C] هو المجهزة درجة حرارة العينة ورقة وT 0 [° C] ل درجة حرارة الغرفة (الشكل 3E).
    معادلة 10: معادلة
  2. نفترض أن الانخفاض في درجات الحرارة ويرجع ذلك إلى التأثير المشترك لنقل الحرارة الحمل الحراري والإشعاع الحراري والتوصيل الحراري. استخدام ميزان الطاقة المقابلة (المعادلة 11) كأساس لحساب λ، حيث ΔE درجة الحرارة [J] هو الفرق في الطاقة الحرارية من العينة عند نقطتين الوقت متتالية، ΔE راد [J] هو الفرق الطاقة المناسب للإشعاع الحراري، ΔE التحويل [J] هو الفرق الطاقة نظرا لانتقال الحرارة بالحمل، وΔ؛ E كوند [J] هو الفرق الطاقة بسبب التوصيل الحراري.
    معادلة 11: معادلة
  3. استبدال بصفة عامة في توازن الطاقة مع الخصائص الفيزيائية الفعلية العائد معادلة 12، حيث ΔT ر [ك] هو الفرق في درجة حرارة العينة المجهزة ورقة، ε الابتعاثية الكمية اللابعدية، سيجما [كغ ق -3 ك -4] ستيفان ثابت -Boltzmann، وراد2] مجال الاشعاع الحراري، ح [J ق -1 م -2 ك -1] والحمل الحراري معامل نقل الحرارة، والتحويل2] مجال نقل الحرارة الحمل الحراري، وكوند2] مجال التوصيل الحراري ول [م] طول مميزة.
    معادلة 12:
    معادلة
  4. حساب شاراcteristic طول لتر على أساس علاقة: ل = V / A.
  5. استخدام ساخنة حجم العينة V S ومساحة المقطع العرضي للعينة ورقة لحساب A2]. ومساحة الورقة مستعرضة يتوافق مع كوند وفقا لمعادلة 13، حيث A كوند هو المجال الذي يحدث التوصيل، ص الليزر هو شعاع بقعة الليزر ود ق هو سمك ورقة.
    المعادلة (13): معادلة
  6. حساب وراد و A التحويل وفقا لمعادلة 14، حيث والليزر هو مجال بقعة الليزر.
    معادلة 14: معادلة
  7. معادلات بديلة 9 و 12 و 13 إلى معادلة 11 وحل هذا الأخير لλ، مما أسفر عن معادلة 15 حيث t الليزر هو رانه نبضة ليزر مدة [ق].
    معادلة 15:
    معادلة
  8. تحمل قيمة 0.94 لε وحساب λ عن كل فاصل زمني 0.1 حان الوقت خلال 20 ثانية الأولى من التعريف درجة الحرارة. متوسط 200 قيم λ الحصول عليها بهذه الطريقة وحساب الانحراف المعياري (الشكل 3F - H).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

قياس خصائص ورقة

باستخدام طريقة المجهري أعلاه، سمك ورقة من 0،22-0،29 × 10-3 م كان مصمما على حد سواء تبغ N. (0.25 ± 0.04 × 10-3 م، ن = 33) وbenthamiana N. (0.26 ± 0.02 × 10 - 3 م، ن = 24)، والتي على ما يرام داخل 0،20-0،33 × 10 - مجموعة م 3 ذكرت سابقا للأوراق الأنواع النباتية المختلفة 3. تحديد سمك الاتصال الهاتفي مع عيار أسفرت عن قيم ~ 0.28 × 10-3 م (ن = 10)، الذي كان ضمن انحراف معياري واحد من نتائج القياس المجهري. وبالتالي، قد يكون من المفضل قياس الطلب عيار خلال طريقة المجهري لتحديد سمك في تطبيقات روتينية كما كان أسهل لتطبيق وانحرفت نتائج ج ص، ق وʎ أقل من 10٪ من هذه التقنية المزيد من العمل المكثف. وكانت كثافة تبغ N. والأوراق benthamiana N. 750 ± 10 كيلو متر - 3 (ن = 20)، والذي يطابق 631-918 كغ م - 3 نطاق سبق وذكرت ليترك في الأنواع الأخرى 3.

حساب السعة الحرارة النوعية

تم التوصل أظهرت ملامح درجة الحرارة التي تم جمعها لأنواع النيكوتين زيادة سريعة خلال ذلك الوقت من نبضة ليزر حتى درجة الحرارة العظمى (تي ماكس) خلال أقل من 1 ثانية. بعد النبض، وانخفضت درجة الحرارة بشكل كبير حتى وصلت درجة الحرارة المحيطة (T 0) (الشكل 3A - E). القدرة الحرارة النوعية ص، ق -1 K -1 للتبغ N. و2،252 ± 285 J كجم -1 K -1 لbenthamiana N.. واستخدمت اثنين من إعدادات زراعة والمدد لكل الأنواع (انظر القسم 1.2) ولكن هذا لم يؤثر ج ص، ق (الشكل 4). ومع ذلك، انخفضت قيم ص ج، ق خطيا من العمر (القاع) إلى الشباب (أعلى) أوراق (R 2 = 0.85) في حالة تبغ N. (الشكل 4A)، التي ربطها محتوى الماء [زز -1 الكتلة الحيوية] التي تم تحديدها على أساس الفرق من الكتلة الحيوية الرطب في وقت الحصاد وكتلة بعد 72 ساعة حضانة في 60 ° C (11). وكان هذا الارتباط بين كمية الماء والحرارة النوعية في اتفاق مع الملاحظات السابقة من قبل مؤلفين آخرين (13). وقد لوحظ وجود علاقة عكسية لbenthamia N.غ (R 2 = 0.79)، حيث الفرق بين قدرات الحرارة النوعية للأوراق درجات مختلفة من النضج؛ و(أسفل = القديمة أعلى = الشباب) 13٪ فقط مقابل 21٪ للتبغ ن. قد تنشأ هذه الفرق في حقيقة أن محتوى الماء في أوراق benthamiana N. هو ثابت تقريبا على درجات مختلفة من ورقة نضوج 11. وكشف تحليل الحساسية أن الاختلافات في ج ص، وكانت الصورة تتناسب مع تقلبات المعلمات قياس في المعادلة 8. تأثير ينعكس وكانت قوة الليزر التي تنتقل عن طريق فرعية يتناسب، لأن هذه المعايير لم تكن العوامل الفردية في المعادلة 7. بناء على ذلك، كان تأثير الأخطاء في هذه المعلمتين أصغر من تلك التي تسببها تقلبات في قوة الليزر أو درجة حرارة الغرفة. بشكل عام، يعتبر القياس أن تكون قوية لجميع المعلمات تشارك في حساب ج ص، وكان ق معاملتباين أقل من 10٪ (الشكل 4C و D).

الشكل (4)
الشكل 4: السعة الحرارية محددة والتوصيل الحراري القيم المحددة للتبغ N. وN. benthamiana. A. قدرة محددة الحرارة والتوصيل الحراري للتبغ N. يترك وفقا للموقف ورقة على النبات (أسفل = الأوراق القديمة، وسط = الأوراق الناضجة، أعلى = يترك الشباب). النجوم ومثلثات وتشير النباتات التي كانت 49 و 56 يوما من العمر، على التوالي. ب. السعة الحرارية محددة والتوصيل الحراري للbenthamiana N. أوراق وفقا للموقف ورقة على النبات. النجوم ومثلثات وتشير النباتات التي كانت تزرع في المخبر البيئئي النباتي أو المسببة للاحتباس الحراري، على التوالي. C. حساسية قيم الحرارة النوعية للتغيرات في معلمات الإدخال. آرعرض iangles قيم الحرارة النوعية الناتجة عن زيادة بنسبة 10٪ (الأحمر وأعلى) أو نقصان (الأزرق، والهبوط) في معالم النموذج واحدة. د. حساسية قيم الموصلية الحرارية للتغيرات في معلمات الإدخال. مثلثات علامة الأحذية قيم التوصيل الحراري الناتجة عن زيادة بنسبة 10٪ (الأحمر وأعلى) أو نقصان (الأزرق، والهبوط) في معالم النموذج واحدة. أشرطة الخطأ في A و B تشير إلى الانحراف المعياري (n≥3)، بينما في C و D أنها تمثل مجموعة متكاملة من القيم التي تم الحصول عليها خلال 10٪ تحليل حساسية التباين. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

حساب التوصيل الحراري

تم حساب التوصيل الحراري (ʎ) من ملامح درجة الحرارة عن طريق الأسيتركيب (الشكل 3) جنبا إلى جنب مع المعادلات لنقل الحرارة بالتوصيل والحمل الحراري وكذلك الاشعاع الحراري. معادلة 15 أسفرت عن متوسط قيم 0.49 ± 0.13 J م - 1 ق 1 - K - 1 (ن = 19) لتبغ N. و0.41 ± 0.20 J م - 1 ق 1 - K - 1 (ن = 25) لN. benthamiana. لم يكن هناك ارتباط بين ʎ وعمر النبات أو إعداد زراعة، على الرغم من أن لوحظ وجود علاقة بين العمر ورقة وʎ لbenthamiana N. (الشكل 4B)، والاتفاق مع الاختلافات التي تعتمد على سن ذكرت سابقا في الأنواع النباتية الأخرى 14. وكما ذكر أعلاه، فإن محتوى الماء سبب المحتمل لهذا الفرق كما تبين أن تكون متجانسة عبر أوراق متفاوتة النضج لbenthamiana N.. بدلا من ذلك، فإننا نفترض أن التغييرات في لتروكانت الأسماك الأنسجة، وعلى سبيل المثال، وتكوين جدار الخلية، والمسؤولة عن هذه الملاحظة عن طريق تغيير خصائص نقل الحرارة من أوراق الشجر ومما يؤثر على قيمة ʎ. وكان تقرير للʎ حساسة للتغيرات في درجة الحرارة المحيطة. وكشف تحليل الحساسية التي تقلبات ± 2.3 K غيرت قيمة ʎ من 64-125٪. وفقا لمعادلة 15، ودرجة الحرارة المحيطة لها تأثير من قبل السلطة من أربعة على الاشعاع الحراري، وبالتالي تؤثر بشكل مباشر على قيمة ʎ.

تقييم أجهزة القياس

كان من الممكن لإعداد التجمع قياس ضمن 3 ساعات. مرة واحدة هذا هو الكامل، وكان وقت بدء تشغيل النظام ما يقرب من 15 دقيقة في سلسلة القياس. أخذت قياسات واحدة أقل من 3 دقائق، بما في ذلك إعداد العينات ودورة قياس بأكملها. وكشف تحليل للوقت التعرض ليزر أننتج الوقت التدفئة 0.5 الصورة في زيادة درجة حرارة 19.9 ± 4.3 درجة مئوية (ن = 55) كان أفضل حل وسط بين ΔT عالية (بواسطة نبضات الليزر طويلة تحقيقه) اللازمة لجيدة لنسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) و وΔT منخفضة (بواسطة نبضات ليزر قصيرة يتحقق) المطلوبة لتجنب تلف الأنسجة. أدت فترات نبض أطول من 0.5 الصورة في فقدان كتلة من العينة، وربما يعكس تبخر المياه و / أو ضرر للأنسجة ورقة كما درجة حرارة العينة وصلت الى 70 درجة مئوية، بينما فقط 42.9 ± 4.2 درجة مئوية (ن = 55) لوحظت لنبضات الليزر 0.5 ثانية. لفترات أقل من 0.5 ثانية، ضجيج درجة حرارة ± 0.31 K (الانحراف المعياري، ن = 25) تمثل أكثر من 5٪ من ΔT وهكذا كان جزء كبير من ΔT. في المقابل، عند 0.5 الصورة الضوضاء تمثل سوى 2.5٪ من إشارة وبالتالي تعتبر تافهة. بالإضافة إلى ذلك، فإن العينات لا حرارة تصل إلى أكثر من ~ 45 درجة مئوية، وهودرجة الحرارة يمكن أن تتعرض لها هذه نباتات التبغ لفي مدار الطبيعي إلى موطن مدار الفرعي والتي هي ضارة فقط إلى الأنواع النباتية الموجودة في الموائل التندرا 15. كانت كثافة قوة الليزر 170 كيلوواط م -2، في حين أن الإشعاع الشمسي الطبيعي هو عادة في مجموعة من 1،0-1،4 كيلوواط م -2 16،17. ومع ذلك، ويرجع ذلك إلى وقت قصير جدا من نبض، هذه الجرعة أعلى من الطاقة ربما لم تلف الأنسجة ورقة كما يتبين من تحليل مجهري نشرت مؤخرا 11. اقتصرت البيانات درجة الحرارة المستخدمة لحساب ʎ إلى 20 ثانية الأولى بعد نبضة ليزر لأنه فقط خلال هذه الفترة لم الضوضاء (± 0.31 K) تمثل أقل من 5٪ من إشارة درجة حرارة العينة وبالتالي تعتبر تافهة. عندما استخدمت بيانات درجات الحرارة من خارج 20 ثانية الإطار الزمني، فإن القيم المحسوبة لʎ تراجعت (الشكل 3F). وكان التفسير المحتمل أن بعض الافتراضاتقدمت لحساب ʎ لم تتقدم بطلب القيم المنخفضة من ΔT. خصوصا، فإن مصطلح يصف الاشعاع الحراري في المعادلة 15 قد تأثرت كما أنها تتأثر قوة إيابا من درجة الحرارة. أيضا، ومساحة الورقة المحيطة بقعة العينة المعرضة ليزر قد تسخينه قليلا، وبالتالي قد لا يكون امتصاص الحرارة المثالية المفترضة في نموذج تخفيض ΔT س فعال وفي نهاية المطاف ʎ المحسوب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

و، طريقة القياس غير المدمرة خالية من الاتصال المذكورة أعلاه يمكن أن تستخدم لتحديد ج ص، ق وʎ بطريقة متزامنة وقابلة للتكرار. حساب ʎ على وجه الخصوص يعتمد على العديد من المعلمات التي تعتبر حساسة للأخطاء. ومع ذلك، كان تأثير هذه الأخطاء وجد إما خطية أو شبه النسبي، ومعامل الاختلاف لجميع المعلمات إلى أن تكون أقل من 10٪. على الرغم من أن طريقة يمكن بالتالي اعتبار قوية، ويمكن إجراء بعض التحسينات التقنية للحد من مصادر المتبقية من الخطأ.

تركيب العينة إلى التجمع كان تحديا تقنيا لأن سطح ورقة مسطحة هو الأفضل لقياس لكن العينة لديها بشكل طبيعي على سطح متموجة. ويمكن التغلب على هذه المشكلة عن طريق تصميم صاحب العينة مخصص مع هندستها تعديل على وجه التحديد لعينة ورقة، على سبيل المثال، سمك ورقة والعرض، وتحامل على عينة في أفضلالتوجه قادرة. ومن شأن هذا النهج جعل قياسات أكثر استنساخه، ولكن بخرق طبيعة خالية من الاتصال للقياس لستلزم اتصال شركة بين العينة وحامل لسحب شقة سطح الورقة. ولذلك، فإن فوائد استخدام هذا النوع من حامل تعتمد على سياق قياس، أي ما إذا كانت الدقة أو خالية من الاتصال طبيعة قياس هي الأكثر أهمية. في المقابل، قد لا تكون هذه الاعتبارات الضرورية في كل لأوراق مع سطح مستو بطبيعتها، على سبيل المثال، الأرز والأنواع ذات الصلة.

يجب أن تبقى الحمل الحراري نقل الحرارة بسبب حركة الهواء في البيئة من العينة إلى أدنى حد ممكن خلال القياسات لأن هذا يؤثر بشدة على حساب كل من ج ص، ق وʎ 18. وبالتالي يجب أن يكون موجودا الجهاز بعيدا عن تيارات الهواء الناتجة عن أنظمة تكييف الهواء، مشعات أو غيرها من المعدات، مثل الكمبيوتر معمراوح التبريد لا يتجزأ. وهذا هو أيضا مهم لأن التغييرات في المحتوى المائي النسبي للأوراق 19 التي قد تحدث قبل أو أثناء القياس بسبب التبخر، والتي يمكن زيادتها عن طريق التحركات الجوية 20، لم تمثل في النموذج. وهكذا، والقياسات، وخاصة مع أوراق منفصلة، ​​يجب أن تنفذ بسرعة كما هو موضح في قسم البروتوكول لتجنب أخطاء أثناء الحصول على البيانات. في المستقبل، وآثار التبخر على قياس ربما يتم تخفيض أو تجنب إذا تم إجراء القياس في غرفة القياس على الأقل المغلقة جزئيا مع مراقبة الرطوبة تنفيذها.

ويمكن زيادة دقة ج ص، ق والقيم ʎ عن طريق قياس المعلمات المستخدمة في المعادلات المقابلة أكثر دقة. في حالة ج ص، ق هذه المعايير هي قوة الليزر، والحد الأقصى ودرجة الحرارة المحيطة وعينة حجم، أي نتاج لاسإيه منطقة البقعة وسمك، وكثافة العينة (المعادلة 8). لا بد من تحديد معلمتين الأخيرة في التجارب المرافق القياس الفعلي ويمكن تحسين موثوقيتها إذا تم اختبار عدة مكررات البيولوجية التمثيلية. ومع ذلك، وحتى عندما كان يستخدم قياس الطلب مقياس بسيط، كان الفرق في سماكة ورقة مقارنة التحليل المجهري فقط 11٪، مما أثر على القيم المحسوبة لج ص، ق وʎ من نفس الدرجة. في المقابل، درجات الحرارة وقوة الليزر يمكن رصدها في جميع أنحاء القياس. دقة ج ص، ق يمكن تحسينها إذا تم استخدام هذه البيانات على الانترنت بدلا من قيم ثابتة لقوة الليزر ودرجة الحرارة المحيطة، ويتم جمع البيانات باستخدام أجهزة الاستشعار محسوبة جيدا. تنطبق هذه الاعتبارات أيضا إلى ʎ، ولكن الجو المحيط ودرجة حرارة العينة هي أهم المعايير لأن كلا تؤثر على القيمة المحسوبة من قبل السلطة الرابعة.

واستند حساب الجاري من ʎ على عدة افتراضات بشأن نقل الحرارة الحمل الحراري والإشعاع الحراري. على سبيل المثال، لم قياس الابتعاثية (ε) ومعامل انتقال الحرارة الحمل الحراري (ح) أو تحسب بشكل واضح في الطريقة المعروضة أعلاه، ولكن تم اشتقاقها من المنشورات السابقة 18،21. وبالتالي يمكن تحسين دقة ʎ من خلال تحديد هذه المعلمتين تحت شروط القياس الفعلي. ومع ذلك، باستخدام البيانات الأدب لإجراء العمليات الحسابية مع ذلك حققت القيم ʎ التي كانت ضمن نطاق تجريبيا لأنواع النباتات الأخرى التي يمكن أن يتوقع خصائص مماثلة بسبب نسالة لأنواع النيكوتين وعلم وظائف الأعضاء، أي النباتات العشبية 3. حتى لو اختلفت قيم ε وساعة على مجموعة كاملة عنها سابقا لهذه القيم في النباتات، على سبيل المثال، 0،93-0،98 لε 21، وكان تأثيرها على القيمة النهائية للʎ <10٪، وبالتالي ضمن الاختلاف الطبيعي لاحظ هنا.

كانت الطريقة الواردة أعلاه ليس فقط قادرا على تحديد الخصائص الحرارية للأوراق سالمين سليمة وأوراق منفصلة، ​​ولكنها أيضا تحديد أنواع مختلفة من الضرر أكثر شدة عمد قبل قياس صحيح. لذلك، وأنواع مختلفة من العينات ورقة يمكن تمييزها بسهولة، وتوفير أداة لإزالة، قبل التحليل، أي عينات الفقيرة التي من شأنها أن تسفر عن البيانات ذات الجودة المنخفضة. ويمكن استخدام هذه الميزة لمراقبة الجودة عند رصد المواد البيولوجية، على سبيل المثال، وعينات لم يتيسر لتلبية مواصفات من حيث ج ص، ق وʎ يمكن استبعادها من مزيد من المعالجة. وهذا من شأنه أن تكون رصيدا في سياق عمليات درجة عالية من التنظيم مثل الزراعة الجزيئية 4.

مزايا هذه الطريقة الجديدة بالمقارنة مع الآخرين فيالأدب تشمل التعامل السريع عينة، والحد الأدنى إعداد والقياس وغير مدمرة خالية من الاتصال في وقت واحد ج ص، ق وʎ، واستخدام المعدات المشتركة التي يمكن العثور عليها في العديد من المختبرات البصرية. وهذا سيسهل تطبيقات أوسع من الأسلوب مقارنة مع تلك التي تتطلب أجهزة متخصصة ومكلفة مثل سعرات حرارية المسح التفاضلي. وعلاوة على ذلك، الكالوري يتطلب الاتصال المباشر مع العينة 22 حتى لا يكون هناك خطر من الضرر، وطريقة وعادة ما تقتصر على قياس قدرة الحرارة النوعية 22. في المقابل، في حين أن التصوير الحراري يمكن الكشف عن النخر أو التغيرات الجسدية في الأوراق أو النباتات كلها بطريقة خالية من الاتصال 23، فإنه يتطلب أيضا تحليل صورة معقدة والأجهزة المتخصصة مكرسة 24 التي يمكن التغلب عليها في المستقبل من خلال كاميرات الأشعة تحت الحمراء أرخص وأكثر قوة ويرافق الأجهزة الطرفية. التحليل الطيفي هو الاتصال والاب آخرطريقة هه لتحليل محتوى الماء ومستويات الكلوروفيل 25، ولكن لم يتم استخدامه لتحديد السعة الحرارية محددة و / أو التوصيل الحراري.

نهج القياس ذكرت هنا هو وسيلة قوية لتحديد الخواص الحرارية للأوراق النبات بتكلفة استثمارية منخفضة وأوقات قياس قصيرة. وقد استخدم بنجاح لتحديد ج ص، ق وʎ في تبغ N. وbenthamiana N.، واثنين من الأنواع ذات الصلة في مجال الزراعة الجزيئية 4. وكانت القيم المحسوبة لكل من المعلمات بناء على ملامح درجة الحرارة ورقة في اتفاق جيد مع تلك التي ذكرت سابقا للأنواع النباتية الأخرى 3. هذه الطريقة غير مدمرة، خالية من الاتصال، و لا يتطلب إعداد نموذج معقد، وتوفير مزايا أكثر عن طرق بديلة الحالية لتحليل الخصائص الحرارية. يجوز للتصميم بسيط أيضا تسهيل وضع اليد هيلأجهزة د لزيادة المرونة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1" tube Thorlabs SM1L10E Tube for fiber holder
Agarose Sigma Aldrich A0701 Agarose
Bi-Convex lense f=25.4 Thorlabs LB1761 Lense
Digital Handheld Optical Power and Energy Meter Console Thorlabs PM100D Console for thermal surface absorber sensor
Digital Phosphor Oscilloscope  Tektronix DPO7104 Oscilloscope
DMR light microscope Leica n.a. Light microscope
Falcon 50 mL Conical Centrifuge Tubes Fisher Scientific 14-432-2 Pycnometer
Ferty 2 Mega Kammlott 5.220072 Fertilizer
Fiber holder Thorlabs Fiber holder
Forma -86 °C ULT freezer ThermoFisher 88400 Freezer
Greenhouse n.a. n.a. For plant cultivation
Grodan Rockwool Cubes 10 x 10 cm Grodan 102446 Rockwool block
Infrared Detector Optris CT Optris OPTCTLT15 Infrared detector
Infrared Detector Software Compact Connect Optris n.a. Control software for infrared detector
Lambda 1050 UV/Vis spectrophotometer PerkinElmer L1050 UV/VIS Spectrophotometer
Laser 400 μm, 1,550 nm Conduction Cooled Single Bar Fiber Coupled Module DILAS M1F-SS2.1 Laser
Laser cover Amtron LM200 Laser Cover
Laser Driver  Amtron CS 408 Laser Driver
Osram cool white 36 W Osram 4930440 Light source
Photodiode sensor  Thorlabs PDA20H-EC Power sensor for transmission measurements
Precision weight Ohaus Analytical Plus Ohaus 80251552 Precision weight
Sample frame Fraunhofer ILT n.a. Fixation of the leaf sample
Software Pyro Control Amtron n.a. Laser Power Control Software
Stainless-steel-holder n.a. n.a. Holder for measurement set-up
Teflon plates 2 cm Fraunhofer ILT n.a. Teflon attenuation
Thermal surface absorber Power sensor Thorlabs S314C Sensor for laser power measurements
Vibratome Leica 1491200S001 Vibratome
Zoc/Pro 6.51  EmTec Innovative Software n.a. Laser Control Software 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wilhelm, E. Heat Capacities: Liquids, Solutions and Vapours. Royal Society of Chemistry. 516 (2010).
  2. Costa, J. M., Grant, O. M., Chaves, M. M. Thermography to explore plant-environment interactions. J. Exp. Bot. 64, 3937-3949 (2013).
  3. Jayalakshmy, M. S., Philip, J. Thermophysical Properties of Plant Leaves and Their Influence on the Environment Temperature. International Journal of Thermophysics. 31, 2295-2304 (2010).
  4. Buyel, J. F. Process development strategies in plant molecular farming. Curr. Pharm. Biotechnol. 16, 966-982 (2015).
  5. Schuster, A. C., et al. Effectiveness of cuticular transpiration barriers in a desert plant at controlling water loss at high temperatures. AoB PLANTS. 8, (2016).
  6. Parker, W. J., Jenkins, R. J., Abbott, G. L., Butler, C. P. Flash Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity, and Thermal Conductivity. J Appl Phys. 32, 1679-1684 (1961).
  7. Hays, R. L. The thermal conductivity of leaves. Planta. 125, 281-287 (1975).
  8. Menzel, S., et al. Optimized blanching reduces the host cell protein content and substantially enhances the recovery and stability of two plant derived malaria vaccine candidates. Front. Plant Sci. (2015).
  9. Buyel, J. F., Hubbuch, J., Fischer, R. Blanching intact leaves or heat precipitation in an agitated vessel or heat exchanger removes host cell proteins from tobacco extracts. J. Vis. Exp. Under review (2015).
  10. Beiss, V., et al. Heat-precipitation allows the efficient purification of a functional plant-derived malaria transmission-blocking vaccine candidate fusion protein. Biotechnol. Bioeng. 112, 1297-1305 (2015).
  11. Buyel, J. F., Gruchow, H. M., Tödter, N., Wehner, M. Determination of the thermal properties of leaves by non-invasive contact free laser probing. J. Biotechnol. 217, 100-108 (2016).
  12. Buyel, J. F. Numeric simulation can be used to predict heat transfer during the blanching of leaves and intact. Biochem. Eng. J. (2015).
  13. Hedlund, H., Johansson, P. Heat capacity of birch determined by calorimetry: implications for the state of water in plants. Thermochim Acta. 349, 79-88 (2000).
  14. Chandrakanthi, M., Mehrotra, A. K., Hettiaratchi, J. P. A. Thermal conductivity of leaf compost used in biofilters: An experimental and theoretical investigation. Environ. Pollut. 136, 167-174 (2005).
  15. Larcher, W. Physiological Plant Ecology: Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups. Springer Science & Business Media. (2003).
  16. Cowen, R. A gamma-ray burst's enduring fireball. Science News. 152, 197 (1997).
  17. Jones, H. G., et al. Thermal infrared imaging of crop canopies for the remote diagnosis and quantification of plant responses to water stress in the field. Funct. Plant Biol. 36, 978-989 (2009).
  18. Defraeye, T., Verboven, P., Ho, Q. T., Nicolai, B. Convective heat and mass exchange predictions at leaf surfaces: Applications, methods and perspectives. Comput. Electron. Agric. 96, 180-201 (2013).
  19. Arndt, S. K., Irawan, A., Sanders, G. J. Apoplastic water fraction and rehydration techniques introduce significant errors in measurements of relative water content and osmotic potential in plant leaves. Physiol. Plant. 155, 355-368 (2015).
  20. Jones, H. G., Schofield, P. Thermal and other remote sensing of plant stress. General and Applied Plant Physiology. 34, 19-32 (2008).
  21. Jones, H. G., Archer, N., Rotenberg, E., Casa, R. Radiation measurement for plant ecophysiology. J. Exp. Bot. 54, 879-889 (2003).
  22. Dupont, C., Chiriac, R., Gauthier, G., Toche, F. Heat capacity measurements of various biomass types and pyrolysis residues. Fuel. 115, 644-651 (2014).
  23. Chaerle, L., et al. Multi-sensor plant imaging: Towards the development of a stress-catalogue. Biotechnol. J. 4, 1152-1167 (2009).
  24. Hackl, H., Baresel, J. P., Mistele, B., Hu, Y., Schmidhalter, U. A Comparison of Plant Temperatures as Measured by Thermal Imaging and Infrared Thermometry. J. Agron. Crop. Sci. 415-429 (2012).
  25. Yuan, L., et al. Spectral analysis of winter wheat leaves for detection and differentiation of diseases and insects. Field Crops Res. 156, 199-207 (2014).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics