為什麼冷凍保存要用液態氮?

2023-07-20

1.為什麼要用液態氮當冷媒?

1.由於溫度液態氮本身的含量很低,但性質很溫和,液態氮很難發生化學反應,所以常被用作冷媒。
2.液態氮汽化吸收熱量,降低溫度,可用作冷媒。
3.一般採用氨作為冷媒,水作為吸收劑。
4.氨氣經冷凝器冷卻成為液態氨,然後液氨進入蒸發器蒸發,同時從外界吸收熱量達到製冷的目的,從而形成連續擴散吸收式製冷循環。
5.氮氣可在「低溫」條件下,即接近絕對0度(-273.15攝氏度)下用作冷媒,一般用於實驗室研究超導電性。
6. 在醫學上,液態氮通常用作冷媒,以便在低溫麻醉下進行手術。
7.在高科技領域,常採用液態氮來營造低溫環境。例如,有些超導材料只有在經過液態氮處理後才能在低溫下獲得超導性能。
8.液態氮常壓下溫度為-196度,可作為超低溫冷源。輪胎的低溫破碎、醫院的基因儲存等都採用液態氮作為冷源。

2.液態氮如何保存細胞?

細胞凍存最常用的技術是液態氮凍存法,主要採用緩慢冷凍的方法並加入適量的保護劑來冷凍細胞。
注意:如果不添加任何保護劑直接冷凍細胞,細胞內外的水會很快形成冰晶,從而引起一系列不良反應。例如,細胞脫水由於上述原因使局部電解質濃度升高、pH值改變、部分蛋白質變性,導致細胞內部空間結構紊亂。造成損傷、粒線體腫脹、功能喪失和能量代謝紊亂。細胞膜上的脂蛋白複合物也容易被破壞,造成細胞膜通透性的改變和細胞內容物的流失。如果細胞內形成更多的冰晶,隨著冷凍溫度降低,冰晶的體積就會膨脹,導致核DNA的空間構型受到不可逆的破壞,導致細胞死亡。

液態氮食品與食品接觸時吸收的潛熱和顯熱導致食品凍結。液態氮從容器中噴出,突然轉變為常溫常壓,由液態轉變為氣態。在此相變過程中,液態氮在-195.8℃沸騰蒸發成為氣態氮,蒸發潛熱為199kJ/kg;若-195.8在常壓氮氣下溫度升至-20℃時,可吸收183.89 kJ/kg的顯熱(比熱容計算為1.05 kJ/(kg?K)),吸收的顯熱為液態氮相變過程中吸收的汽化熱和顯熱。熱量可達383 kJ/kg。
食品冷凍過程中,由於瞬間帶走大量熱量,使食品溫度由外向內迅速冷卻而凍結。液態氮速凍技術採用液態氮作為冷源,對環境無任何危害。與傳統的機械製冷相比,可以實現更低的溫度和更高的冷卻速率。液態氮速凍技術凍結速度快、時間短、食品品質好、安全性高、無污染。
液態氮速凍技術已廣泛應用於蝦、銀魚、生物蟹、鮑魚等水產品的速凍。研究表明,經過液態氮速凍技術處理的蝦子可以保持較高的新鮮度、色澤和口感。不僅如此,有些細菌還可能在低溫下被殺死或停止繁殖,以達到更高的衛生要求。

冷凍保存:液態氮可用於各種生物樣本的冷凍保存,如細胞、組織、血清、精子等。液態氮冷凍保存是一種常用的儲存方法,常用於生物醫學研究、農業、畜牧業等領域。
細胞培養:液態氮也可用於細胞培養。在細胞培養過程中,可以使用液態氮保存細胞以進行後續實驗操作。液態氮也可用於冷凍細胞以保持其活力和生物特性。
細胞保存:液態氮的低溫可以維持細胞的穩定性和完整性,同時防止細胞老化和死亡。因此,液態氮廣泛用於細胞儲存。保存在液態氮中的細胞可以在需要時快速恢復並用於各種實驗操作。

食品級液態氮的應用就像是液態氮冰淇淋、液態氮餅乾、液態氮冷凍、醫學上的麻醉也需要高純度的液態氮。其他行業如化工、電子、冶金等對液態氮的純度有不同的要求。