明膠（gelatin）是一種大分子的親水膠體，是膠原部分水解后的產(chǎn)物。按其性能和用途可分為照相明膠、食用明膠和工業(yè)明膠。明膠的凝固點通常在25-35℃之間，但具體凝固點會受到明膠類型、濃度以及外界條件如溫度、濕度等多種因素的影響。明膠的凝固點是指明膠溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài)的溫度，在明膠的應(yīng)用中非常重要。例如，在食品工業(yè)中，通過控制明膠的凝固點，可以制作出口感和質(zhì)地更佳的產(chǎn)品；在醫(yī)藥領(lǐng)域，掌握明膠的凝固點有助于確保膠囊的質(zhì)量和穩(wěn)定性‌。

明膠溶液是明膠使用過程中一種常用狀態(tài)，其粘度、粘性模量和彈性模量對于其應(yīng)用過程非常重要。

在這個應(yīng)用報告中，使用丹東百特公司出品的BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位儀檢測了不同溫度下的明膠溶液，通過微流變技術(shù)得到了溶液的粘彈性信息。

原理

動態(tài)光散射微流變中加入粒徑范圍在0.3–2.0μm的膠體顆粒作為示蹤粒子。這些示蹤粒子的運動方式反映了周圍環(huán)境的流變學性質(zhì)。對于純粘性流體樣品（牛頓流體），示蹤粒子在整個樣品環(huán)境中自由擴散，顆粒的均方位移隨時間線性增加。

其中D為顆粒的擴散系數(shù)，通過代入標準Stokes-Einstein方程：

其中R(h)是示蹤粒子的半徑，便可以得到MSD與粘度之間的關(guān)系：

通過方程即可得到牛頓流體的粘度??。然而在一些體系中還包含彈性成分，對于體系，我們用廣義Stokes-Einstein方程進行描述：

這個方程可以通過計算依賴于頻率的彈性/存儲模量G’和粘性/損耗模量G”， 并可以計算復數(shù)粘度

以及蠕變?nèi)崃?/span>

設(shè)備

采用丹東百特BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位儀。儀器使用波長671nm，功率50mW激光器作為光源，設(shè)置在173°的APD檢測器進行散射光信號采集。采用單模光纖進行信號傳導，以最大程度地提高信噪比。

BeNano采用納秒級別高速相關(guān)器，為小顆粒的快速衰減相關(guān)曲線提供充足的短期相關(guān)計算范圍。

樣品制備和測試條件

我們使用純凈水配置了低濃度明膠溶液，溶液外觀透明，pH在7附近。明膠等電點在pH=4.0-4.5之間，在高于等電點環(huán)境下明膠攜帶負電。在溶液中加入攜帶負電荷的400nm 聚苯乙烯球作為示蹤粒子。由于示蹤粒子和明膠均攜帶負電，所以之間基本沒有靜電吸附作用。

通過BeNano內(nèi)置的溫度控制系統(tǒng)將測試溫度控制為10℃、20℃、40℃和80℃，并在此溫度下進行了動態(tài)光散射微流變測試。

測試結(jié)果和討論

通過樣品的原始散射光信號，我們得到這些樣品的相關(guān)曲線：

通過圖1可以看出，隨著明膠溶液溫度降低，相關(guān)曲線的衰減時間增加，這表明明膠溶液溫度越低，示蹤粒子的運動速度越慢，這是由于溶液的粘度隨著濃度上升而上升。同樣，通過圖2的MSD曲線可以看出，在同樣的時間下，溫度越低，MSD值越小，示蹤粒子速度越慢。

   通過圖3粘彈性模量曲線可以看出，在10-80℃范圍內(nèi)，溶液均顯示出較強的粘性模量，且粘彈性模量隨著溫度降低而升高。

圖4中復數(shù)粘度隨頻率的曲線可以看出，在相對較低的頻率下，復數(shù)粘度基本不隨頻率改變而改變，而在相對較高頻率下，復數(shù)粘度呈現(xiàn)一定下降趨勢，展示出了弱剪切變稀的性質(zhì)。不同溫度下復數(shù)粘度隨溫度升高而降低。

在圖4復數(shù)粘度對溫度的曲線中，取頻率為870rad/s的復數(shù)粘度對溫度作圖，結(jié)果展示在圖5中。從圖中可以看出，隨溫度升高粘度迅速降低，且轉(zhuǎn)變點與文獻中報道的25-35℃之間吻合度較好。

結(jié)論

從檢測結(jié)果中，我們可以看到BeNano 的微觀流變學檢測能力。通過微流變測試，在一個短時間測試過程中可以得到樣品較高頻率下的流變學參數(shù)，包括均方位移、復數(shù)粘度、粘彈性模量等等，為表征液體的流變學特性提供了有力工具。