Современные методы исследования безопасности пищевой продукции

Аналитический сигнал  регистрируется с помощью фотоэлементов, он называется оптической плотностью раствора. При  постоянных  длине волны и толщине раствора строят график зависимости оптической плотности от концентрации раствора А=f(с).

Основные узлы  фотометрических приборов  представлены на  рис.3

 

 

 

 

 

 

 

         

Рис.3

 

Главным преимуществом  фотометрических методов является   облегчение условий работы аналитика, особенно при  массовых анализах.

В  нашей лаборатории этот метод нашел самое широкое применение в работе отделения гигиены питания, для определения показателей безопасности пищевой продукции (нитратов, нитритов, гистамина, пестицидов и других веществ).

Метод является чувствительным, воспроизводимость и сходимость  результатов зависят  от выполнения инструкций при работе с приборами  ФЭК, СФК (измерения проводят спустя 15-20 минут после включения).

 

Следующими  по значимости методами в нашей лаборатории  являются ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ   МЕТОДЫ анализа.

В основе электрохимических методов анализа  лежат процессы, протекающие на электродах или в межэлектродном пространстве электролитической ячейки.

При выполнении анализа используют зависимость тока или электрического потенциала или электропроводимости (сопротивления) от концентрации анализируемого раствора. Известно много различных методов анализа

(см. таблицу № 3).

 

Классификация электрохимических методов анализа                          Таблица №3

№ п п	измеряемый параметр	условия измерения	метод анализа
1	потенциал Е, В	I=0	потенциометрия
2	ток I, мкА	I=f (Е налож.)	вольтамперометрия
3	количество электричества, Q, Кл	I=const или E=const	кулонометрия
4	удельная электропроводимость, ǽ см\см	J~ 1000 Гц	кондуктометрия
5	масса m, г	I=const или E=const	электрогравиметрия

 

В нашей лаборатории этот метод представлен:

1)инверсионной вольт-амперометрией (ИВА),

2)ионометрией.   

 

Рассмотрим подробнее.

    Потенциометрия заключается  в том, что в анализируемый  раствор погружают подходящий  индикаторный электрод и измеряют  его потенциал относительно электрода  сравнения, обычно хлорсеребряного.  Затем  по градуировочному графику, построенному  в координатах Е=f(с), где с-концентрация  определяемого иона, находят концентрацию иона в анализируемом растворе.

       Достоинствами  метода можно считать следующее:

  1) простота,

  2)чувствительность,

  3)возможность анализировать мутные и окрашенные растворы.

        В лаборатории  ЦГСЭН г.Бийска имеется несколько  приборов для потенциометрии  –2 рНметра для измерения концентрации  Н-ионов и  1 иономер 

для определения концентрации NО3-ионов.

                

Разновидностью вольтамперометрии является ИНВЕРСИОННАЯ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЯ (ИВА). Этот метод применим для определения очень низких концентраций веществ(до 10х-9).Суть ИВА-метрии в следующем: определяемое вещество из разбавленного анализируемого  раствора концентрируют электролизом на поверхности индикаторного электрода. Электролиз проводят при потенциале  предельного тока восстановления или окисления вещества при энергичном перемешивании раствора. 
Электролиз ведут строго фиксированное время, т.к. для полного выделения вещества из раствора необходимо бесконечно большое время. При этом на электроде протекают реакции восстановления:

Рb (2+)  + 2е  → Рb                                                                       После накопления свинца на электроде снимают вольтамперограмму (ВАГ),

она имеет следующий вид  ( см. рис.3).

       

I,мкА 

Pb Cd     

 

Zn 

Cu

 

  0.2  0.4 0.6  1.0   E.B

Рис.3 Вольтамперограмма

 

   Метод ИВА имеет следующие  достоинства:

1)он пригоден для определения  нескольких веществ при совместном  присутствии.

2)высокая чувствительность  метода.

3)можно определять до 36 элементов, особенно часто  определяют Мп, Со, Ni,  Сu ,Сd, Рb.

4)можно определять органические  вещества, например, пестициды, содержащие  электроактивные  группы, -С1, NО2, карбофос,  метафос,  ГХЦГ.

В лаборатории г. Бийска  имеются  2 прибора для ИВА-метрии, с их помощью определяют наличие Сd, Рb, Сu, Zn  в природных,  питьевых  водах ,почве, продуктах питания, причём  пробоподготовка  пищевых проб заключается в их предварительном сжигании, это значительно удлиняет исследование, это можно отнести к недостаткам  анализа.

 

Далее рассмотрим  ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ  анализа.

Хроматография-это метод разделения, обнаружения и определения веществ, основанный  на  различии их поведения в системе из 2 несмешивающихся фаз: подвижной и неподвижной. Хроматографический процесс заключается в перемещении подвижной  фазы, содержащей компоненты разделяемой  смеси, относительно  неподвижной фазы. Подвижной фазой может быть жидкость  (раствор анализируемой смеси веществ) или газ(смесь газов или паров веществ).Неподвижной фазой может быть твёрдое вещество  или жидкость, нанесённая на твёрдое вещество(носитель).При движении подвижной фазы относительно неподвижной компоненты смеси сорбируются на неподвижной фазе. Каждый компонент сорбируется в соответствии со сродством к материалу неподвижной фазы (вследствие адсорбции). Т.к. компоненты смеси обладают разным сродством к сорбенту, то при перемещении смеси вдоль сорбента происходит разделение: одни компоненты задерживаются в начале пути, другие продвигаются дальше и т.д.

Достоинствами  метода можно считать следующее:

1)метод является наиболее универсальным, распространённым методом разделения  самых разнообразных смесей.

2)он также является важным  методом идентификации веществ и их количественного определения.

3)в ряде  случаев  хроматография  является лучшим или единственным  методом анализа

Оосновные  виды хроматографии:

1)тонкослойная (ТСХ).

2)газожидкостная (ГЖХ).

3)высокоэффективная жидкостная  хроматография (ВЭЖХ).

Эти методы, при исследовании пищевых продуктов, в нашей лаборатории используются преимущественно для анализа пестицидов (ТСХ, ГЖХ), для анализа микотоксинов  ( ТСХ).

 

Метод  ТСХ описан в 1938 году, получил  широкое распространение в 50-е годы.

имеет существенные недостатки:

1)малочувствителен (годится для  определения больших количеств  веществ).

2)трудно идентифицировать вещества  в реальной пробе, т.к. даже пробоподготовка  полностью не освобождает  пробу  от примесей (пигментов, жиров и  пр.).

3)метод полуколичественный (при  определении количества вещества  по площади пятна велика ошибка).

К  достоинствам метода можно отнести :

1)его простоту.

2)его наглядность (там, где найдены  удачные проявляющие растворы, дающие  яркую цветную реакцию).

Процесс ТСХ протекает в тонком слое сорбента на поверхности  пластины (стеклянной, алюминиевой). Проба наносится в виде точки на пластину, пластина помещается в хроматографическую  камеру, погружается  в слой подвижной фазы высотой 0,5 см, которая при движении по слою сорбента вверх за счёт капиллярных сил увлекает с собой вещества пробы. Различные компоненты  поднимаются на разную высоту, т.е. происходит разделение пробы. После обработки проявляющим реактивом сравнивают высоту подъёма  стандартного вещества  и пробы. Для идентификации служит величинаRf =АБ/АВ  (см. рис.4)

                            

                                                 В   – линия подъёма фронта растворителя

   

          

                                        Б  - высота подъёма стандарта и пробы

 

      А – линия  старта

                                                                                                                      

 

 

Рис.4 ТСХ

 

В нашей лаборатории  методом ТСХ мы определяем следующие пестициды: фундазол, БМК, эптам, ТМТД, прометрин, семерон, гранозан. Также метод используется для анализа микотоксинов: В, М1, Т2,  зеараленона, вомитоксина, патулина.

 

ГХ-метод анализа сложных многокомпонентных смесей. Подвижной фазой здесь  является  инертный газ (азот, гелий, водород). Пробу подают  в виде паров, неподвижной фазой служит твёрдое вещество или жидкость, нанесённая на твёрдый носитель. Носитель помещают в спиральные (стеклянные или металлические ,диаметром 2-6 мм, длиной 1,5-20 м) или капиллярные (кварцевые диаметром 0,2-0,5 мм, длиной до 50 м) колонки. Фаза колонки  улавливает анализируемые вещества и удерживает на своей поверхности некоторое время, но потоком газа-носителя выносятся  из колонки  в детектор. В детекторе возникает изменение электрического сигнала, это регистрируется  самописцем на диаграмме в виде пиков. Высота пиков тем больше, чем больше количество вещества в пробе. Идентификация компонентов идёт по параметру  Туд  - время удерживания. Схема газового хроматографа имеет следующий вид (см  рис.5).

 

                  проба                                                                                                                                                                                                                                      

 газ-                          1         2             3                                       4                      5                            

носитель                                                                                                                 τττ                                                                                                                                                        

 

 

                             термостат                                                                                                         

                

Рис.5 Газовый хроматограф

1-испаритель

2-колонка

3-детектор 

4-усилитель

5-самописец

ГХ имеет огромные преимущества перед другими методами анализа:

1) метод очень чувствителен ( до 1нг=10х-9г)

2)позволяет идентифицировать вещества

3)метод количественный и очень  точный.

4)разработаны методики для очень  многих веществ.

Однако есть некоторые трудности. не позволяющие использовать его повсеместно:

1)сложное аппаратурное оформление  требует квалифицированных кадров  для его обслуживания.

2) требуются специальные материалы  для работы (газы-носители, колонки  с фазами).

3)пробы должны быть специально  подготовлены.

4)ввод пробы осуществляется  вручную, что допускает вероятность ошибки.

  В целом ГХ хорошо зарекомендовала  себя, в нашей лаборатории имеются  хроматографы :

1) "Цвет" с детектором ДПР  для определения хлор-, фторсодержащих  пестицидов, производных 2,4 Д, синтетических  пиретроидов (всего 20).

2)"3700" с детектором ПИД для  определения ароматических углеводородов- ацетона,толуола, ксилола, этилацетата, бутилацетата, бензола (всего 6).

 

 

Метод АТОМНО-АБСОРБЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ (ААС)  основан на поглощении (абсорбции) электромагнитного излучения атомами вещества в свободном состоянии. Общую схему абсорбции  можно представить  следующим  образом:

А  + hу (от внеш. источника излучения)---- А*

Атомы поглощают кванты света, соответствующие  переходу  из основного состояния  в возбуждённое. В результате  излучение. проходящее через атомный пар.ослабляется.