Wykład 9 Fizykochemia biopolimerów - wykład 9

(1)

Fizykochemia biopolimerów - wykład 9 Anna Ptaszek

Wykład 9

Fizykochemia biopolimerów - wykład 9

Anna Ptaszek

Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

9 października 2019

(2)

Pomiar lepkości

wiskozymetry (lepkościomierze)

(3)

Pomiar lepkości

reometry rotacyjne

(4)

Pomiar lepkości

reometry kapilarno-rurowe

(5)

Pomiar lepkości - wiskozymetry

pomiar czasu przepływu badanej cieczy przez kapilarę;

pomiar czasu opadania metalowej kulki w kapilarze;

(6)

Roztwory biopolimerów

- ograniczenia metod pomiarowych

guma ksantanowa tworzy roztwory o bardzo dużej lepkości

kłębek

helisa

(7)

Roztwory biopolimerów

- ograniczenia metod pomiarowych

poprawność pomiaru uzależniona jest od średnicy kapilary

zmiana średnicy kapilary

(8)

Pomiar lepkości

- ograniczenia metod pomiarowych

Lepkość roztworu koloidalnego zależy od:

wielkości kształtu struktury cząstek koloidalnych.

Lepkość roztworu zależy od stężenia cząsteczek.

(9)

Pomiar lepkości

zasada pomiaru lepkości

zegar elektroniczny

kapilara z badan ciecz

a nia wodna

obj tość pomiarowa

kapilara

(10)

Pomiar lepkości

Jak wyznaczyć lepkość?

η = η₀· ρ· t

ρ₀· t₀ (1)

η - lepkość badanego roztworu;

η₀ - lepkość wzorca lub rozpuszczalnika;

ρ, ρ0 - gęstości odpowiednio roztworu i wzorca/rozpuszczalnika;

t, t₀ - czas przepływu przez kapilarę dla roztworu i wzorca/rozpuszczalnika.

(11)

Pomiar lepkości

Jak wyznaczyć lepkość?

η = K · t (2)

K - stała kapilary, ^mm_s2²;

t - czas przepływu roztworu przez kapilarę.

(12)

Lepkość a stężenie biopolimeru

2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

η, mm2/s

model skrobia CMC

(13)

Lepkość a stężenie biopolimeru

Lepkość zależy od stężenia biopolimerów

η = A1· c + A₂· c²+ ... (3)

2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

η, mm2/s

c, g/100ml

model skrobia CMC

(14)

Graniczna liczba lepkościowa

lepkość rozpuszczalnika: η0

lepkość roztworu: η

lepkość właściwa roztworu:

η_wl = η η₀ − 1 graniczna liczba lepkościowa:

[η] = η_wl c dla

c → 0

(15)

Graniczna liczba lepkościowa

skrobia CMC

0 1 2 3 4 5 6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

,100mL/g

c, g/100mL

wł/c

(16)

Lepkość a stężenie biopolimeru

Lepkość zależy od stężenia biopolimerów ηwl

c = [η] + KH· [η]²· c + ... (4)

skrobia CMC

0 1 2 3 4 5 6

,100mL/gwł/c

(17)

Lepkość a stężenie biopolimeru

Lepkość zależy od stężenia biopolimerów η_wl

c = [η] + K_H· [η]²· c + ... (5) K_H - stała Hugginsa.

Stała Hugginsa opisuje oddziaływania pomiędzy biopolimerem a rozpuszczalnikiem.

W przypadku słabego rozpuszczalnika K_H > 1, natomiast dla dobrych rozpuszczalników jego wartość waha się w przedziale 0,3-0,5.

(18)

Graniczna liczba lepkościowa

a średnia masa cząsteczkowa biopolimeru

Analogia do pierwszego współczynnika wirialu:

[η] = K · M_η^a (6)

M_η - średnia lepkościowa masa cząsteczkowa.

(19)

Graniczna liczba lepkościowa

a średnia masa cząsteczkowa biopolimeru

2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

η, mm2 /s

c, g/100ml

Mn=250 kg/mol Mn=760 kg/mol Mn=1 250 kg/mol

wł

(20)

Graniczna liczba lepkościowa a rodzaj rozpuszczalnika

0 1 2 3 4 5 6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

,100mL/gw/c

amylopektyna w DMSO amylopektyna w wodzie

[ ]

(21)

Pomiar lepkości w różnych temperaturach

18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

ηred, dL/g

concentration, g/dL 30^oC

40^oC 50^oC model

(22)

Pomiar lepkości w różnych temperaturach

0 1 2 3 4 5 6

0 ,100mL/g[]

20 40 60 80

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

0.0027 0.0028 0.0029 0.003 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 0.0035 0.0036 1/T, 1/K

,100mL/g[]

(23)

Pomiar lepkości w różnych temperaturach

równanie Eyringa:

η = A· e^RT^E

E - energia aktywacji przepływu lepkiego J· mol⁻¹,