Fizykochemia biopolimerów - wyk ad 7bioproc:...5/1 Fizykochemia biopolimerów - wykład 7 Anna...

Fizykochemiabiopolimerów- wykład 7

Anna Ptaszek

Wykład 7

Fizykochemia biopolimerów - wykład 7

Anna Ptaszek

Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

9 października 2019

1 / 1


Anna Ptaszek

Układ wieloskładnikowy dwufazowy

1 atm

0

0

100

P

T

woda

wodaciek a

lód

parawodna

woda +substancjanielotna

2 / 1


Anna Ptaszek


Roztwór

to układ jednorodny wieloskładnikowy. Rozpuszczeniesubstancji nielotnej (ciała stałego) w cieczy powoduje obniżenieprężności pary nad tą cieczą. W konsekwencji następujeobniżenie temperatury krzepnięcia i podwyższenie temperaturywrzenia.

Zjawiska koligatywne

do tej grupy zaliczamy zjawiska będące konsekwencją obniżeniaprężności pary czyli:

ebulioskopię

krioskopię

ciśnienie osmotyczne

3 / 1


Anna Ptaszek


∆TW = KE ·m

KE - to stała ebuliometryczna:

KE =R·T 20 ·M

1000·∆HW

M - masa molowa substancji rozpuszczonejT0 - temperatura wrzenia czystego rozpuszczalnika,∆HW - molowe ciepło parowaniaStała ta podaje podwyższenie temperatury wrzenia dlaroztworu 1 molowego i jest charakterystyczna dlarozpuszczalnika.

4 / 1


Anna Ptaszek


∆TK = KK ·m

KK - to stała kriometryczna:

K = − R·T 20 ·M1000·∆HK

M - masa molowa substancji rozpuszczonejT0 - temperatura krzepnięcia czystego rozpuszczalnika,∆HK - molowe ciepło krzepnięciaStała kriometryczna podaje obniżenie temperaturykrzepnięcia dla roztworu 1 molowego i jestcharakterystyczna dla rozpuszczalnika.

5 / 1


Anna Ptaszek


Ciśnienie osmotyczne

Pojęcie to odnosi się do zjawiska osmozy, jakie zachodzipomiędzy roztworem a czystym rozpuszczalnikiem przyzałożeniu, że są one oddzielone membraną czyli przegrodąprzepuszczalną tylko dla cząsteczek rozpuszczalnika.

Dlaczego membrana?

Z powodu obecności błony dochodzi do „przeciwnego”w stosunku do klasycznej dyfuzji zachowania cząsteczek.Przepływ rozpuszczalnika zachodzi do momentu wyrównaniapotencjałów chemicznych zarówno rozpuszczalnika jaki substancji rozpuszczonej po obu stronach przegrody.Objawem zjawiska jest wzrost objętości roztworu, powodującyzmniejszenie stężenia substancji nielotnej.

6 / 1


Anna Ptaszek


7 / 1


Anna Ptaszek


8 / 1


Anna Ptaszek


9 / 1


Anna Ptaszek


Osmotyczne równanie stanu

równanie van’t Hoffa dla układów doskonałych:

π

c=

RT

Mn

Jest ono analogiczne do równania stanu gazu doskonałego(równanie Clausiusa-Clapeyrona):

p·V = nRT , p·V =m

MRT

p

c=

RT

M

10 / 1


Anna Ptaszek


0.00 0.12 0.24 0.36 0.48

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

11 / 1


Anna Ptaszek


Osmotyczne wirialne równanie stanu

to równanie opisujące oddziaływania pomiędzy cząsteczkamisubstancji rozpuszczonej a rozpuszczalnikiem:

π

c=

RT

Mn[1 + A2(T )c + A3(T )c2 + ...] (1)

W równaniu tym A2(T ) oraz A3(T ) oznaczą drugi i trzeciwspółczynnik wirialu, c stężenie substancji rozpuszczonejnatomiast Mn średnią osmotyczną masę cząsteczkowąsubstancji rozpuszczonej.

12 / 1


Anna Ptaszek


Pierwszy współczynnik wirialu

czyli odwrotność średniej osmotycznej masy cząsteczkowej. Jejwyznaczenie wymaga ekstrapolacji do zerowej wartości stężenia

0.00 0.12 0.24 0.36 0.48

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

13 / 1


Anna Ptaszek


Drugi współczynnik wirialu A2(T )

ujemna wartość wskazuje na niewielkie powinowactwopomiędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem aco za tym idzie możliwość agregacji/asocjacji łańcuchówczy wręcz wytrącanie lub rekrystalizację

duże dodatnie wartości tego współczynnika wskazują napełną kompatybilność rozpuszczalnika i makrocząsteczki.

14 / 1


Anna Ptaszek



duże dodatnie wartości tego współczynnika wskazują na pełnąkompatybilność rozpuszczalnika i makrocząsteczki.

0.00 0.12 0.24 0.36 0.48

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

15 / 1


Anna Ptaszek



ujemna wartość wskazuje na niewielkie powinowactwopomiędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem a co zatym idzie możliwość agregacji/asocjacji łańcuchów czy wręczwytrącanie lub rekrystalizację

0.00 0.12 0.24 0.36 0.48

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0.60

c

16 / 1


Anna Ptaszek


Osmometria membranowa

Tego typu urządzeniami można mierzyć ciśnienia do około 0,1mmH2O co praktycznie pozwala badać roztwory polimerów domasy cząsteczkowej około 2 · 106g/mol . Dolny zakrespomiarowy zależny jest tylko od porowatości membrany cut-off.

17 / 1


Anna Ptaszek


Osmometria parowa

W tej metodzie mierzony jest efekt cieplny kondensacji parrozpuszczalnika na kropli czystego rozpuszczalnika i badanegoroztworu. Przyrządami tymi można dokonywać pomiarów mascząsteczkowych w zakresie około 40 - 40000 g/mol.

rozpuszczalnik roztwór

18 / 1


Anna Ptaszek


Zależność liniowa

Roztwór dekstranu - przykład dobrej rozpuszczalności w wodzie

Baseline Drift

-25

Slope

1.291610

Intercept

4.14

R2

0.97509

Molecular Weight

62115 g/Mole

0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 0.72

[C]0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00/C

Gonotec GmbH Berlin

19 / 1


Anna Ptaszek



Roztwór żelatyny ryb morskich

Baseline Drift

-84

Slope

2.337096

Intercept

3.48

R2

0.82993

Molecular Weight

73892 g/Mole

0.00 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 0.72

[C]0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00/C

Gonotec GmbH Berlin20 / 1


Anna Ptaszek


Zależność nieliniowa

Kleik skrobi ziemniaczanej woskowej

Baseline Drift

17

Slope

117.382434

Intercept

-8.29

R2

0.89821

Molecular Weight

-31341 g/Mole

0.00 0.02 0.03 0.05 0.06 0.08 0.10

[C]-12.00

-10.00

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00

2.00/C



Anna Ptaszek



Roztwór WPC koncentratu białka serwatkowego - przykładograniczonej rozpuszczalności w wodzie

Baseline Drift

-32

Slope

-2.941084

Intercept

9.26

R2

0.99484

Molecular Weight

28054 g/Mole

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

[C]0.00

1.80

3.60

5.40

7.20

9.00

10.80/C



Anna Ptaszek


Zależność nieliniowa

Roztwór WPI izolatu białka serwatkowego

Baseline Drift

48

Slope

-4.312028

Intercept

11.38

R2

0.67898

Molecular Weight

22817 g/Mole

0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80

[C]-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00/C

Gonotec GmbH Berlin

23 / 1


Anna Ptaszek


Zależności nieliniowe

Roztwory popularnych hydrokoloidówCA - karagen, XG - guma ksantanowa, AG - guma arabska

3

5

7

9

1 2 3 4 5

π/c

, m

mH

2O

/(g

/10

0m

L)

cWPC, g/100mL

WPC

8

9

0.05 0.1 0.15 0.2

π/c

,m

mH

2O

/(g

/10

0m

L)

cXG, g/100mL

XG

4

8

12

16

20

24

0.05 0.15 0.25 0.35 0.45

π/c

, m

mH

2O

/(g

/10

0m

L)

cCA, g/100mL

CA

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

π/c

, m

mH

2O

/(g

/10

0m

L)

cAG, g/100mL

AG

24 / 1


Anna Ptaszek


0

2

4

6

8

10

12

14

0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.050

10

20

30

40

50

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

XG

,π/c

, m

mH

2O

/(g

/10

0m

L)

INU

,π/c

, m

mH

2O

/(g

/10

0m

L)

cXG, g/100mL

cINU, g/100mL

XG 30oC

XG 40oC

INU 30oC

INU 40oC

model dla XGmodel dla INU

25 / 1


Anna Ptaszek


10

20

30

40

50

60

7

8

9

10

11

WP

I, π

/c,

mm

H2O

π/c

, m

mH

2O

/(g

/10

0cm

3)

c ,

oC

40 oC

SPI oC

oC

model dla WPImodel dla SPI

40

30

30

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

/(g/100cm3)

g/100cm3

SPI,

WPI

26 / 1


Anna Ptaszek


Zastosowania

pomiar aktywności wodnej

wpływ temperatury na oddziaływania - dimeryzacja -zmiana masy cząsteczkowej (laktoferyna)

proces retrogradacji - rekrystalizacja amylozy

ocena wodochłonności hydrokoloidów

27 / 1

Fizykochemia biopolimerów - wyk ad 7bioproc:...5/1 Fizykochemia biopolimerów - wykład 7 Anna...

Documents

Transcript of Fizykochemia biopolimerów - wyk ad 7bioproc:...5/1 Fizykochemia biopolimerów - wykład 7 Anna...