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食品材料热物理性质的测量_焓的测量

2022-03-293870

焓(enthalpy)值是相对值,过去的教材中多取一20℃冻结态的焓值为其零点,近年来多取一40℃的冻结态为其零点。

1.量热计法传统测量格值方法采用量热计测量,原理如图4·1所示,用量热计接受待测热量,根据量热计的状态变化量及对既知电能或标准物质热的标定结果,确定待测热量。

按测量原理,可把量热计分三大类。

(1)热平衡型量热计(thermal equilibration calorimeter):使量热计和被测物体的热交换变化的最终态是热平衡态,或使量热计与被测物体的热交换始终处于热稳定态或热准稳态。这样就可以据能量平衡定律,从量热计的标准物质的已知物性(比热容、相变热)、已知质量及其温度改变量或发生相态改变量,算出从待测物体上吸收的热量。等温型冰量热计属于此类型。

(2)传导型量热计(conduction calorimeter):也称热漏型量热计,利用在等温面上测定待测热物体传导给等温边界的逃逸热流,并对等温面通过的热流进行时间积分的方法来测定热量。温差式热流量热计属于此类型。

(3)热相似型量热计(thermal similar calorimeter):制造一个电加热测量系统,使之与待测系统的热边界条件完全相同,这样两系统对外界的热交换情况侧完全相同,因而可以根据电加热系统的电功率及其内部的标准物质的物性和状态变化,求得待测系统的得失热量。差示扫描量热计属于此类型。

过去,物质的焓值一般均按冻结潜热、冻结率和比热容的数据计算而得,直接测量的数据很少。但对于食品材料,实际上很难确定在某一温度时食品中被冻结的比例,而不同的冻结率对应不同的焓值。

近年来发展了一种用DSC直接测量食品烙值的新方法,其温度扫描从一40℃开始到1℃以上,这是因为到一40℃时,食品中的水分已全部冻结:而到1℃以上水分已全部融化成液体。

2.焓值的DSC测量下面以DSC及其热分析软件Pyris Software5.0为例,说明焙值的测量方法。测量时,称量好待测样品的质量并封在样品皿中,放入样品侧,空皿放参比侧。首先给出待测焓值的温度范围,取一40℃为烙值的零点,相变焙测量要求温度范围包含整个相变过程。其次确定测量扫描的速率,一般在升温过程中测量,速率取5~20K/min,最常用速率是10K/ min。

图4-2是标准磷酸盐缓冲液(PBS)的升温DSC曲线,向上的峰是冰品的熔融峰。利用软件提供的功能可实现相变焓的读取。图4~2中T。对应的点是峰的上升沿斜率最大的点处的切线与基线的交点的温度。

焓的读取与选取的温度区间和基线有很大关系。对温度区间的选取没有统一的规定,但测相变焓应包括整个相变蜂。基线的选择者要根据实际情况而定。Pyris Software5.0提供了5种基线选择方案:标准基线、“S”形基线、从左至右水平基线、从右至左水平基线、在热流为0mW处水平基线。其中前两种是最常用的。

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