Fizykochemia biopolimerów - wykład 6

Wykład 6
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Fizykochemia biopolimerów - wykład 6
Anna Ptaszek
Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego
14 listopada 2013
1 / 16
Układ wieloskładnikowy dwufazowy
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Roztwór
to układ jednorodny wieloskładnikowy. Rozpuszczenie
substancji nielotnej (ciała stałego) w cieczy powoduje obniżenie
prężności pary nad tą cieczą. W konsekwencji następuje
obniżenie temperatury krzepnięcia i podwyższenie temperatury
wrzenia.
Zjawiska koligatywne
do tej grupy zaliczamy zjawiska będące konsekwencją obniżenia
prężności pary czyli:
ebulioskopię
krioskopię
ciśnienie osmotyczne
2 / 16
Układ wieloskładnikowy dwufazowy
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Ciśnienie osmotyczne
Pojęcie to odnosi się do zjawiska osmozy, jakie zachodzi
pomiędzy roztworem a czystym rozpuszczalnikiem przy
założeniu, że są one oddzielone membraną czyli przegrodą
przepuszczalną 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 wyrównania
potencjałów chemicznych zarówno rozpuszczalnika jak i
substancji rozpuszczonej po obu stronach przegrody. Objawem
zjawiska jest wzrost objętości roztworu, powodujący
zmniejszenie stężenia substancji nielotnej.
3 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
4 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Osmotyczne równanie stanu
to równanie opisujące oddziaływania pomiedzy cząsteczkami
substancji rozpuszczonej a rozpuszczalnikiem:
RT
π
=
[1 + A2 (T )c + A3 (T )c 2 + ...]
c
Mn
(1)
W równaniu tym A2 (T ) oraz A3 (T ) oznaczą drugi i trzeci
współczynnik wirialu, c stężenie substancji rozpuszczonej
natomiast Mn średnią osmotyczną masę cząsteczkową
substancji rozpuszczonej.
5 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Pierwszy współczynnik wirialu
czyli odwrotność średniej osmotycznej masy cząsteczkowej. Jej
wyznaczenie wymaga ekstrapolacji do zerowej wartości stężenia
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
0.00
[C]
0.12
0.24
0.36
0.48
0.60
0.72
6 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Drugi współczynnik wirialu A2 (T )
ujemna wartość wskazuje na niewielkie powinowactwo
pomiędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem a
co za tym idzie możliwość agregacji/asocjacji łańcuchów
czy wręcz wytrącanie lub rekrystalizację
duże dodatnie wartości tego współczynnika wskazują na
pełną kompatybilność rozpuszczalnika i makrocząsteczki.
7 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Osmometria membranowa
Tego typu urządzeniami można mierzyć ciśnienia do około 0,1
mmH2 O co praktycznie pozwala badać roztwory polimerów do
masy cząsteczkowej około 2 · 106 g /mol . Dolny zakres
pomiarowy zależny jest tylko od porowatości membrany cut-off.
8 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Osmometria parowa
W tej metodzie mierzony jest efekt cieplny kondensacji par
rozpuszczalnika na kropli czystego rozpuszczalnika i badanego
roztworu. Przyrządami tymi można dokonywać pomiarów mas
cząsteczkowych w zakresie około 40 - 40000 g/mol.
rozpuszczalnik
roztwór
9 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Zależność liniowa
Roztwór dekstranu - przykład dobrej rozpuszczalności w wodzie
6.00
Baseline Drift
Slope
Intercept
R2
Molecular Weight
-25
1.291610
4.14
0.97509
62115 g/Mole
/C
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
0.00
[C]
0.12
0.24
0.36
0.48
0.60
0.72
Gonotec GmbH Berlin
10 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Zależność liniowa
Roztwór żelatyny ryb morskich
Baseline Drift
Slope
Intercept
R2
Molecular Weight
-84
2.337096
3.48
0.82993
73892 g/Mole
Π/C
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
0.00
[C]
0.12
0.24
0.36
0.48
0.60
0.72
Gonotec GmbH Berlin
11 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Zależność nieliniowa
Kleik skrobi ziemniaczanej woskowej
Baseline Drift
Slope
Intercept
R2
Molecular Weight
17
117.382434
-8.29
0.89821
-31341 g/Mole
Π/C
2.00
0.00
-2.00
-4.00
-6.00
-8.00
-10.00
-12.00
0.00
[C]
0.02
0.03
0.05
0.06
0.08
0.10
Gonotec GmbH Berlin
12 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Zależność liniowa
Roztwór WPC koncentratu białka serwatkowego - przykład
ograniczonej rozpuszczalności w wodzie
Baseline Drift
Slope
Intercept
R2
Molecular Weight
-32
-2.941084
9.26
0.99484
28054 g/Mole
Π/C
10.80
9.00
7.20
5.40
3.60
1.80
0.00
0.00
[C]
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
13 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Zależność nieliniowa
Roztwór WPI izolatu białka serwatkowego
Baseline Drift
Slope
Intercept
R2
Molecular Weight
48
-4.312028
11.38
0.67898
22817 g/Mole
Π/C
16.00
14.00
12.00
10.00
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
-2.00
0.00
[C]
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
2.40
2.80
Gonotec GmbH Berlin
14 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Roztwory popularnych hydrokoloidów
CA - karagen, XG - guma ksantanowa, AG - guma arabska
24
π/c, mmH2O/(g/100mL)
WPC
9
7
5
3
1
9
2
3
cWPC, g/100mL
4
16
12
8
4
0.15
0.9
XG
8
0.05
CA
20
0.05
5
π/c, mmH2O/(g/100mL)
π/c, mmH2O/(g/100mL)
Anna Ptaszek
Zależności nieliniowe
π/c, mmH2O/(g/100mL)
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
0.1
0.15
cXG, g/100mL
0.2
0.25
0.35
cCA, g/100mL
0.45
AG
0.8
0.7
0.6
0.5
0.2
0.3
0.4
0.5
cAG, g/100mL
0.6
0.7
15 / 16
Ciśnienie osmotyczne
Fizykochemia
biopolimerów
- wykład 6
Anna Ptaszek
Zastosowania
pomiar aktywności wodnej
wpływ temperatury na oddziaływania - dimeryzacja zmiana masy cząsteczkowej (laktoferyna)
proces retrogradacji - rekrystalizacja amylozy
ocena wodochłonności hydrokoloidów
16 / 16