Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТОЧКИ ЖЕЛАТИНА

ПО ВЯЗКОСТИ ЕГО РАСТВОРОВ

Методические указания к выполнению лабораторной

работы по курсу «Физико-механические свойства сырья и

готовой продукции» для студентов специальности

«Машины и аппараты пищевых производств»

дневной и заочной формы обучения

Одобрено редакционно-издательским

советом Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2006

Цель работы: ознакомление с вискозиметрическим методом опреде­ления изоэлектрической точки желатина.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Полиэлектролиты - высокомолекулярные соединения, содержащие ионогенные группы, способные в растворах распадаться на ионы. По природе содержащихся ионогенных групп они разделяются на три класса: поликислоты, полиоснования и полиамфолиты. Полиамфолиты содержат одновременно кислотные и основные группы. К полиамфолитам относятся большинство биополимеров, а также некоторые специально синтезированные вещества. Полиамфолитом является желатин - продукт переработки фибриллярного белка коллагена. В молекуле желатина содержатся остатки различных аминокислот (глицерина, лизина, глутаминовой кислоты и др.).

Эти остатки и в водной среде могут давать следующие ионизированные группы:

-СООН = - СОО - +Н+; - Н3ОН =-Н+ +ОН-

В растворах, вследствие ионизации ионогенных групп, молекул полиэлектролитов могут испытывать значительные электростатические взаимодействия, что приводит к сильной деформации гибких макромолекул. Электростатические взаимодействия в растворах полиэлектролитов тем сильнее, чем выше степень ионизации, зависящая от рН среды. Полиионы в зависимости от природы полиэлектролита либо принимают в растворе бесчисленное множество конформаций, либо, например, ряд биополимеров, имеют определенные специфические конформации. Рассмотрим полиэлектролиты с гибкими полиионами. Способность полиионов к изменению конформаций определяется причинами двоякого рода: гибкостью полимерной цепи, обусловленной свободой вращения атомных групп или отдельных участков цепи вокруг одинарных связей, и наличием ионизированных групп, расположенных вдоль цепи главных валентностей. Наличие заряда на полиионах сообщает растворам полиэлектролитов ряд особых гидродинамических, электрических, оптических и других свойств. Свойства растворов полиамфолитов в сильной степени зависят от значения рН и ионной силы раствора.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

При низких значениях рН, вследствие подавления ионами диссоциации групп - соон, диссоциированными будут только группы - NНзОН и суммарный заряд полииона будет положительным, полиамфолит в этом случае ведет себя как слабое основание. Приобретение полиионами одно­именных электрических зарядов ведет к не которому развертыванию моле­кулярных клубков полиамфолита и увеличению гидрации, что в свою очередь приводит к увеличению его вязкости и другим явлениям. При высоких значениях рН, вследствие подавления ионами Одиссоциации групп NНзОН, диссоциировать будут только группы - СООН, заряд полинона будет отрицательным и полиамфолит будет вести себя как слабая кислота. В этом случае также будет наблюдаться увеличение его вязкости. Наконец, при некотором промежуточном значении рН, число положительных и отрицательных зарядов будет одинаковым и полиамфолит будет вести себя подобно обычному незаряженному полимеру значение рН, при котором, суммарный заряд равен нулю, называется изоэлектрической точкой. В изо­электрической точке раствор полиамфолита обладает минимально вязко­стью.

Вязкость полимеров - свойство полимерных систем, находящихся в вязкотекучем состоянии, оказывать сопротивление необратимому измене­нию формы образца. Количественно это свойство характеризуется коэф­фициентом вязкости, обычно называемым просто вязкостью.
Обычно под вязкостью понимают коэффициент пропорциональности между напряжением τ и скоростью деформации γ в режиме установивше­гося течения, т. е,

η=τ/γ

Большинство экспериментальных методов измерения η сводится к независимому определению в опыте τ и γ. Наиболее просто это осуществляется при течениях через капилляр или в ротационных приборах.

В лабораторной практике наиболее распространены стеклянные вискозиметры, используемые для относительных измерений вязкости маловязких жидкостей. Все они основаны на измерениях времени истечения определенного объема жидкости через калибровочный капилляр под действием собственного веса. При этом должна соблюдаться определенная средняя высота гидростатического столба, зависящая, прежде всего, от объемного заполнения вискозиметра жидкостью. Высота гидростатического столба изменяется во время ее истечения, поэтому форму и размеры резервуара, из которого вытекает жидкость, подбирают такими, чтобы большую часть времени высота гидростатического столба была близка к средней.

Методом измерения вязкости при движении жидкости только под действие собственного веса могут быть измерены вязкости в пределах от 0,3 до 105 ССт (l ССТ= l мм2/сек).

В зависимости от тех или иных задач измерений: используют виско­зиметры различной конструкции. Для измерений требуется от 1 до 1О мл жидкости. Наиболее совершенны вискозиметры с висящим уровнем жидкости. Например, капиллярный вискозиметр Убеллоде (рисунок).

Рисунок 1. Капиллярный вискозиметр Убеллоде с висящим уровнем:

1 - приемный резервуар; 2 – капилляр, З - метки, ограничивающие рабочий объем; 4 - зона висящего уровня

Через трубку 1 вводят минимальное количество растворимл) в приемный резервуар 1. После этого капилляр и шарики промывают 2 раза растворителем путем всасывания и выдавливания из них растворителя при за­крытой трубке III. Время истечения жидкости из измерительных шариков определяют следующим образом: при закрытой трубке III наполняют жид­костью капилляр и измерительный шарик выше верхней точки уровня 3, всасывается жидкость с помощью груши через трубку П. Закрыв трубку II, отсоединяют грушу от прибора. Затем открывают последовательно трубки II и ПI, при этом жидкость начинает стекать обратно в резервуар вискози­метра. Отмечают по секундомеру время течения жидкости от верхней 3 до нижней 3 метки капиллярной трубки II Время истечения определяют не менее трех раз и берут среднее значение.

Определив время истечения через вискозиметр чистого растворите­ля, вводят исследуемый раствор полимера. После этого капилляр и шарики промывают 2-3 раза раствором полимера и приступают к измерению вре­мени истечения раствора полимера. Измерения начинают с раствора наи­меньшей концентрации и кончают раствором наибольшей концентрации.

Вытекающая из капилляра жидкость растекается по стенкам резер­вуара-приемника так, что поддерживается постоянный ее уровень у выхода из капилляра. Это исключает необходимость регулировки объемного за­полнения вискозиметра и учета его изменения под влиянием колебаний температуры.

Капиллярные вискозиметры, на которых измеряют относительную вязкость, имеют очень большое значение при определении характеристи­ческой вязкости.

Характеристическая вязкость или предельное число вязкости - ус­ловный показатель, определяющий относительный прирост вязкости низ­комолекулярного растворителя при введении в него полимера. Эта вели­чина. относится к случаю предельно' разбавленного раствора, в котором предполагается полное отсутствие взаимодействия макромолекул друг с другом. Вязкость, характеристическая по своему физическому смыслу, яв­ляется мерой дополнительных потерь энергии при истечении раствора, связанных с вращением и упру го вязкими деформациями макромолекул в потоке.

Если η и - вязкости соответственно раствора концентрацией с и чистого растворителя, то величину η / называют относительной вязко­стью, величину =( η -)/ - удельной вязкостью. Тогда под характери­стической вязкостью понимают:

[η]=

Относительная и удельная вязкости - безразмерные величины. Если концентрация раствора выражена в г/дл, то единица характеристической вязкости - дл/г, если в г/л - л/г, или м3/кг.

Экспериментальные методы определения [η] сводятся к измерению и ряда значений η. После этого проводят графическую экстраполяцию полученных данных к с=0. На практике для этих измерений используют вискозиметры Оствальда или Убеллоде, а значение η / определяют как отношение продолжительностей истечения одинаковых объемов раствора и чистого растворителя через один и тот же калибровочный капилляр.

МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Приборы и реактивы: капиллярный вискозиметр Убеллоде, колбы на 50 мл - 8 шт., колба на 100 мл -1 шт, секундомер, 1 %-ный раствор желати­на, 1М растворы НСL и NaOH.

Приготовить 1 %-ный раствор желатина. Взвесить на аналитических весах 1г±0,005 желатина, растворить в 50 мл дистиллированной воды, раствор довести до 100 мл по метке на колбе.

В восемь пронумерованных колбочек вместимостью 50 мл вносят по 25 мл свежеприготовленного 1 %-ного раствора желатина.

Затем добавляют в 5 первых колбочек определенное количество 0,1 М раствора соляной кислоты НС1, а в оставшиеся 6-ю, 7-ю и 8-ю кол бочки вносят 0,1М раствор щелочи NaOH, таким образом добиваются заданных значений рН.

После перемешивания растворов (без взбалтывания) их выдержива­ют 10 минут при комнатной температуре, а затем приступают к определе­нию времени истечения рабочих растворов: дистиллированной воды и рас­творов желатина, начиная с колбочки 1.

Рассчитывают удельную вязкость растворов по формуле:

ŋуд

Результаты измерений заносят в таблицу.

№ колбы

Объем 0,1М р-ра HCL, мл

Объем 0,1М

р-ра NaOH, мл

pH раствора

Время

истечения

воды , с

Время истечения раствора, с

1

2,35

-

3,0

2

1,69

-

3,5

3

1,12

-

4,0

4

0,59

-

4,5

5

0,32

-

5,1

6

-

0,15

7,0

7

-

0,38

9,0

8

-

1,99

11,0

По полученным данным строят график зависимости - рН, по кото­рому находят изоэлектрическую точку.

Необходимо дать объяснение формы полученной кривой.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Что такое изоэлектрическая точка полиэлектролитов?

2.Почему изменяется вязкость растворов полиэлектролита?

3.Что такое полиамфолиты?

4.Почему в изоэлектрической точке вязкость раствора минимальна?

ЛИТЕРАТУРА

1. Мачихин пищевого сырья и продуктов 110. А. Мачихин, М.: Легкая и пищевая промышленность, 19с.

2. Мачихин реология пищевых материалов / , , М.: Пищевая промышленность, 1981.320 с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТОЧКИ

ЖЕЛАТИНА ПО ВЯЗКОСТИ ЕГО РАСТВОРОВ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы по курсу «Физико-механнческие свойства сырья и пищевых продуктов»

Составили: СУРКОВА Антонина Николаевна

РАМАЗАЕВА Людмила Федоровна

Рецензент СЯ. Никоноров

Редактор

Лицензия ид в 06268 от 14.11.01

Подписано в печать 26.02.06 Формат 60х84 1116

Бум. тип. Усл. печ. л. 0,46 (0,5) Уч.-изд. л.О,4

Тираж 100 экз. Заказ 153 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ. Саратов, Политехническая ул., 77