在樣品干燥過程中,如何實現(xiàn)低溫干燥以保護(hù)熱敏性樣品的活性,是用戶關(guān)注的核心問題。隨著離心濃縮儀在蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、刑偵緝毒等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,許多對溫度敏感的樣品(如易失活酶、不穩(wěn)定代謝物及痕量毒物)的濃縮過程必須精準(zhǔn)控制在室溫或更低溫度下進(jìn)行。那么離心濃縮儀是如何實現(xiàn)的?本文將深入解析離心濃縮儀的低溫濃縮原理,并詳細(xì)分析影響樣品溫度的關(guān)鍵因素,為實驗人員優(yōu)化干燥條件提供科學(xué)依據(jù)。
樣品溫度≠加熱溫度
我們知道在使用真空離心濃縮儀的時候,需要設(shè)置兩個關(guān)鍵參數(shù):溫度、真空度,二者最大限度的影響蒸發(fā)速率,但樣品溫度≠加熱溫度。因為真空離心濃縮儀利用降低真空可降低樣品沸點的原理而設(shè)計,這意味著,沸點隨著真空度的降低而降低。以水為例,常壓下的沸點是100℃。當(dāng)降低其系統(tǒng)內(nèi)的真空度時,8mbar下水的沸點為4℃(如下圖所示)。所以當(dāng)水在8mbar下蒸發(fā)進(jìn)行時,樣品溫度=沸點溫度=4℃,其可安全的在低溫下進(jìn)行。
在使用真空離心濃縮儀時,樣品溫度呈現(xiàn)動態(tài)變化特征:在溶劑蒸發(fā)階段,樣品溫度維持在沸點溫度;當(dāng)蒸發(fā)完成后,溫度將逐漸上升并最終趨近于設(shè)定溫度。所以這對濃縮儀的精準(zhǔn)控溫提出的要求,帶有溫控系統(tǒng)是必要的。
蒸發(fā)過程中樣品(藍(lán)色)變化示意圖
加熱溫度越高,蒸發(fā)越快
溶劑去除系統(tǒng)利用熱能輸入促使溶劑蒸發(fā),在此過程中熱量與樣品溫度既密切相關(guān)又存在本質(zhì)區(qū)別。二者的關(guān)系可通過熱力學(xué)公式Q = mcΔT定量描述:當(dāng)系統(tǒng)處于相變階段時,吸收的熱能主要用于克服分子間作用力以實現(xiàn)相態(tài)轉(zhuǎn)變,此時系統(tǒng)溫度保持恒定。值得注意的是,熱量輸入速率與蒸發(fā)速率呈正相關(guān)關(guān)系,即加熱溫度越高,蒸發(fā)越快。
結(jié)論
在使用真空離心濃縮儀時,蒸發(fā)時樣品溫度與樣品本身特性和真空度有關(guān),與設(shè)定溫度無關(guān),但加熱溫度越高,蒸發(fā)越快。當(dāng)蒸發(fā)完成后,樣品溫度將逐漸上升并最終趨近于設(shè)定溫度,這時一臺帶有溫控系統(tǒng)的濃縮儀是非常必要的。
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