Espectrômetros, ou espectrofotômetros, são instrumentos analíticos usados para identificar ou confirmar as espécies químicas, estrutura química ou concentração de substâncias em uma amostra. Os espectrofotômetros emitem uma fonte de energia para passar por uma solução e medem a intensidade da luz em diferentes comprimentos de onda. Se a solução for de alta concentração molecular, mais luz será absorvida. Na maioria dos casos, uma amostra enviada para análise espectrométrica deve ser muito pura para evitar resultados ruins ou contaminados. Os espectrômetros são geralmente compostos por uma fonte de luz ou energia (normalmente uma lâmpada), um filtro (ou monocromador) para definir os comprimentos de onda desejados para leitura, um local para cubetas ou espaços em branco e um detector de radiação (ou fototubo) para converter a energia recebido durante o experimento em um sinal mensurável.
Critérios importantes a serem considerados ao selecionar um espectrofotômetro/espectrômetro adequado:
Limites de detecção
A densidade, forma ou tamanho do produto que você deseja medir
Faixa de comprimento de onda
Faixa de trabalho analítico
Taxa de transferência de amostra (amostra única vs. amostra múltipla)
Qualidade dos dados
Custo do instrumento e consumíveis associados
Opções de método personalizáveis e/ou pré-configuradas
tempo de medição
Pegada do instrumento
Qual é a diferença entre espectrofotômetros de feixe único, feixe duplo (feixe duplo) e feixe dividido?
Um espectrofotômetro de feixe único possui apenas um feixe de luz, enquanto um espectrofotômetro de feixe duplo possui dois feixes de luz, um passando por uma solução de referência e outro passando pela amostra. Em instrumentos de feixe único, como há apenas um caminho de luz que passa pela amostra, é necessário trocar manualmente uma cubeta de referência com a cubeta de amostra para calibração. Os espectrofotômetros de feixe duplo operam mais rapidamente e fornecem resultados mais reprodutíveis porque realizam uma correção automática para a perda de intensidade de luz à medida que o feixe passa pela amostra e pela solução de referência. Os instrumentos de feixe dividido são como sistemas de feixe duplo, mas em vez disso usam um divisor de feixe que alterna rapidamente o caminho da luz entre a referência e a amostra enquanto usa um detector.
Diretrizes para avaliação de cubetas
Janelas: As janelas das cubetas devem ser uniformemente claras, sem arranhões, turvação, inclusões, bolhas, listras ou “arco-íris”, pois esses problemas afetarão negativamente o desempenho das cubetas. Arranhões em lados não ópticos são insignificantes.
Marcações de molde: Idealmente, uma única caixa de cuvetes deve ter marcações de molde idênticas. Se não forem idênticos, podem não ter vindo da mesma cavidade do molde e serão inerentemente mais inconsistentes na medição.
Desempenho : Teste sua cubeta executando-a várias vezes em seu espectrofotômetro. É sempre uma boa ideia girá-lo 180 graus e testar novamente. Os valores devem ser bem próximos. Se os resultados forem inconsistentes, pode dever-se a uma moldagem deficiente ou a um encaixe incorrecto no suporte da cuvete. Se os valores diferirem significativamente, é provável que as janelas da cuvete sejam inconsistentes de um lado para o outro. As inconsistências da janela, a espessura e a qualidade das resinas usadas fazem uma grande diferença em comprimentos de onda críticos durante o teste e uso.
Calibrando seu instrumento
Para calibrar um espectrofotômetro, uma solução de referência é usada para zerar o instrumento. Esta solução fornece uma leitura de base ou zero. O dispositivo é então calibrado colocando a solução de referência dentro do espectrofotômetro, zerando as configurações e executando o instrumento. Você pode então testar seu material com a confiança de que sua máquina está funcionando corretamente.
Uma variedade de espectrômetros está disponível no mercado. Consultando a nossa equipe que atua na condição de distribuidor autorizado da Antylia Scientific para todo Brasil através dos canais de atendimento : 21 3959-6000, vendas@general-lab.com.br ou acessando nosso escopo : www.general-lab.com.br/equipamentos você saberá qual modelo melhor atenderá suas necessidades!
Espectrofotômetros UV/Visível : Uma segunda lâmpada – geralmente deutério – transforma um espectrofotômetro de luz visível em uma unidade UV-visível que pode medir de 190 nm a 1100 nm. Modelos visíveis a UV estão disponíveis com uma variedade de recursos, incluindo função de digitalização, várias células, impressoras integrais e interfaces de usuário.
Espectrofotômetros UV/Visíveis com conectividade CPLive : Carregue resultados e protocolos com segurança na nuvem, compartilhe dados com seus colegas e gerencie simultaneamente vários dispositivos por meio do aplicativo CPLive em seu computador, tablet ou smartphone. Todas as suas informações, de um ou vários instrumentos, agora são armazenadas em um local seguro, para que os dados nunca sejam perdidos.
Espectrofotômetro ou Analisador de Mercúrio: Uma alternativa econômica aos sistemas de absorção atômica, o espectrofotômetro de análise de mercúrio mede rapidamente vestígios (0 a 9 µg) de mercúrio em águas potáveis, superficiais, salinas ou residuais.
Fluorômetro: Um fluorômetro mede a fluorescência liberada quando uma amostra é exposta a um único comprimento de onda de luz.
Tabela de comparação
Indústria
Superfície
Modelos de medidores de cores e espectrofotômetros
superfícies pintadas
Painéis planos
Cone 45/0 de 12 mm, hemisfério de 12 mm, 26 mm, bancada de 11 mm
Superfícies curvas
3 mm, use defletor de espuma
Alvenaria, estuque, cimento
20 mm D com janela e defletor
Plásticos
Áreas planas
cone de 12 mm
peças pequenas
3mm
Superfícies curvas
3 mm, use defletor de espuma
Fio e cabo
Arame pequeno e fibra especial, 3 mm e fixação
Fibras e pequenos tubos
Até 5 mm D, fios e fibras especiais
Superfícies texturizadas
20 mm D com janela, hemisfério de 12 mm
Pós
12 mm ou 20 mm com janela, bancada de 30 mm
Transparente
12 mm com fundo branco
Alimentos e agricultura
queijo, carnes
12 mm c/janela, 20 mm D c/janela
Pó, farinha, açúcar
20 mm D c/janela, bancada 30 mm
frutas, fora
cone de 12 mm
Frutas, dentro e peixes
12 mm com janela
Folhas, pequenas áreas
3mm
Solo e aparas de relva
20 mm D c/ janela, bancada 30 mm
Café, grãos, salgadinhos
bancada de 30 mm
Líquidos opacos, molhos, molhos
bancada de 30 mm
Artes gráficas
impressão litográfica
3mm
Outra impressão pequena
3mm
Provas de tinta, alvos de impressão maiores
cone de 12 mm
Papel
papel acabado
bancada de 12 mm, 11 mm
Pasta de papel e cartão
20 mm D com janela
Têxtil
impressão têxtil
3mm
trama dura
cone de 12 mm
Tecido macio de cores sólidas
20 mm D c/janela, bancada 30 mm
Pacotes
cone de 12 mm
cosméticos
Rebaixamentos de fundação
Cone de 12 mm, bancada de 11 mm
Pele, cosméticos na pele
cabeça chata de 12 mm
Pós e cremes
12 mm ou 20 mm com janela, bancada de 30 mm
Batom
12 mm com prensa de filme fino
Embalagem
3mm
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A preparação da amostra é uma das etapas mais importantes nos métodos analíticos.
A preparação da amostra é o processo em que uma peça representativa de material, produto químico ou substância é extraída de uma quantidade maior, volume ou lote para análise subsequente. Amostras representativas são selecionadas para refletir com precisão o grupo maior e representar as características de todo o material. Idealmente, as amostras representativas são de natureza homogênea ou semelhante, mas quando isso não for possível, devem ser feitas as melhores tentativas para obter amostras que representem a maioria das características do agrupamento maior.
Amostras representativas
Amostras representativas são selecionadas para refletir com precisão o grupo maior e representar as características de todo o material. Idealmente, as amostras representativas são de natureza homogênea ou semelhante, mas quando isso não for possível, devem ser feitas as melhores tentativas para obter amostras que representem a maioria das características do agrupamento maior.
A preparação de amostras é uma das etapas mais importantes nos métodos analíticos por vários motivos, incluindo o fato de que alguns materiais não podem ser analisados in-situ (como proteínas, DNA e RNA). Algumas amostras possuem substâncias e espécies interferentes que podem produzir resultados incorretos. A preparação de amostras pode incluir muitos processos, desde reações ou tratamento com agentes químicos até filtração, diluição e extração.
Partículas e homogeneidade
Muitas amostras físicas precisam de redução de tamanho de partícula para criar amostras representativas, geralmente devido à sua natureza heterogênea geral ou estado quando as amostras de laboratório ou teste requerem um certo nível de homogeneidade. A homogeneidade é o estado de ser de composição ou caráter uniforme, enquanto a heterogeneidade carece de uniformidade em uma ou mais características. A homogeneidade e a heterogeneidade geralmente dependem da perspectiva e do contexto, onde quanto menor o quadro de amostragem, menos homogêneo um material ou substância pode aparecer. Para algumas amostras, a medida de homogeneidade pode ser realizada com um processo que cria grande redução de tamanho (trituração), enquanto outras amostras para outros processos exigirão redução a partículas finas (moagem).
Amostras laboratoriais ou analíticas devem ser processadas em uma forma que permita a extração ou digestão, em última análise, para um instrumento analítico ou teste químico. O processamento da amostra envolve a redução do tamanho do material para garantir amostras para homogeneidade e extração em uma matriz adequada para análise. O método mais comum para obter uma amostra homogênea é a moagem ou cominuição. A moagem de amostras permite um tamanho de amostra reduzido para aumentar a precisão e diminuir a incerteza. Em um estudo de Thiex et al., foi demonstrado que quanto menor o tamanho da partícula, menos amostra era necessária para atingir uma quantidade menor de incerteza em uma amostra. Veja a tabela abaixo.
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A autoignição de um combustível é determinada principalmente por dois fatores: temperatura e compressão. Ambos destes são especificados para um determinado motor como a temperatura de operação e taxa de compressão, respectivamente.
Uma reação de combustão ocorre em motores que inflamam o combustível e produzem trabalho e reações de combustão resultam em altas temperaturas. Portanto, é muito difícil tentar diminuir a operação temperatura dentro do motor para evitar a autoignição, de modo que levou a um foco na compressão Razão.
A taxa de compressão de um motor está ligada à eficiência máxima do motor, de modo que
motores com taxas de compressão mais altas produzem mais trabalho para uma determinada quantidade de combustível. Compressão as relações aumentaram ao longo do tempo, passando de um valor de 4 no Modelo T para 12 nos motores modernos. O problema com taxas de compressão mais altas é que elas podem produzir mais batidas do que o normal, o que levoupara um foco em projetar combustíveis para resistir à detonação. Observe que a batida não apenas produz um som irritante, mas uma batida forte pode resultar em danos ao motor. É aqui que a classificação de octanagem e o teste de octanagem mostra-se muito útil.
É geralmente visto que, à medida que o número de octanas de um combustível aumenta, o combustível tem menos propensão a detonar, portanto, aumentando suas capacidades antidetonantes. Isso levou a muitos desenvolvimentos na formulação de combustíveis. Cedo os combustíveis eram muito propensos a detonar, resultando na necessidade de taxas de compressão muito baixas. O desenvolvimento de craqueamento catalítico resultou em misturas de combustível com muito menos probabilidade de detonar. A octanagem de um combustível poderia ser aumentado ainda mais por meio de aditivos antidetonantes. Do início da década de 1920 até a década de 1970, O aditivo antidetonante mais popular adicionado ao combustível era o chumbo tetraetila. O chumbo tetraetila foi eliminado devido a restrições mais rígidas de emissões, e os aromáticos tornaram-se um popular aditivo antidetonante. Eventualmente os aromáticos foram considerados muito tóxicos, então agora o etanol é adicionado à gasolina para ajudar a aumentar a octanagem porque o etanol queima mais limpo [1].
Métodos de teste padronizados
Existem dois números de octanas diferentes que são testados. Eles incluem a octanagem de pesquisa (RON) e o número de octanas do motor (MON). Esses números diferem nos métodos de teste usados para determiná-los. O RON é encontrado usando métodos de teste especificados pela ASTM D2699 e o MON é especificado por ASTM D2700. Ambos os testes usam essencialmente o mesmo motor, que é um monocilíndrico, ciclo de quatro tempos, carburado, taxa de compressão variável, originalmente desenvolvido pela Grupo Cooperativo de Pesquisa em Combustíveis. Ambos fornecem índices de octanagem para combustíveis de até 25% v/v de etanol.
ASTM D2699 tem uma faixa de trabalho de RON de 40 a 120 e ASTM D2700 tem uma faixa de trabalho de MON de 40 a 120. A principal diferença nos dois métodos de teste é que o método RON édeterminado a partir de condições relativamente suaves do motor, enquanto o método MON é determinado a partir de condições mais condições severas do motor. O método MON foi desenvolvido para testar amostras de combustível em condições que são mais semelhantes às condições reais de condução. ASTM D2699 (RON) usa uma velocidade do motor de 600 rpm e uma temperatura de entrada de 52°C. ASTM D2700 (MON) usa uma velocidade do motor de 900 rpm com uma temperatura de entrada de 149°C [2,3].
Para medir a octanagem de um combustível, o motor é configurado para funcionar com esse combustível em uma das opções acima.
A taxa de compressão é então aumentada até que o motor comece a bater em uma determinada intensidade.
Essa taxa de compressão é então comparada a um combustível de referência, consistindo de isoctano e n-heptano.
À medida que a porcentagem de isoctano na mistura de combustível de referência aumenta, é menos provável que o combustível acender. Então, se um combustível tem um RON de 92, isso implica que nas condições do motor RON, o motor CFR bate com esse combustível na mesma intensidade que um combustível de referência que consiste em 92 por cento de isoctano, 8 por cento de n-heptano.
Importância do teste preciso de octanagem
O teste de octanagem tornou-se importante no início do século 20 como uma forma de quantificar o efeito antidetonante características de um determinado combustível. Ainda hoje, métodos padronizados de teste de octanagem são usados para determinaro número que aparece nas bombas de combustível. Esses números são geralmente considerados como a média entre o RON e o MON do combustível. O teste de octanagem também se torna muito importante à medida que mais estudos são feitos para ver quais tipos de formulações de combustível afetam a taxa de octanagem de um combustível. Gravação de uma taxa de octanagem precisa para uma amostra de combustível é muito importante para garantir que esses estudos feitos são precisos e para que possam melhorar ainda mais o design dos combustíveis. Houve também um estudo recente feito por Prakash et. al. onde eles relataram que a sensibilidade do combustível pode ter um impacto na eficiência do motor[4].
A sensibilidade é definida como a diferença entre o RON e o MON. No estudo eles descobriram que aumentar o RON e a sensibilidade teve um efeito positivo na eficiência do motor e consumo de combustível. A quantidade de melhoria desses parâmetros foi geralmente entre 1-5%. Elas também descobriu que em um RON mais alto (por exemplo, 98), o próprio RON tem um efeito mais significativo na eficiência do motor enquanto em um RON mais baixo (por exemplo, 92), a sensibilidade tem mais controle sobre a eficiência do motor.
Estudos e resultados como esses não podem ser alcançados sem a medição precisa das taxas de octanagem.
Descrição de um típico motor de teste de octanagem
Figura 1: Motor de unidade de classificação de octanagem combinada produzido por Koehler Instrument Company
A Figura 1 mostra uma imagem de um típico
motor de teste de octanagem (motor combinado ) o que significa que ele pode testar tanto
RON e MON e este motor está em conformidadepara ASTM D2699 e ASTM D2700.
No motor aqui, os parâmetros podem ser ajustado de acordo com os padrões
muito simplesmente através do painel de operação.Existe um motor de dupla velocidade que permite para rotações constantes do motor de acordo com de acordo com as normas e permite uma rápida mudança entre os testes RON e MON.
O conjunto do motor elétrico ajusta a altura do cilindro para alterar ataxa de compressão com base na entrada do usuário.
A detonação da combustão é convertida em um sinal analógico que melhora a precisão. A tecnologia de umidade do ar de admissão mantém a umidade conteúdo do ar de admissão com base nos padrões. Pulsos de ressonância e contrapressão são mitigadospelo sistema de tanque de compensação de exaustão. O motor também possui um sistema de segurança que para automaticamente operação do motor se diferentes indicações de falha estiverem presentes.
A principal vantagem desse sistema é a capacidade de alternar perfeitamente entre os métodos de teste RON e o MON. Isso é feito desligando o motor, trocando os jatos do carburador e, em seguida,reiniciando o motor.
O teste RON pode ser executado sem a remoção do coletor de aquecimento da mistura.
Além disso, o ponto de ignição é definido automaticamente e a configuração da correia de transmissão não precisa ser alterado ao alternar entre RON e MON. Geralmente mudando entre RON e MON no passado pode levar horas, mas, neste caso, é feito em questão de minutos.
Conclusão
Houve muito desenvolvimento no teste de octanagem e aprimoramento ao longo do tempo e muitas pessoas têm contribuído para o crescimento neste campo. Foi visto que a octanagem tem um efeito sobre eficiência e desempenho do motor. É muito importante que os números de octanas sejam medidos com precisão e eficiência, de modo que a pesquisa sobre design de combustível possa continuar a progredir.
Referências
[1] Shah, R. e Mittal, V. “I Hear You Knocking: Automotive Knock and the Octane Number.”
Notícias da Indústria Petrolífera. https://www.petro-online.com/article/analytical-instrumentation/11/koehlerinstrument-company/i-hear-you-knocking-automotive-knock-and-the-octane-number/2813.
[2] ASTM D2699-19e1, método de teste padrão para pesquisa do número de octanas do motor de ignição por faísca Fuel, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019, www.astm.org.
[3] ASTM D2700-19e1, método de teste padrão para número de octanas do motor de ignição por faísca Fuel, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019, www.astm.org.
[4] Prakash, A., Wang, C., Janssen, A., Aradi, A. et al., “Impacto da Sensibilidade do Combustível (RON-MON) em Eficiência do Motor”, SAE Int. J. Fuels Lubr. 10(1):2017, doi:10.4271/2017-01-0799.
Dr. Raj Shah é atualmente Diretor da Koehler Instrument Company, NY (um renomado fabricante de testes de petróleo instrumentos) e um membro ativo da ASTM nos últimos 25 anos.
Ele ocupou vários cargos de liderança dentro de vários comitês ASTM e recebeu o prêmio ASTM de Excelência ( três vezes: uma distinção sui generis) e o ASTM Eagle Award. UMA
Ph.D em Engenharia Química pela Penn State University, e um Fellow do The Chartered Management Institute, Londres, Dr. Shah recentemente coeditou , um best-seller de referência intitulado “Manual de combustíveis e lubrificantes”, publicado pela ASTM.
Dr. Raj tem mais de 375 publicações em seu nome e é membro eleito do Energy Institute, NLGI, STLE, IChemE, INSTMC, AIC, CMI e RSC e um Chartered Petroleum Engineer. Recentemente eleito Fellow pelo Institution of Chemical Engineers, Reino Unido, o Dr. Shah também foi recentemente homenageado com uma designação de engenheiro estimado por Tau Beta Pi, a mais alta engenharia sociedade de honra nos EUA. Mais informações sobre Raj podem ser encontradas em https://www.che.psu.edu/news-archive/2018/Alumni-Spotlight-Raj-Shah.aspxDr. Vikram Mittal, Professor Assistente nos Estados Unidos
Academia Militar do Departamento de Engenharia de Sistemas –
Obteve seu doutorado em Engenharia Mecânica na Instituto de Tecnologia de Massachusetts, onde pesquisou o relevância do número de octanas em motores modernos. seu atual os interesses de pesquisa incluem design de sistemas, sistemas baseados em modelos engenharia e batida do motor.
O Sr. Nathan Aragon é um Engenheiro Químico recém-formado da SUNY, Stony Brook University, onde o Dr. Shah é adjunto professor e presidente do Comitê de Assessoramento Externo da Departamento de Ciência de Materiais e Engenharia Química. Dr. Mittal é também membro deste grupo consultivo externo
O Sr. Nathan Aragon é um Engenheiro Químico recém-formado da SUNY, Stony Brook University, onde o Dr. Shah é adjunto professor e presidente do Comitê de Assessoramento Externo da Departamento de Ciência de Materiais e Engenharia Química. Dr. Mittal é também membro deste grupo consultivo externo
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pelo Dr. Philip Seidel – Gerente de Marketing de Produto Software de Ciências da Vida ZEISS Microscopy – conteúdo Extraído do site ZEISS – empresa que representamos no estado do Rio de Janeiro
ABSTRATO
Da Imagem aos Resultados | Análise Organóide
Nesta nova série “Da imagem aos resultados”, explore vários estudos de caso que explicam como obter resultados de suas amostras exigentes e imagens adquiridas de maneira eficiente. Para cada estudo de caso, destacamos diferentes amostras, sistemas de imagem e questões de pesquisa.
Neste terceiro episódio, mostramos um experimento de imagem simples realizado em organoides intestinais tratados com e sem uma droga inibidora de Wnt, com o objetivo experimental de estudar o papel da sinalização de Wnt na formação de organoides .
Estudos chaves:
Como estudar o papel da sinalização Wnt na formação de organoides
Como usar o aprendizado de máquina para segmentar camadas externas de células organoides
Como realizar a segmentação do núcleo e do corpo celular
Visão geral do estudo de caso
Amostra
Organoides intestinais
Tarefa
Estude o papel da sinalização Wnt na formação de organoides
Resultados
Análise de um experimento organoide
Sistema
ZEISS Celldiscoverer 7
Programas
arivis Vision4D®
Figura 1A : Morfologia básica de um organoide intestinal. Para maior clareza, uma seção transversal central de um conjunto completo de imagens organoides 3D é mostrada.
Introdução
A pesquisa em Biologia do Desenvolvimento visa entender os eventos e sinais de sinalização que ocorrem durante o desenvolvimento de organismos e órgãos vivos. Historicamente, a Biologia do Desenvolvimento dependia fortemente de organismos modelo complexos, como sapos com garras, moscas da fruta ou camundongos. Hoje, pesquisadores interessados no desenvolvimento de órgãos utilizam cada vez mais os organoides. Estes são sistemas de modelos tridimensionais artificiais que podem imitar a composição celular e a arquitetura dos tecidos dos órgãos, além de serem mais fáceis de manter e manipular experimentalmente.
Os organoides intestinais (intestinais) tornaram-se ferramentas indispensáveis para estudar tanto o desenvolvimento normal do intestino quanto os mecanismos que levam a morbidades (por exemplo, doença inflamatória intestinal). Os organoides intestinais são cultivados a partir de células-tronco intestinais únicas. Com os sinais de sinalização adequados aplicados, eles eventualmente formam organoides que consistem em uma única camada de enterócitos (células intestinais diferenciadas) em torno de um lúmen oco que se assemelha ao lúmen de um intestino real (Figura 1A).
A via Wnt é uma via de sinalização bem conhecida que regula o desenvolvimento e a manutenção do intestino. As funções e efeitos do Wnt são muito complexos e dependentes do contexto (para leitura detalhada, consulte a referência abaixo). Simplificando, Wnt contribui para a manutenção de células-tronco de tecidos saudáveis e a transição e diferenciação de células-tronco em enterócitos maduros (células de tecidos intestinais). Por outro lado, a atividade excessiva de Wnt (por exemplo, por mutações genéticas) contribui para o câncer intestinal.
Nesta história de aplicação, mostramos um experimento de imagem simples realizado em organoides intestinais tratados com e sem uma droga inibidora de Wnt, com o objetivo experimental de estudar o papel da sinalização de Wnt na formação de organoides.
Figura 2A : Varredura geral de organoides (campo amplo).
Figura 2B : Identificação das áreas de interesse.
Figura 2C : Varredura confocal detalhada usando o detector Airyscan.
Material e métodos
Para este experimento, as células-tronco intestinais foram primeiro equipadas com proteínas fluorescentes Histone2B-RFP e Mem9-GFP para marcar núcleos e membranas celulares. Células-tronco intestinais isoladas foram deixadas crescer em organoides por 5 dias na presença ou ausência do inibidor da via de sinalização Wnt IWP-2. Os organoides foram então fixados e corados com anticorpo para Aldolase B, que é um marcador para enterócitos diferenciados, e contrastados com DAPI (para detecção de núcleo).
A aquisição de imagens foi realizada usando um ZEISS Celldiscoverer 7 confocal que combina os modos de imagem de campo amplo e confocal. Organoides únicos foram adquiridos com ampliação de 20X com pilhas de imagens abrangendo toda a profundidade do organoide.
Para a aquisição de muitos organoides individuais foi utilizado o módulo “Aquisição Guiada” da ZEISS ZEN (edição azul). Este é um fluxo de trabalho de imagem automatizado que consiste em três partes. Uma grande varredura de visão geral com baixa ampliação (Figura 2A). Um pipeline de análise de imagem para identificar áreas de interesse – neste caso, organoides individuais na imagem geral (Figura 2B) e uma varredura detalhada de todas as posições identificadas (Figura 2C).
A varredura geral foi realizada com uma ampliação de 2,5x no modo de campo amplo baseado em câmera. Para varreduras detalhadas (ampliação de 20x), as pilhas de imagens abrangendo a profundidade organoide completa foram capturadas no modo confocal usando o detector Airyscan.
Figura 2D : Imagens gerais de organoides que foram tratados com e sem inibidor de Wnt. As imagens mostram que a inibição de Wnt altera a morfologia dos organoides, incluindo tamanho e forma. Os organoides tratados com controle são maiores e têm uma forma irregular.
Figura 2E : Os organoides tratados com controle são maiores e têm uma forma irregular. A Figura 2E mostra como a inibição de Wnt provavelmente reduz a expressão de Aldolase B.
arivis Vision4D
arivis Vision4D® é um software modular para trabalhar com imagens multicanal 2D, 3D e 4D de tamanho quase ilimitado, altamente escalável e independente dos recursos do sistema local. Muitos sistemas modernos de microscópio, como confocal de alta velocidade, folha de luz / SPIM, super-resolução, microscopia eletrônica ou instrumentos de raios-X, podem produzir grandes quantidades de dados de imagem. arivis Vision4D lida com esses conjuntos de dados sem restrições e em tempo relativamente curto.
Primeiro, os dados brutos da imagem de aquisição (um arquivo .czi por organoide) foram importados em lote para um único arquivo Vision4D. Para amostras de controle simulado e inibidor de Wnt, 30 organoides foram incluídos na análise. Para reduzir o tamanho dos dados, as imagens foram transformadas em 8 bits e agrupadas em 2×2 em dimensões xy.
O conjunto de dados de imagem bruta foi então processado por meio de normalização de imagem nos canais H2B-RFP, Mem9-GFP e DAPI para explicar as diferenças de intensidade entre organoides e as diferenças de intensidade do sinal devido à profundidade da imagem.
Em seguida, a segmentação de aprendizado de máquina foi realizada para segmentar a camada externa de células organoides. O lúmen organoide foi em seguida determinado preenchendo inclusões na segmentação da camada de células organoides.
Os núcleos foram segmentados com a função blob finder dos canais H2B-RFP e DAPI. Os núcleos dentro da camada de células organoides e o lúmen organoide foram separados em dois grupos de objetos com base nas distâncias do objeto ao lúmen organoide. Os corpos celulares foram segmentados através da região que cresce a partir de objetos nucleares dentro da camada de células organoides.
Finalmente, para facilitar uma melhor análise estatística, todos os grupos de objetos foram estratificados para organoides únicos. O pipeline está disponível para download e teste no final desta história do aplicativo.
Execução em arivis Vision4D
7:12
Aprendizado de máquina
Neste vídeo tutorial, aprenda como usar o aprendizado de máquina no arivis Vision4D para analisar organoides, que foram fotografados no microscópio confocal ZEISS Celldiscoverer 7.
7:39
Segmentação do núcleo e do corpo celular
Neste vídeo tutorial, continue com a análise de organoides usando arivis Vision4D. No tutorial anterior, usamos aprendizado de máquina para medir o volume total de um organoide. Agora aprenda a segmentar os núcleos individuais usando a operação Blob Finder e modele os limites da célula usando a operação Region Growing.
Validação
Em seguida, verificamos a validade e a qualidade das diferentes segmentações aplicadas durante a análise. A camada de células organoides e o lúmen organoide foram segmentados com o segmentador de aprendizado de máquina. Empregar o aprendizado de máquina leva a resultados de segmentação superiores em comparação com a segmentação convencional baseada em limites. Permitiu a discriminação entre células da camada celular (incluídas nos objetos) e lúmen (excluídas dos objetos) com base na textura complexa da imagem (Figura 3A).
Os núcleos celulares foram segmentados com segmentação localizador de blob. Isso permitiu a separação de núcleos de alta qualidade, apesar de estarem densamente empacotados em 3D e apesar das variações de intensidade. Ao estabelecer relações entre a camada de células organoides e o objeto lúmen, os núcleos foram então separados em núcleos da camada celular e núcleos luminais (Figura 3B). Os corpos celulares foram segmentados por região de crescimento dos núcleos da camada celular. Por filtragem de objetos, eles são bem restritos à camada de células organoides (Figura 3C).
Figura 3A : Camada de células organoides e segmentação do lúmen. Sobreposição de camada de células mostrada em verde, sobreposição de lúmen em amarelo.
Figura 3B : Núcleos na camada de células organoides e lúmen. Núcleos da camada celular mostrados em vermelho, núcleos luminais mostrados em amarelo.
Figura 3C : Corpos celulares na camada de células organoides. Núcleos da camada celular mostrados em vermelho, corpos celulares da camada celular mostrados em verde.
Resultados
Tamanho e arredondamento dos organoides
Tendo segmentado e validado todos os objetos relevantes de interesse, agora podemos pular para a análise. Por causa da variação natural dentro dos esferoides e para permitir uma análise estatística simples, todas as análises são preparadas como gráficos de bigodes de caixa (representando pontos de dados únicos e suas médias e desvios padrão), comparando organoides de ambos os grupos experimentais, onde cada ponto é o dados de um organoide.
Primeiro, os volumes do organoide completo (Figura 4A), a camada externa de células organoides (Figura 4B) e o lúmen organoide (Figura 4C) foram analisados. Há uma tendência para volumes maiores e principalmente uma maior dispersão de volumes no grupo controle, sugerindo que a inibição de Wnt interfere no crescimento adequado dos esferóides. No entanto, nenhuma dessas tendências foi significativa em um teste t estatístico. Tempos de incubação mais longos ou incluir mais organoides na análise provavelmente ajudariam a obter resultados mais conclusivos.
Também observamos na imagem de visão geral inicial (Figura 2A) que os organoides tratados com controle formaram mais formas amorfas, enquanto os organoides tratados com o inibidor de Wnt permaneceram esféricos. O Vision4D oferece vários parâmetros morfológicos para analisar tais observações. A Figura 4D mostra uma queda significativa de “arredondamento” em amostras tratadas com controle, assim, a inibição de Wnt de fato interfere na formação de formas organoides amorfos.
Figura 4A : O volume dos organoides completos. Pontos de dados únicos, média e desvio padrão são descritos. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Figura 4B : O volume das camadas de células organoides. Pontos de dados únicos, média e desvio padrão são descritos. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Figura 4C : O volume do lúmen interno organoide. Pontos de dados únicos, média e desvio padrão são descritos. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Figura 4D : A redondeza de organoides completos. Pontos de dados únicos, média e padrão são o desvio representado. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Números de células em diferentes compartimentos organoides
Em seguida, como outro marcador de crescimento organoide, avaliamos o número de células nos diferentes compartimentos organoides com base na contagem de objetos do núcleo. A quantificação foi realizada para todos os núcleos, com os núcleos da camada celular e os núcleos luminais processados independentemente. Essas duas classes têm destinos completamente diferentes dentro do organoide em crescimento. As células luminais atuam apenas como um suporte transitório e eventualmente morrem por apoptose, enquanto as células da camada externa formam o tecido epitelial funcional do organoide.
Os números de células são mostrados para o organoide total (Figura 5A), a camada externa de células organoides (Figura 5B) e o lúmen organoide (Figura 5C). Para todos os três grupos, há um aumento significativo no número de células para organoides tratados com controle em comparação com organoides expostos à inibição de Wnt (p <0,05 cada em testes t estatísticos). Isso indica novamente que a inibição de Wnt interfere com o crescimento organoide adequado. Quanto aos volumes organoides, a dispersão dos valores (o desvio padrão) é considerável. Portanto, a análise provavelmente se beneficiaria da análise de tamanhos de amostra maiores (mais esferóides na análise).
Figura 5A : Os números de células dos organoides completos. Pontos de dados únicos, média e desvio padrão são descritos. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Figura 5B : Os números de células das camadas de células organoides. Pontos de dados únicos, média e padrão são o desvio representado. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Figura 5C : Os números de células do lúmen interno organoide. Pontos de dados únicos, média e padrão são o desvio representado. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Expressão de Aldolase B como Marcador para Diferenciação de Enterócitos
Tendo descrito as características organoides morfológicas básicas nas seções anteriores, agora nos voltamos para a análise da expressão da Aldolase B. A aldolase B é um marcador de diferenciação de enterócitos. Durante a maturação organoide, as células-tronco intestinais devem se transformar progressivamente em células diferenciadas. Como resultado, o aumento da expressão da Aldolase B é um indicador para a maturação organoide bem-sucedida.
Dois de nossos grupos de objetos poderiam teoricamente ser adequados para a análise: (1) os núcleos da camada celular e (2) os corpos celulares da camada celular. Conforme mostrado na Figura 6A, a Aldolase B localiza-se principalmente no citosol, tornando os objetos do corpo celular os mais adequados para análise. O Vision4D permite extrair intensidades de canais de diferentes camadas hierárquicas. Aqui, mostramos aqui a soma da expressão de Aldolase B para o organoide completo (Figura 6B) e as intensidades médias de Aldolase B de uma única célula medidas independentemente em cada célula (Figura 6C). Em ambos os casos, há um aumento forte e significativo (p<0,001 em testes T estatísticos) em organoides que foram tratados de forma simulada em comparação com organoides tratados com inibidor de Wnt. Isso adiciona mais evidências de que a inibição de Wnt interfere na maturação organoide.
Figura 6A : Localização da expressão da Aldolase B nos organoides. A expressão da aldolase B (cinza) está localizada nos corpos celulares inteiros (verde) e não nos núcleos (vermelho).
Figura 6B : Expressão organoide Aldolase B total. Pontos de dados únicos, média e desvio padrão são descritos. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Figura 6C : Intensidade média celular média da Aldolase B. Pontos de dados únicos, média e padrão são o desvio representado. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Determinando células positivas para aldolase B como uma leitura alternativa
Na última seção, nos concentramos em medir um espectro contínuo de expressão da Aldolase B; no entanto, isso tem uma séria desvantagem. Ele não considera que, mais realisticamente, as células sejam “positivas” ou “negativas” para Aldolase B, como pode ser observado em uma seção transversal típica de organoides (Figura 7A). Portanto, uma estratégia de análise mais adequada estratifica as células em grupos positivos e negativos para Aldolase B e, em seguida, avalia a fração de células positivas dentro de um organoide.
Usando esta abordagem, deve ser definido um limiar que separe as populações positivas e negativas. A Figura 7B mostra a distribuição bimodal da intensidade da Aldolase B em todas as células no conjunto de dados, com máximos em intensidades médias de pixel de 10 e 30, respectivamente. Selecionamos uma intensidade média de pixel de 15 como limiar para células positivas para Aldolase B. A aplicação desse limite gera células positivas e negativas que combinam bem com a impressão visual da distribuição de Aldolase B na seção transversal de exemplo (Figura 7A). Os resultados são mostrados como o total de células positivas por organoide (Figura 7C) e como a porcentagem de células positivas por organoide (Figura 7D). Mais uma vez, os organoides tratados com controle tinham significativamente mais células positivas para Aldolase B, indicando melhor maturação do organoide.
Figura 7A : Localização da expressão da Aldolase B nos organoides. A expressão da aldolase B (cinza) está localizada nos corpos celulares inteiros (verde) e não nos núcleos (vermelho).
Figura 7B : Distribuição média da intensidade da Aldolase B de células únicas. Observe a curva de distribuição bimodal e o limiar definido entre os dois máximos.
Figura 7C : Número de células positivas para Aldolase B por organoide. Pontos de dados únicos, média e desvio padrão são descritos. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Figura 7D : Porcentagem de células positivas para Aldolase B por organoide. Pontos de dados únicos, média e desvio padrão são descritos. O valor p do teste t estatístico é mostrado.
Nota Adicional – Análise de
Depois que um pipeline foi criado e otimizado no arivis Vision4D por meio de testes em um conjunto de imagens de amostra, é possível ampliar a análise usando a plataforma VisionHub baseada em servidor. Comoarivis VisionHubé acessado pela web, os usuários podem facilmente fazer upload de pipelines para seus conjuntos de dados, executar análises em lote e, em seguida, ter os resultados prontamente disponíveis na interface de usuário baseada na web.
Neste estudo, 60 amostras de organoides foram analisadas, mas seria possível analisar muito mais. o arivis VisionHub observa imagens recém-adquiridas sendo exportadas do microscópio. Depois que o conjunto de dados é totalmente exportado, a miniatura se torna visível na interface do usuário (Figura 8A). Os usuários podem fazer upload de seus pipelines e simplesmente selecionar conjuntos de dados para análise (Figura 8B). Quando a análise estiver concluída, os resultados estarão disponíveis como marcações de objetos no visualizador (Figura 8C) e as tabelas de dados também estarão disponíveis para download.
Figura 8A : Conjuntos de dados no VisionHub. Os usuários podem selecionar conjuntos de dados para análise de alto rendimento.
Figura 8B : Agendador de análise. Os trabalhos de análise são enfileirados.
Figura 8C : Resultados no VisionHub. Todos os resultados da análise estão disponíveis no VisionHub.
Resumo
Nesta história de aplicação, apresentamos uma abordagem para um estudo organoide empregando um ZEISS Celldiscoverer 7 e arivis Vision4D para análise de imagem. Os organoides exigem muito das técnicas analíticas por causa de sua arquitetura tecidual bastante complexa (conjuntos de dados 3D que consistem em uma camada externa de células e um lúmen interno) e pela multiplicidade de marcadores de diferenciação que podem ser aplicados (volume e forma organoides, número de células e -análise da expressão celular do tecido). Destacamos como tudo isso pode ser feito com a funcionalidade integrada do Vision4D.
Neste experimento, encontramos vários resultados que podem destacar o papel da sinalização Wnt na organogênese intestinal. Pudemos validar que organoides com sinalização Wnt inibida teriam volumes organoides diminuídos, uma forma esférica mais imatura, menos número de células e menos expressão de Aldolase B. A aldolase B como marcador de diferenciação de enterócitos foi reduzida tanto em termos de níveis de expressão total quanto em termos de frações celulares positivas para Aldolase B.
Deve-se notar que apenas 30 organoides por amostra foram analisados com o objetivo de demonstrar a análise de imagem com nosso software. Isso certamente não atende aos altos padrões que seriam necessários para um estudo profissional e conclusões estatisticamente relevantes. Ainda acreditamos que ter esse tipo de caso de uso do “mundo real” ajuda você a aprender sobre estratégias de análise de imagem que podem ser aplicadas aos seus próprios dados. Como sempre, o conjunto de dados e o pipeline de análise são fornecidos aqui para dar a você a oportunidade de testar o Vision4D por conta própria.
Como começar
Neste vídeo, aprenda como começar com o conjunto de dados deste estudo de caso e sua versão de avaliação do arivis Vision4D (ambos os downloads são fornecidos no site da zeiss.com). Veja como carregar uma imagem, carregar um pipeline e como iniciar sua análise.
Polímeros semicristalinos, como o polietileno, são o maior grupo de plásticos produzidos comercialmente. O aquecimento e resfriamento entre as transições de fase é usado na indústria para moldar esses polímeros em seu produto final. Uma transição de fase ocorre quando uma substância muda para um estado diferente, por exemplo, de sólido para líquido.
Os polímeros podem ser classificados como amorfos ou cristalinos. Polímeros cristalinos são altamente ordenados o que proporciona resistência e rigidez, em polímeros amorfos as moléculas são ordenadas aleatoriamente e isso permite flexibilidade e elasticidade. Duas transições pelas quais os polímeros podem passar, estudadas nesta nota de aplicação, são a transição de fusão e a transição vítrea. A transição de fusão refere-se à mudança de sólido para líquido, e só é vista em polímeros cristalinos. A transição vítrea ocorre em polímeros amorfos e é gradual e reversível. Uma amostra amorfa mudaria de um estado “vítreo” duro para um estado emborrachado ou viscoso. Os polímeros são geralmente uma mistura dos dois, denominados semicristalinos, e estes podem ter uma transição vítrea e de fusão.
A espectroscopia Raman pode ser usada para determinar a temperatura de transição vítrea, temperatura de transição de fusão e estimativa de cristalinidade.¹ As intensidades de pico são úteis na identificação de mudanças na organização molecular das amostras e, portanto, na temperatura de transição, como a transição vítrea. Nesta nota de aplicação investigamos as transições de fase que ocorrem em polietileno e nylon-6 usando o microscópio Raman RMS1000 e um estágio de temperatura.
Materiais e Métodos
Os pós de polietileno e nylon-6 foram adquiridos da Sigma Aldrich e carregados em uma cubeta de quartzo. Os pós foram analisados usando um microscópio Raman RMS1000 equipado com um laser de 785 nm e um estágio de temperatura Linkam HFS600. Este estágio de temperatura permite medições de -195°C a 600°C.
Figura 1. A) Microscópio Raman RMS1000 B) Estágio de Temperatura
Resultados e Discussão
Polietileno
Figura 2. Espectros Raman de polietileno em temperaturas crescentes
A Figura 2 mostra os espectros Raman para polietileno em quatro temperaturas diferentes. A fase cristalina, mostrada aqui a 30°C, tem bandas Raman estreitas características. Isso se deve à organização estrita do polímero nesse estado com conformação rica em trans. À medida que o polímero é aquecido, ele se move para o estado amorfo e o polímero se torna mais desorganizado com conformação rica em gauche, o que significa que as bandas Raman se tornam mais largas. Pode ser visto claramente a partir destes espectros Raman que a 144°C a amostra de polietileno passou pela transição de fusão e está na fase amorfa.
Nylon-6
Figura 3. Espectros Raman de nylon-6 em temperaturas crescentes
O nylon-6 foi aquecido para obter medidas espectrais tanto para a transição vítrea quanto para a fusão subsequente. A partir dos espectros, Figura 3, uma diminuição na intensidade Raman dos picos-chave é vista à medida que aumentamos a temperatura até o ponto de fusão. As mudanças na intensidade de pico durante o aquecimento podem ser usadas para determinar a temperatura de transição de fase. A Figura 4 mostra a intensidade da banda Raman de 1450 cm -1 contra o aumento da temperatura e a transição vítrea pode ser vista claramente pela queda repentina seguida de um aumento acentuado na intensidade a 50°C.
Figura 4. Intensidade da banda de 1450 cm -1 em temperatura crescente para nylon-6, seta indica temperatura de transição vítrea
Conclusão
A espectroscopia Raman é um ótimo método para estudar transições de fase em polímeros e determinar a temperatura na qual tais transições começam. Essas informações são fundamentais para garantir seu uso eficiente na indústria. Neste caso, o Microscópio Raman RMS1000 com estágio de temperatura revela as mudanças espectrais quando o polímero transita do estado cristalino para o estado amorfo, tanto para fusão quanto para transições vítreas.
Referências
1. Jin, Y. et ai. Identificação Raman de Múltiplos Picos de Fusão de Polietileno. Macromoléculas (2017)
2. Rull, F., Prieto, AC, Casado, JM, Sobron, F. & Edwards, HGM Estimativa de cristalinidade em polietileno por espectroscopia Raman. J. Raman Spectrosc . (1993)
Microscópio Raman RMS1000
Saiba mais sobre o Microscópio Raman RMS1000 . Se o seu trabalho envolve a transição de fase do polímero e você gostaria de falar com uma de nossas equipes de vendas para descobrir como o RMS1000 pode ser usado em sua própria pesquisa Raman, entre em contato com nossa equipe. Teremos o maior prazer em ajudar.
Atuamos na condição de distribuidor autorizado da EDHIMBURG INSTRUMENTS / TECHCOMP no Brasil. Somos treinados, qualificados e aptos a dar todo suporte aos nossos clientes no pré e pós venda sobre todos os itens da EDHIMBURG INSTRUMENT em todo território nacional!
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Entrevista conduzida e texto criado por integrante da equipe MEMMERT
Verena Jungmeier
Tecnologia de forno a vácuo explicada por um especialista veterano. Leia sobre seu uso, aplicação, especialidades técnicas e muito mais nesta entrevista exclusiva da Memmert.
Memmert: Olá Sr. Bayer, você faz parte da família Memmert há 35 anos e conhece o portfólio de produtos como a palma da sua mão – ou talvez até melhor! Você já nos disse que o forno a vácuo VO é um dos seus produtos favoritos. Por quê?
Heinz Bayer: Um forno a vácuo é usado principalmente para secagem suave e rápida de uma ampla variedade de materiais e mercadorias. Na indústria elétrica, por exemplo, os componentes ou placas de circuito impresso são secos, na tecnologia médica, por exemplo, um forno a vácuo é usado para secar o pó de titânio para materiais ortopédicos. Os fornos a vácuo também podem ser encontrados na indústria alimentícia, por exemplo, para a produção de frutas secas, para testar a conservação e desidratação de alimentos ou para desenvolver variantes rápidas e suaves para isso. A indústria farmacêutica precisa de fornos a vácuo para secar medicamentos, pós e grânulos e, por exemplo, para determinar o teor de umidade para garantia de qualidade.
Heinz Bayer, chefe de vendas técnicas.
Memmert: Para que realmente é necessário um forno a vácuo?
Heinz Bayer: Um forno a vácuo é usado principalmente para secagem suave e rápida de uma ampla variedade de materiais e mercadorias. Na indústria elétrica, por exemplo, os componentes ou placas de circuito impresso são secos, na tecnologia médica, por exemplo, um forno a vácuo é usado para secar o pó de titânio para materiais ortopédicos. Os fornos a vácuo também podem ser encontrados na indústria alimentícia, por exemplo, para a produção de frutas secas, para testar a conservação e desidratação de alimentos ou para desenvolver variantes rápidas e suaves para isso. A indústria farmacêutica precisa de fornos a vácuo para secar medicamentos, pós e grânulos e, por exemplo, para determinar o teor de umidade para garantia de qualidade.
Memmert: E por que os fornos de secagem convencionais não são usados para esses processos em vez de um forno a vácuo?
Heinz Bayer: Existem muitos materiais que não são resistentes ao calor e, portanto, não podem ser secos rapidamente em um armário de secagem. Reduzir a pressão dentro do forno a vácuo diminui o ponto de ebulição da água. A água normalmente evapora apenas (dependendo das condições ambientais) acima de aprox. 100°C. Dependendo da pressão ajustada, o ponto de ebulição no forno a vácuo muda. A uma pressão de aprox. 50 mbar, o ponto de ebulição da água já é de 33 °C. Isso significa que a carga pode ser seca muito suavemente com um Memmert VO sem ser exposta a altas temperaturas que podem danificar a carga.Forno a vácuo Memmert VO.
Memmert: Um forno a vácuo é, portanto, uma parte importante de muitos processos de pesquisa e fabricação em uma ampla variedade de indústrias. Por que os usuários devem confiar no VO da Memmert?
Heinz Bayer: A Memmert desenvolve e produz fornos a vácuo desde 2000 – graças a muitos anos de experiência, somos especialistas na área de secagem a vácuo. A Memmert oferece o forno a vácuo em três tamanhos (volume interior de 29, 49 e 101 litros). A faixa de temperatura de ajuste é de +20 a +200 °C e um vácuo de 5 a 1100 mbar pode ser ajustado para todos os tamanhos. Em comparação com outros fabricantes, a Memmert não usa aquecimento de quatro lados na parte externa da câmara no forno a vácuo, mas folhas térmicas aquecidas diretamente.
Aquecimento direto inteligente através de prateleiras térmicas posicionáveis individualmente.
Isso permite o contato direto entre o aquecimento (folhas térmicas) e a carga, o que garante que a saída de calor seja transferida diretamente para a carga. Dentro do forno a vácuo, não há meio como o ar que possa transferir calor para a carga, por isso o contato direto com o aquecedor é tão importante. O tempo de aquecimento das placas térmicas é curto e a distribuição de temperatura é muito uniforme e precisa, de modo que a transferência de calor precisa pode ocorrer. A propósito, publicamos recentemente um whitepaper detalhado sobre esse tópico.
Memmert: Mas não são apenas as prateleiras térmicas que são únicas, o módulo da bomba também, certo?
Heinz Bayer: Isso está correto. Para gerar o vácuo, a Memmert oferece opcionalmente um módulo de bomba isolante de ruído com uma bomba de vácuo instalada, que consome 70% menos energia do que as bombas de vácuo convencionais. As bombas convencionais funcionam continuamente com potência máxima, enquanto a bomba de vácuo controlada por velocidade no módulo de bomba Memmert desliga assim que o valor de vácuo desejado é alcançado. A longo prazo, isso, obviamente, economiza custos de energia e aumenta a vida útil das peças de desgaste instaladas na bomba de vácuo, como a membrana para gerar o vácuo.
Memmert: E como todo o processo no forno a vácuo é controlado?
Heinz Bayer: O software Memmert de operação intuitiva AtmoCONTROL permite a programação de diferentes setpoints de temperatura e vácuo. Desta forma, os usuários podem programar uma sequência individual do processo, que também pode, é claro, ser salva para reproduzi-la posteriormente. Além disso, são criados protocolos do processo, que são importantes para a avaliação dos testes realizados e também para as auditorias a serem realizadas, principalmente na indústria farmacêutica, mas também em outros setores. Com AtmoCONTROL, cada prateleira térmica individual também pode ser calibrada e ajustada em caso de desvios de temperatura.
Memmert: Finalmente, como você descreveria brevemente por que o forno a vácuo Memmert VO é a solução ideal para aplicações de secagem?
Heinz Bayer: O Forno á vácuo / Estufa a vácuo é uma combinação de qualidade comprovada da Memmert e tecnologia inovadora. As chapas térmicas removíveis e aquecidas diretamente e o controle de vácuo eletrônico e, portanto, programável, atendem a todos os requisitos de materiais muito sensíveis e muitas vezes difíceis de secar.
No Brasil, os clientes podem contar com o suporte da General Lab Solutions na qualidade de distribuidor autorizado a todo território nacional. Nossos contatos são : 21 3959-6000 Whatsapp : 21 2782-0045 email : vendas@genera-lab.com.br e no nosso site podem ser encontrados diversas opções de produtos da nossa representada , dentre eles câmara climática, incubadoras de CO2, Estufa a vácuo e outros. Com a qualidade alemã e garantia de excelência em qualidade, operação e pós venda!! General Lab Solutions o seu distribuidor MEMMERT no Brasil. Conte conosco para tudo o que precisar.
O hexanal é um dos muitos componentes aromáticos bem documentados que contribuem para o sabor e aroma em produtos alimentícios de consumo comum contendo ácidos graxos ômega-6. O conteúdo de hexanal também é usado para medir o estado oxidativo de alimentos ricos em ácidos graxos ômega-6.
A amostragem dinâmica de headspace difere da amostragem estática de headspace, pois o headspace acima da amostra é varrido com um gás para uma armadilha adsorvente, em vez de permitir que uma amostra e seu headspace atinjam um equilíbrio estático antes de transferir os compostos voláteis para um cromatógrafo a gás/espectrômetro de massa (GC/MS). O emprego de amostragem dinâmica de headspace fornece todos os benefícios do headspace estático com recursos de detecção de baixo nível semelhantes à análise por purge e trap.
O conteúdo de hexanal de dois produtos alimentícios de consumo comum, arroz e fórmula infantil, foi avaliado quanto ao conteúdo de hexanal. O headspace dinâmico foi usado para concentrar o hexanal de produtos alimentícios, minimizando a extração e limpeza de solventes que exigem muita mão de obra. O hexanal foi então separado de outros compostos voláteis e quantificado com GC/MS.
Figura 1. Amostrador Headspace SCION HT3 junto com a plataforma SCION Instruments 8300 GC em combinação com até 8700 SQ-MS.
Os ácidos graxos ômega-6 são os ácidos graxos mais comumente encontrados nos alimentos que comemos. O hexanal é formado quando esses ácidos graxos ômega-6 são oxidados. O hexanal é um componente aromático que contribui para o sabor e aroma em produtos alimentícios de consumo comum contendo ácidos graxos. O conteúdo de hexanal pode ser usado para medir a qualidade do sabor e aroma de alimentos ricos em ácidos graxos, bem como seu estado oxidativo.
Arroz e fórmula infantil, ácidos graxos contendo produtos alimentícios de consumo, foram avaliados para hexanal usando a opção dinâmica do Analisador Estático e Dinâmico de Headspace SCION Instruments HT3. A opção dinâmica melhora a sensibilidade em relação ao método estático varrendo e concentrando continuamente os analitos em uma armadilha adsorvente, resultando em um aumento de 10 a 100 vezes na sensibilidade, dependendo do composto.
Ao medir o conteúdo de hexanal como um marcador oxidativo de lipídios, a correspondência de matriz é crítica devido aos efeitos de diferentes concentrações de lipídios na recuperação de hexanal. Elisia 1 e García-Llatas 2 usaram o casamento de matrizes para calcular a precisão de seu método para monitorar a oxidação lipídica durante o armazenamento do leite humano e fórmula infantil. Wang 3 usou arroz sem hexanal para sua curva de calibração para realizar uma correspondência de matriz semelhante.
PREPARAÇÃO PADRÃO E AMOSTRA
Os padrões hexanais foram preparados a 2, 10, 20, 100 e 200 ng/µL em metanol. As curvas de calibração foram criadas de 10 ng a 1000 ng em frascos de headspace de 22 mL adicionando 5 µL de cada padrão de estoque a frascos padrão ou frascos de amostra.
O arroz branco foi obtido localmente. O arroz foi levemente moído em moinho de laboratório. A amostra de arroz consiste em 1 g de arroz moído tanto para a curva de calibração quanto para as amostras. Os padrões e amostras de arroz foram avaliados com headspace dinâmico a 30 °C. Sete amostras de arroz foram preparadas para determinar a reprodutibilidade e precisão.
Três conjuntos de amostras de arroz foram testados para avaliar os voláteis liberados durante o cozimento pela adição de água. O primeiro conjunto foi o arroz seco. O segundo conjunto continha 100 µL de água adicional ou 10% (v/p) de água. O conjunto final continha 500 µL de água adicional ou 50% (v/p) de água.
A fórmula infantil foi obtida localmente. A fórmula infantil consiste em 1 mL tanto para a curva de calibração quanto para as amostras. Os padrões e amostras de fórmula infantil foram avaliados com headspace dinâmico a 37 °C. Sete amostras de fórmula infantil foram preparadas para determinar a reprodutibilidade e precisão.
Tabela 1. Condições de operação da instrumentação
Parâmetro
Especificação
Injetor
Divisão 30:1, 200°C
Coluna
Rtx – 502.2
Sobre o programa
40°C (2 min), 7°C/min a 120°C, 15°C/min a 240°C (7 min)
Operadora
Hélio
Fluxo
1,0 ml/min
Programas
MSWS/HT3 Teklink
Temperatura da linha de transferência MS
240°C
Fonte de íons
230°C
Modo de ionização
EI
Início da digitalização
1,0
Modo de digitalização
Verificação completa
HT3
Temperatura do forno
150°C
Temperatura da linha de transferência
160°C
Temperatura da amostra
37°C
Equilíbrio da amostra
10 minutos
RESULTADOS DA CALIBRAÇÃO
As curvas hexanais de 10 ng a 1000 ng de arroz padrão e enriquecido incluindo o coeficiente de correlação (r 2 ) são mostradas na Figura 2. A curva hexanal padrão de 10 ng a 1000 ng em água e fórmula infantil incluindo o coeficiente de correlação (r 2 ) são mostrados na Figura 3. A diferença entre as inclinações das linhas confirma que a correspondência de matriz deve ser realizada ao testar o hexanal em amostras de arroz ou fórmula infantil.
Figura 2. Comparação da curva de calibração hexanal de 10 ng a 1000 ng (losango azul) e em arroz (triângulo vermelho).
Figura 3. Comparação da curva de calibração hexanal de 10 ng a 1000 ng em água (losango azul) e em fórmula infantil (triângulo vermelho).
Tabela 2. Concentração de Hexanal para sete amostras
Concentração Hexanal
Amostra
Arroz (ng/g)
(Fórmula ng/ml)
1
89,3
41,8
2
82,8
48,6
3
88,4
42,8
4
88,1
39,3
5
107,4
44,5
6
83,5
47,1
7
94,3
43,8
%RSD
9.2
7.2
Média
90,5
44,0
REPRODUTIBILIDADE E RESULTADOS DE PRECISÃO
A concentração de hexanal foi calculada como ng/mL para as 7 amostras de fórmula infantil usando o fator de resposta dos dados de calibração. A concentração de hexanal foi calculada como ng/g para as 7 amostras de arroz não enriquecido usando o fator de resposta dos dados de calibração usando arroz como matriz de enriquecimento. O íon fragmento 56 m/z foi usado para o cálculo. A Tabela 3 mostra os dados para as sete amostras juntamente com o %RSD e a média.
A Figura 4 é a comparação do cromatograma de íons de massa de 56 m/z de um padrão hexanal de 10 ng em água com uma amostra de fórmula infantil não enriquecida.
A Figura 5 é a comparação do cromatograma de íons de massa de 56 m/z de um padrão hexanal de 50 ng com uma amostra de arroz não enriquecido.
Figura 4. Comparação do Cromatograma de Íons de Massa de 56 m/z de um Padrão Hexanal de 10 ng em Água com uma Amostra de Fórmula Infantil Não Enriquecida.
Figura 5. Comparação do Cromatograma de Íons de Massa de 56 m/z de um Padrão Hexanal de 50 ng em Água com uma Amostra de Arroz Não Enriquecido.
RESULTADOS DA ADIÇÃO DE ÁGUA DE ARROZ
A adição de água às amostras de arroz para avaliar outros voláteis liberados durante o cozimento produziu resultados inesperados com os parâmetros dinâmicos de headspace especificados. A primeira foi o aparecimento de outros compostos voláteis que não foram detectados no arroz seco.
A segunda foi a redução do hexanal com o aumento do teor de água, incluindo o padrão hexanal adicionado. A Figura 6 compara o cromatograma iônico total (TIC) do arroz seco e arroz com 10% (100 µL) e 50% (500 µL) de água adicionada, todos com 1000 ng de hexanal adicionados.
Essa redução do pico hexanal também é evidente nas curvas de calibração. A Figura 7 compara a curva de calibração para o arroz seco e os 10% de água adicionada. As amostras de 50% de água/arroz não tinham pico hexanal detectável e nenhuma curva de calibração foi calculada.
Figura 6. Comparação do TIC para arroz seco e arroz com 10% e 50% de água adicionada.
Figura 7. Comparação da curva de calibração hexanal de 10 ng a 1000 ng para arroz enriquecido sem água (losango azul) e arroz enriquecido com 100 µL de água (triângulo vermelho).
CONCLUSÃO
O hexanal foi prontamente determinado com análise dinâmica do headspace em arroz seco e fórmula infantil usando os parâmetros nesta avaliação. As curvas de calibração devem usar correspondência de matriz para fornecer dados precisos.
A adição de água ao arroz seco aumentou a liberação de outros compostos voláteis. Mas também resulta na redução do hexanal, dependendo da quantidade de água adicionada. O mecanismo dessa perda não foi avaliado para este pôster.
REFERÊNCIAS
1 –Elisia I, Kitts DD, Quantificação de hexanal como índice de oxidação lipídica no leite humano e associação com componentes antioxidantes, Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition, Volume 49, Issue 3, 2011, pg 147-152
2 – García_Llatas G, Lagarda MJ, Romero F, Abellán P, Farré R, Um método de microextração em fase sólida headspace para uso no monitoramento de hexanal e pentano durante o armazenamento: Aplicação em alimentos infantis líquidos e fórmulas infantis em pó, Food Chemistry, Volume 101 , Edição 3, 2007, página 1078-1086, do endereço da Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação: http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=US201301124132
3 – Yiru Wang, Jaeho Ha, Determinação de Hexanal em Arroz Usando um Amostrador de Headspace Dinâmico Automatizado Acoplado a um Espectrômetro de Massa de Cromatógrafo a Gás, Journal of Chromatographic Science, 2012: 00:1-7
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A nova série Precision de equipamentos de teste de imersão líquida é projetada para testes de alta precisão de acordo com uma variedade de metodologias de teste de petróleo ASTM. A série Precision moderniza nossa linha de equipamentos de teste de alta temperatura que usa o líquido como meio de controle de temperatura. Nosso recém-desenvolvido sistema de aquecimento de imersão aumenta a precisão e estabilidade da temperatura, ao mesmo tempo em que moderniza a forma e a função da unidade.
A série de equipamentos Precision está disponível para todos os seguintes métodos de teste ASTM:
D130, D1838, D7667 Corrosividade ao cobre e prata D1298 Densidade por Hidrômetro D525, D873 Estabilidade à Oxidação da Gasolina D942 Estabilidade à Oxidação de Graxas Lubrificantes D2274, D2440, D2893 Estabilidade à Oxidação de Óleos Minerais, Lubrificantes e Combustíveis
A série Koehler Precision de equipamentos de teste de imersão em líquidos estará disponível para compra no final de 2022.
Nossa empresa atua como distribuidor autorizado, treinado, qualificado pela nossa representada KOEHLER INSTRUMENT e apto a dar todo suporte aos clientes em todo território nacional !
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Forno a vácuo Memmert VO.
