چرا از نیتروژن مایع در انجماد استفاده می شود؟

2023-07-20

1. چرا از نیتروژن مایع به عنوان مبرد استفاده می شود؟

1. چون دماینیتروژن مایعخود بسیار کم است، اما ماهیت آن بسیار ملایم است، و برای نیتروژن مایع دشوار است که تحت واکنش های شیمیایی قرار گیرد، بنابراین اغلب به عنوان مبرد استفاده می شود.
2.نیتروژن مایعتبخیر می شود تا گرما را جذب کند، دما را کاهش دهد و می تواند به عنوان مبرد استفاده شود.
3. عموماً آمونیاک به عنوان مبرد و آب به عنوان جاذب استفاده می شود.
4. گاز آمونیاک توسط کندانسور خنک می شود تا به آمونیاک مایع تبدیل شود و سپس آمونیاک مایع برای تبخیر وارد اواپراتور می شود و در عین حال گرما را از خارج جذب می کند تا به هدف تبرید برسد و در نتیجه یک تبرید با جذب انتشار مداوم تشکیل می شود. چرخه
5. نیتروژن را می توان به عنوان مبرد در شرایط «برودتی» یعنی نزدیک به 0 درجه مطلق (15/273- درجه سانتیگراد) استفاده کرد و عموماً در آزمایشگاه ها برای مطالعه ابررسانایی استفاده می شود.
6. در پزشکی معمولاً از نیتروژن مایع به عنوان مبرد برای انجام عملیات تحت بی حسی سرمایی استفاده می شود.
7. در زمینه با تکنولوژی بالا، نیتروژن مایع اغلب برای ایجاد یک محیط با دمای پایین استفاده می شود. به عنوان مثال، برخی از مواد ابررسانا تنها پس از عملیات با نیتروژن مایع، در دماهای پایین خاصیت ابررسانایی به دست می آورند.
8. دما تحت فشار نرمال نیتروژن مایع 196- درجه است که می توان از آن به عنوان منبع سرد فوق العاده پایین استفاده کرد. خرد کردن لاستیک ها در دمای پایین، ذخیره سازی ژن در بیمارستان ها و غیره همگی از نیتروژن مایع به عنوان منبع سرد استفاده می کنند.

2. نیتروژن مایع چگونه سلول ها را حفظ می کند؟

متداول‌ترین روش برای انجماد سلولی، روش انجماد نیتروژن مایع است که عمدتاً از روش انجماد آهسته با مقدار مناسبی از عامل محافظ برای انجماد سلول‌ها استفاده می‌کند.
توجه: اگر سلول ها مستقیماً بدون افزودن ماده محافظ منجمد شوند، آب داخل و خارج سلول ها به سرعت بلورهای یخ تشکیل می دهد که باعث ایجاد یک سری واکنش های نامطلوب می شود. به عنوان مثال، کم آبی سلول ها باعث افزایش غلظت الکترولیت موضعی، تغییر مقدار pH و دناتوره شدن برخی پروتئین ها به دلایل فوق می شود و باعث اختلال در ساختار فضای داخلی سلول می شود. باعث آسیب، تورم میتوکندری، از دست دادن عملکرد و اختلال در متابولیسم انرژی می شود. کمپلکس لیپوپروتئین روی غشای سلولی نیز به راحتی از بین می رود و باعث تغییر در نفوذپذیری غشای سلولی و از بین رفتن محتویات سلولی می شود. اگر کریستال‌های یخ بیشتری در سلول‌ها تشکیل شود، با کاهش دمای انجماد، حجم بلورهای یخ منبسط می‌شود و در نتیجه آسیب‌های جبران‌ناپذیری به پیکربندی فضایی DNA هسته‌ای وارد می‌شود که منجر به مرگ سلول می‌شود.

گرمای نهان و محسوس جذب شده توسط مواد غذایی نیتروژن مایع در تماس با غذا باعث یخ زدن غذا می شود. نیتروژن مایع از ظرف خارج می شود، به طور ناگهانی به دما و فشار عادی تغییر می کند و از حالت مایع به گاز تبدیل می شود. در طی این فرآیند تغییر فاز، نیتروژن مایع در دمای -195.8 درجه سانتیگراد می جوشد و تبخیر می شود تا به نیتروژن گازی تبدیل شود و گرمای نهان تبخیر 199 کیلوژول بر کیلوگرم است. اگر -195.8- هنگامی که دما تحت نیتروژن در فشار اتمسفر به -20 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، می تواند 183.89 کیلوژول بر کیلوگرم گرمای محسوس را جذب کند (ظرفیت گرمایی ویژه 1.05 کیلوژول بر (کیلوگرم K)) که توسط گرمای تبخیر و گرمای محسوس جذب شده در طول فرآیند تغییر فاز نیتروژن مایع. گرما می تواند به 383 کیلوژول بر کیلوگرم برسد.
در فرآیند انجماد مواد غذایی، به دلیل اینکه مقدار زیادی گرما در یک لحظه از بین می‌رود، دمای غذا به سرعت از بیرون به داخل سرد می‌شود تا منجمد شود. فناوری انجماد سریع نیتروژن مایع از نیتروژن مایع به عنوان منبع سرما استفاده می کند که هیچ ضرری برای محیط زیست ندارد. در مقایسه با تبرید مکانیکی سنتی، می‌تواند به دمای پایین‌تر و سرعت خنک‌سازی بالاتر دست یابد. فناوری انجماد سریع نیتروژن مایع دارای سرعت انجماد سریع، زمان کوتاه است و مواد غذایی با کیفیت خوب، ایمنی بالا و بدون آلودگی هستند.
فناوری انجماد سریع نیتروژن مایع به طور گسترده در انجماد سریع محصولات آبزی مانند میگو، طعمه سفید، خرچنگ بیولوژیکی و آبلون استفاده شده است. مطالعات نشان داده است که میگوهای تیمار شده با فناوری انجماد سریع نیتروژن مایع می توانند طراوت، رنگ و طعم بالایی را حفظ کنند. نه تنها این، برخی از باکتری ها نیز ممکن است کشته شوند یا تولید مثل را در دمای پایین متوقف کنند تا به بهداشت بالاتری نیاز دارند.

انجماد: از نیتروژن مایع می توان برای انجماد نمونه های مختلف بیولوژیکی مانند سلول ها، بافت ها، سرم، اسپرم و غیره استفاده کرد. این نمونه ها را می توان برای مدت طولانی در دمای پایین نگهداری کرد و در صورت نیاز به حالت اولیه بازگرداند. انجماد نیتروژن مایع یک روش ذخیره سازی متداول است که اغلب در تحقیقات زیست پزشکی، کشاورزی، دامپروری و سایر زمینه ها استفاده می شود.
کشت سلولی: از نیتروژن مایع نیز می توان برای کشت سلولی استفاده کرد. در طول کشت سلولی، از نیتروژن مایع می توان برای حفظ سلول ها برای عملیات های آزمایشی بعدی استفاده کرد. از نیتروژن مایع همچنین می توان برای انجماد سلول ها برای حفظ حیات و خواص بیولوژیکی آنها استفاده کرد.
ذخیره سازی سلولی: دمای پایین نیتروژن مایع می تواند ثبات و یکپارچگی سلول ها را حفظ کند و در عین حال از پیری و مرگ سلولی جلوگیری کند. بنابراین نیتروژن مایع به طور گسترده در ذخیره سازی سلولی استفاده می شود. سلول های حفظ شده در نیتروژن مایع را می توان در صورت نیاز به سرعت بازیابی کرد و برای دستکاری های تجربی مختلف استفاده کرد.

استفاده از نیتروژن مایع درجه مواد غذایی مانند بستنی نیتروژن مایع است، بیسکویت های نیتروژن مایع، انجماد نیتروژن مایع و بیهوشی در پزشکی نیز به نیتروژن مایع با خلوص بالا نیاز دارد. سایر صنایع مانند صنایع شیمیایی، الکترونیک، متالورژی و ... الزامات مختلفی برای خلوص نیتروژن مایع دارند.