배경

인터페이스의 팽창 또는 확장 흐름은 인터페이스가 면적 변화 (증가 또는 감소) 에 어떻게 응답하는지 설명합니다.이 반응은 탄성일 수도 있고 점성일 수도 있다.진동 방울 방법을 통해 인터페이스 유동의 매개 변수, 즉 점탄성 계량 E, 탄성 계량 E'와 점성 계량 E'[1, 2]를 얻을 수 있다.

실험 방법

시료

세 가지 다른 시료로 테스트를 진행하였는데, 이 시료들은 측정하기 전에 이미 용도에 따라 수용액으로 준비되었다 (표 1).이 세 샘플은 모두 식품 중의 전형적인 표면활성 첨가제이다.가수분해 단백질은 증미제로 사용할 수 있으며 알레르기 환자에게 적합하다.Quillaia 추출물은 비알코올 음료에 사용되어 거품 특성을 지탱하는 데 사용되며, 글루코시산 프로필렌글리콜은 증조제로서 유화제나 거품 증강제는 아이스크림, 조미료 또는 맥주에 존재한다.

테스트 방법

진동적법은 점탄성 계량 E, 탄성 계량 E'와 점성 계량 E를 확정하는 데 사용된다.시료를 유리 주사기에 빨아들여 DSA100의 진동 액체 방울 모듈 ODM과 연결한다.주사기 피스톤의 자동 감지 및 결합 및 ADVANCE 소프트웨어의 높은 자동화는 높은 정밀도와 뛰어난 측정 반복성을 구현합니다.주사기 아래에 특정 부피의 액방울을 매달아 세라믹을 압전하는 방식으로 액방울의 부피를 정현으로 진동시키는데, 액방울 중 표면활성제의 이동으로 액방울의 표면장력도 따라서 정현의 변화를 나타낸다 (그림 1).표면 장력, 액적 면적의 변화, 위상각에 따라 E, E'및 E'를 계산할 수 있으며, 이 모든 것은 ADVANCE 소프트웨어를 사용하여 자동으로 수행됩니다.

그림 1: DSA100 진동 방울 모듈 ODM의 실험 장치.왼쪽: 액체를 담은 주사기를 모듈에 삽입합니다.오른쪽: 주사기를 고정한 후 측정을 시작할 수 있습니다.

0.5, 1.0 및 3.0 Hz 주파수와 3.6% 및 4.8% 진폭 (초기 영역에 비해 변형) 에서 측정됩니다 (데이터가 표시되지 않음).이와 같은 주파수 및 폭 변화는 이전에는 복잡했지만 이제는 ADVANCE 소프트웨어를 사용하여 쉽게 설정할 수 있습니다.각 액체 방울은 10 개의 연속적인 진동 주기를 수행하며 평가에 사용됩니다.

결과

3개 시료가 측정한 균형시 표면장력치는 각각 37.8, 35.5, 53.4mN/m이다.그림 2는 진동 과정 중 샘플 1 액적 표면적과 표면 장력 정현 변화 과정을 보여준다.ADVANCE 소프트웨어는 원본 데이터(파란색)와 면적(노란색) 및 표면 장력(파란색) 곡선을 직관적으로 볼 수 있습니다.

그림 2: 샘플 1의 면적 진동 곡선 (짙은 파란색) 과 얻은 표면 장력 (연한 파란색) 은 주파수 0.5 Hz, 주파수 폭 3.6% 입니다.최적화된 정현 함수 (면적 곡선은 노란색, 표면 장력은 빨간색) 도 표시됩니다.

그림 3a와 3b는 세 샘플의 탄성 계량 E'와 점성 계량 E'를 보여준다.오차 막대는 두 측정의 표준 편차에 해당하며 대부분의 경우 해당 기호보다 작습니다.ODM 및 측정의 높은 자동화 수준은 이러한 높은 수준의 반복성을 나타냅니다.

그림 3a (위), 3b (아래): 모든 세 샘플의 탄성 계량 E'와 점성 계량 E"와 진동 주파수의 관계.표면형 변화폭은 3.6±0.4%다.

세 샘플 모두에서 탄성 부분은 인터페이스 흐름 동작을 주도합니다 (E'>>E").서로 다른 주파수에서, 각 샘플의 탄성 계량 변화는 비교적 작지만, 그들 사이의 결과 차이는 매우 크며, 그 중 샘플 2의 탄성 계량이 약 100mN/m로 가장 크다.샘플 3의 탄성 계량은 약 20 mN/m로 가장 작습니다.빈도가 증가함에 따라 3개 샘플의 점성 계량 E"가 모두 낮아졌다.

테스트 결과는 식품 생산 과정에 매우 의의가 있다.예를 들어 샘플 2는 탄성 계량 E'와 표면 장력에 따라 비율 E'/σ=2.8을 계산할 수 있다. Kloek 등의 모델에 따르면 E'/σ>1이면 거품 중 초기 기포 사이즈의 분포가 매우 안정적이고 오스트발트 숙성의 분해 과정이 느려지거나 심지어 멈출 수 있다.샘플 2, 높은 E'/σ를 가진 물질은 식품 산업의 거품을 안정시키는 데 매우 적합합니다.

마지막으로, 여기서 언급 된 모든 측정은 약 2 시간 반 동안 수행되었습니다.이제 이러한 핵심 지표를 빠르고 쉽고 정밀하게 식별할 수 있는 장비가 인터페이스 유동학을 연구하는 사용자에게 문을 열고 있습니다.

결론

테스트를 거쳐 세 종류의 유화제의 탄성 계량 E'차이가 비교적 크며, 범위는 20-110 mN/m 사이이다.ADVANCE 소프트웨어와 결합된 새로운 진동 방울 모듈(ODM)을 통해 이러한 핵심 매개변수를 쉽고 빠르고 정확하게 측정할 수 있습니다.주파수와 진폭 범위 내의 간단하고 직관적인 측정 및 소프트웨어와 하드웨어의 결합으로 실현된 고도의 자동화는 식품 공업에만 국한되지 않고 인터페이스의 성격을 전면적으로 표징하는 데 사용될 수 있다.