Процесс заваривания кофе на микроуровне. Химическая визуализация при помощи ИК-Фурье спектроскопии с матричным детектированием

Здравствуйте, Наталья!
Готов ответить на оба Ваши вопроса последовательно.

Вопрос 1. Сверхкритический СО2.

Сверхкритический СО2 — это состояние углекислого газа при Т больше или равной Т_крит = 303,9 К и Р больше или равном Р_крит = 72,8 атм. Параметры Т_крит, Р_крит – это координаты точки, на которой заканчивается кривая равновесия жидкость-пар, на фазовой диаграмме.

Данное состояние СО2 имеет промежуточные свойства: высокую, близкую к жидкости плотность и низкую вязкость. Такие свойства имеют высокий потенциал в процессах экстракции.

Переход через критическую точку можно наблюдать экспериментально. Давайте представим себе запаянную прозрачную ампулу при высоком давлении, наполненную жидкостью на половину и находящуюся в равновесии со своими парами. Если посмотреть на ампулу, то мы легко увидим поверхность жидкости — границу раздела жидкости и газа. А теперь будем нагревать наш сосуд. При приближении к Т_крит граница начнет размываться на наших глаза и полностью исчезнет с момента Т >= Т_крит.

Вопрос 2. Результаты и выводы.

В полученных спектрах были выделены полосы поглощения, характерные для колебаний групп –ОН, С=О, С-Н и С-О. В ходе in situ эксперимента обнаружено изменение пространственного распределения веществ с течением времени – это указывает на различную скорость экстракции разных компонентов. В эксперименте по экстракции в сверхкритическом СО2 обнаружено, что экстракт неоднороден и состоит из несмешивающихся продуктов.

Здравствуйте, Илья!

Вообще, отдельные линии поглощения в спектре выбираются на основе литературных данных. Процесс экстракции кофе – это в первую очередь процесс экстракции органических веществ, а характерные для органических соединений колебания групп С=О, –ОН, С-Н и С-О уже есть в литературе. Их частотные области в спектрах известны и идентифицированы.

Однако мы понимаем, что органические соединения бывают разных классов. Именно поэтому картины химических визуализаций и построены на основе различных диапазонов, чтобы отследить возможное неоднородное расположение функциональных групп, поглощающих различное излучение, и веществ, содержащих эти группы.

Полученные картины химической визуализации свидетельствуют об изменении пространственного распределения веществ с течением времени – это указывает на различную скорость экстракции разных компонентов.

Экстракция кофе в сверхкритический СО2 используется в промышленности преимущественно для декофеинизации продукта. В нашей работе проводился эксперимент «in situ» – «на месте» с целью наблюдения и визуализации процесса на ранних стадиях в реальном времени. Нами была обнаружена гетерогенность полученного экстракта, состоящего из несмешивающихся продуктов, именно благодаря матричному детектированию и последующему построению картин химической визуализации.

Здравствуйте, Илья!

Вопрос 1
При обнаружении «пятна» можно предположить две причины его появления: крупица кофе физически отсоединилась и осела рядом или произошла экстракция отдельных веществ, осевших далее на детекторе.

Сравнительный анализ интенсивностей пиков на спектрах [4] и [10] показывает, что пятно значительно отличается по составу от таблетки кофе. Рассматриваемые области выделены красными стрелками на графике. Отсюда можно сделать вывод, что пятно не является отсоединившейся крупицей кофе.

Это подтверждает и серия картин химической визуализации в центральной части постера. Пятно наиболее заметно по С=О диапазону, по С-Н существенно слабее и по С-О вообще нет изменений с течением времени.

В момент t = 0 на картинах химической визуализации мы видим границу раздела кофе-вода. Появление в дальнейшем неоднородностей в пространстве воды связано с экстракцией, а изменение картин в области таблетки кофе может быть связано с её намоканием.

Вопрос 2
Подробное рассмотрение спектров в точках с [4] по [11] не демонстрирует скачкообразного изменения состава, он меняется плавно. В связи с этим довольно трудно говорить о наличии границы раздела, отделяющей пятно.

Здравствуйте!

Масштаб изображений порядка 500мкм на 500мкм, физический размер каждого пикселя на картине 10х10 мкм.