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食品材料熱物理性質(zhì)的測(cè)量_焓的測(cè)量

   2022-03-29 382
核心提示:焓(enthalpy)值是相對(duì)值,過(guò)去的教材中多取一20℃凍結(jié)態(tài)的焓值為其零點(diǎn),近年來(lái)多取一40℃的凍結(jié)態(tài)為其零點(diǎn)。1.量熱計(jì)法傳統(tǒng)測(cè)

焓(enthalpy)值是相對(duì)值,過(guò)去的教材中多取一20℃凍結(jié)態(tài)的焓值為其零點(diǎn),近年來(lái)多取一40℃的凍結(jié)態(tài)為其零點(diǎn)。

1.量熱計(jì)法傳統(tǒng)測(cè)量格值方法采用量熱計(jì)測(cè)量,原理如圖4·1所示,用量熱計(jì)接受待測(cè)熱量,根據(jù)量熱計(jì)的狀態(tài)變化量及對(duì)既知電能或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)熱的標(biāo)定結(jié)果,確定待測(cè)熱量。

按測(cè)量原理,可把量熱計(jì)分三大類。

(1)熱平衡型量熱計(jì)(thermal equilibration calorimeter):使量熱計(jì)和被測(cè)物體的熱交換變化的最終態(tài)是熱平衡態(tài),或使量熱計(jì)與被測(cè)物體的熱交換始終處于熱穩(wěn)定態(tài)或熱準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。這樣就可以據(jù)能量平衡定律,從量熱計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的已知物性(比熱容、相變熱)、已知質(zhì)量及其溫度改變量或發(fā)生相態(tài)改變量,算出從待測(cè)物體上吸收的熱量。等溫型冰量熱計(jì)屬于此類型。

(2)傳導(dǎo)型量熱計(jì)(conduction calorimeter):也稱熱漏型量熱計(jì),利用在等溫面上測(cè)定待測(cè)熱物體傳導(dǎo)給等溫邊界的逃逸熱流,并對(duì)等溫面通過(guò)的熱流進(jìn)行時(shí)間積分的方法來(lái)測(cè)定熱量。溫差式熱流量熱計(jì)屬于此類型。

(3)熱相似型量熱計(jì)(thermal similar calorimeter):制造一個(gè)電加熱測(cè)量系統(tǒng),使之與待測(cè)系統(tǒng)的熱邊界條件完全相同,這樣兩系統(tǒng)對(duì)外界的熱交換情況側(cè)完全相同,因而可以根據(jù)電加熱系統(tǒng)的電功率及其內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的物性和狀態(tài)變化,求得待測(cè)系統(tǒng)的得失熱量。差示掃描量熱計(jì)屬于此類型。

過(guò)去,物質(zhì)的焓值一般均按凍結(jié)潛熱、凍結(jié)率和比熱容的數(shù)據(jù)計(jì)算而得,直接測(cè)量的數(shù)據(jù)很少。但對(duì)于食品材料,實(shí)際上很難確定在某一溫度時(shí)食品中被凍結(jié)的比例,而不同的凍結(jié)率對(duì)應(yīng)不同的焓值。

近年來(lái)發(fā)展了一種用DSC直接測(cè)量食品烙值的新方法,其溫度掃描從一40℃開始到1℃以上,這是因?yàn)榈揭?0℃時(shí),食品中的水分已全部?jī)鼋Y(jié):而到1℃以上水分已全部融化成液體。

2.焓值的DSC測(cè)量下面以DSC及其熱分析軟件Pyris Software5.0為例,說(shuō)明焙值的測(cè)量方法。測(cè)量時(shí),稱量好待測(cè)樣品的質(zhì)量并封在樣品皿中,放入樣品側(cè),空皿放參比側(cè)。首先給出待測(cè)焓值的溫度范圍,取一40℃為烙值的零點(diǎn),相變焙測(cè)量要求溫度范圍包含整個(gè)相變過(guò)程。其次確定測(cè)量掃描的速率,一般在升溫過(guò)程中測(cè)量,速率取5~20K/min,最常用速率是10K/ min。

圖4-2是標(biāo)準(zhǔn)磷酸鹽緩沖液(PBS)的升溫DSC曲線,向上的峰是冰品的熔融峰。利用軟件提供的功能可實(shí)現(xiàn)相變焓的讀取。圖4~2中T。對(duì)應(yīng)的點(diǎn)是峰的上升沿斜率最大的點(diǎn)處的切線與基線的交點(diǎn)的溫度。

焓的讀取與選取的溫度區(qū)間和基線有很大關(guān)系。對(duì)溫度區(qū)間的選取沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定,但測(cè)相變焓應(yīng)包括整個(gè)相變蜂?;€的選擇者要根據(jù)實(shí)際情況而定。Pyris Software5.0提供了5種基線選擇方案:標(biāo)準(zhǔn)基線、“S”形基線、從左至右水平基線、從右至左水平基線、在熱流為0mW處水平基線。其中前兩種是最常用的。

 
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