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DWS技術(shù)檢測脂肪的結(jié)晶結(jié)構(gòu)——Rheolaser Crystal結(jié)晶分析儀應(yīng)用

麥奇克/Microtrac 2020-07-01 | 閱讀：2276

1．DWS測試技術(shù)介紹

微觀結(jié)晶分析儀（Rheolaser Crystal）基于多散斑擴散波光譜學(xué)原理(DWS),。激光被樣品中的顆粒散射，形成光學(xué)信號,，通過數(shù)學(xué)處理后得到樣品結(jié)構(gòu)的表征參數(shù),，叫做微觀動力因子(Hz)（Micro-Dynamics），微觀動力因子隨時間或溫度逐漸發(fā)生變化,，當(dāng)產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化時（如相轉(zhuǎn)變等）會出現(xiàn)特征峰,。將該因子進行積分，可以得到微觀動力因子演化圖,。

儀器基本結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)變化時出現(xiàn)的特征峰

2．脂肪結(jié)晶的構(gòu)成

脂肪的結(jié)晶成分主要是脂肪酸,，脂肪酸依賴于不同的結(jié)晶條件可以形成混合的甘油三酯，下圖左為共晶形式,，下圖右為多晶形式,。

共晶和多晶

脂肪多晶的組成結(jié)構(gòu)，從小至大依次為：分子,、薄板,、納米片狀（多層薄板）、脂肪球,、宏觀脂肪,。

脂肪多晶的結(jié)構(gòu)

脂肪多晶（固體）在加熱融化過程中，當(dāng)溫度超過低熔點的脂肪球熔點時,，低熔點的脂肪球先分解,，高熔點的脂肪球依然支撐著脂肪的整體形狀，類似于Jenga積木一樣,，雖然部分結(jié)構(gòu)瓦解了,，但是整體形狀依然保持不變。隨著溫度繼續(xù)增加,，高熔點的脂肪球再分解,，脂肪全部變成液體。

多晶融化過程示意圖

3．實測數(shù)據(jù)

樣品信息

蜜蠟（低融化點），燭木蠟（高融化點）,，混合蠟（50%蜜蠟50%燭木蠟）

下圖是蜜蠟和燭木蠟升溫融化過程的微觀動態(tài)因子（μD）曲線圖,，縱坐標(biāo)代表著結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化程度，即100%意味著結(jié)晶結(jié)構(gòu)完全變化,；橫坐標(biāo)為樣品實際溫度,。

樣品融化過程的微觀動態(tài)因子曲線圖

從圖中可見，蜜蠟在較早的溫度下結(jié)晶就開始變化瓦解,，當(dāng)溫度升高至70℃時結(jié)晶完全瓦解（融化變?yōu)橐后w）,；而燭木蠟μD在55- 65℃的緩慢增加，隨后在73-78℃快速的增加,，說明燭木蠟具有兩種不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，即多晶,。

將蜜蠟和燭木蠟以50/50混合后,，以2℃/min的速度使樣品結(jié)晶。測試該結(jié)晶在融化過程中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)變化過程,。

樣品融化過程的微觀動態(tài)因子曲線圖

從圖中可見,，在2℃/min的降溫速度下，混合蠟樣品（中間的曲線）,，在低溫時,，蜜蠟的結(jié)晶結(jié)構(gòu)先瓦解，而后隨著溫度升高,，燭木蠟的結(jié)晶結(jié)構(gòu)再瓦解,，說明混合蠟樣品形成了典型的多晶結(jié)構(gòu)，一部分是蜜蠟結(jié)晶,，另一部分是燭木蠟結(jié)晶,。

將混合蠟以更快的降溫速度冷卻，測試該結(jié)晶在融化過程中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)變化過程,。

樣品融化過程的微觀動態(tài)因子曲線圖

可以看到,，越快的降溫速度，得到的T50（結(jié)晶結(jié)構(gòu)變化到達(dá)50%時的溫度）越高,，說明結(jié)晶結(jié)構(gòu)越以燭木蠟為主,。當(dāng)混合蠟直接在冰水浴中結(jié)晶時，可以看到形成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)完全為燭木蠟結(jié)晶,，蜜蠟分子在形成結(jié)晶前,，體系就燭木蠟結(jié)晶凝固了，沒有來得及組裝成蜜蠟結(jié)晶,。這說明,，脂肪在凝固時，越快的降溫速度越利于形成共晶。

4．結(jié)論

1．共晶的脂肪產(chǎn)品具有單一的融化點,，多晶樣品具有多個融化點,。

2．對于混合的脂肪結(jié)晶，越快的降溫速度越利于形成共晶,。

3．Rheolaser Crystal可以監(jiān)測樣品的微觀結(jié)構(gòu)變化過程,，判斷樣品的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，確定每個多晶的相轉(zhuǎn)變溫度,。

4．DWS方法監(jiān)測結(jié)晶結(jié)構(gòu)變化過程,，具有精度高（升降溫速率設(shè)置范圍）、分辨率高（光學(xué)無侵入式測量）,、通用性強（不限制樣品形態(tài)可直接測試）的優(yōu)點,，可以監(jiān)測樣品所有的物理轉(zhuǎn)變現(xiàn)象結(jié)晶、融化,、相轉(zhuǎn)變,、多晶形態(tài)轉(zhuǎn)變等。

結(jié)晶分析儀 Rheolaser Crystal

Rheolaser Crystal用于研究樣品微觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過程,，儀器基于先進的微流變學(xué)原理對樣品進行熱力學(xué)分析,，監(jiān)測所有物理現(xiàn)象：結(jié)晶、融化,、多晶形態(tài)轉(zhuǎn)變等,。Rheolaser Crystal與Rheolaser Master類似，同樣采用DWS多散斑擴散光譜學(xué),。入射的激光被樣品中的顆粒散射,，產(chǎn)生干涉，利用高速攝像機捕捉散斑圖像,。散斑圖像變換的速度直接與顆粒的運動速度相關(guān),，顆粒運動越快，散斑變化速度越快,。