Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы исследования качества продуктов питания. Учебное пособие
.pdf
Таблица 1.1. Чужеродные вещества в пищевых продуктах,
, охратоксин А,
поступающие в них из окружающей среды
Химические ксенобиотики Ксенобиотики
биологического
происхождения
Ионы металлов (свинец, ртуть, кадмий,
сурьма, мышьяк и другие)
Бактериальные
токсины
Токсин Clostridium
botulinum
энтеротоксины
стафилококковые
Пестициды (хлорорганические,
фосфорорганические, на основе
феноксиуксусных кислот, триазиновые и
другие)
Микотоксины:
афлатоксины B, B
G2, M
патулин,
, G,
2
стеригматоцистин,
зеараленон и др.
Радиоизотопы (цезий
131
йод
и другие)
Нитраты, нитриты, N-нитрозоамины
Полициклические ароматические
137
, стронций90,
Токсин
одноклеточных и
многоклеточных
водорослей
углероды (ПАУ)
Полихлорированные и полибромированные дибензодиоксины, бифенилы и
другие
Стимуляторы роста, гормональные
препараты, бактерицидные и
лекарственные средства, используемые
при выращивании животных
Органические вещества из упаковочных
материалов
Особую опасность представляют химические и
биохимические (метаболические) превращения веществксенобиотиков под действием различных факторов (фотохи-
11
мических, окислительно-восстановительных, гидролитических и
ферментативных реакций). Во многих случаях (соединения
ртути, полигалогенированные дибензодиоксины и дибензофураны, ДДТ и другие) такие процессы могут приводить к образованию еще более токсичных веществ, представляющих опасность для человеческого организма. Это требует непрерывного
контроля сырья, используемого в пищевых технологиях, самих
продуктов питания на наличие токсичных веществ, содержание
-10
которых зачастую не должно превышать 10
-10
-12
%.
Таким образом, аналитический контроль играет важную
роль при установлении качества и подлинности продуктов
питания, их безопасности для организма. Для получения
адекватной информации о составе такой сложной
анализируемой матрицы, как любой пищевой продукт,
необходимо использование различных аналитических методов.
С точки зрения информативности (совокупности сведений
о составе анализируемого образца, получаемой в результате
использования аналитического метода) и чувствительности
определений основными методами в пищевом анализе являются
капиллярный зонный электрофорез, высокоэффективная
жидкостная и газо-жидкостная хроматография,
высокоэффективная тонкослойная хроматография, массспектральный анализ, метод ядерно-магнитной релаксации,
ферментативный и иммуноферментный анализ, ИКспектроскопия с Фурье-преобразованием. При этом
прослеживается тенденция к сочетанию нескольких методов,
что приводит к повышению информативности и
производительности анализа пищевых продуктов (так
называемые гибридные методы анализа). Так, в
хроматографических методах, наряду с традиционными
спектрофотометрическим или пламенно-ионизационным
детекторами, широко используются масс-селективный, ФурьеИК и другие детекторы.
12
2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
Для современной аналитической химии характерно
чрезвычайное разнообразие методов анализа. Это обусловлено:
-привлечением все более новых принципов анализа;
-развитием аналитического приборостроения;
-расширяющимся применением традиционных материалов
и вовлечением новых;
-все более жесткой необходимостью контролировать
степень загрязнения объектов окружающей среды.
Для систематизации методов анализа и соответственно
областей их применения используют различные
классификационные принципы. Если в основу классификации
положен принцип получения аналитического сигнала, то можно
говорить о химических, физико-химических, физических и
биологических методах анализа. Эта классификация наиболее
распространена в настоящее время. В химических методах
анализа аналитический сигнал возникает в результате
протекания химической реакции. В физико-химических методах
также используется химическая реакция, но измеряется какоелибо физическое свойство (поглощение электромагнитного
излучения, сила тока и т.д.). Физические методы основаны
только на измерении какого-либо физического свойства
вещества.
Возможности аналитической химии в значительной мере
зависят от достижений в области приборостроения, которые
базируются на достижениях механики, электроники и
вычислительной техники. Поэтому методы, в основе которых
лежат одни и те же физические и физико-химические принципы,
но возможности которых существенно различаются, часто
воспринимаются как вполне самостоятельные методы анализа.
13
Для потребителя важна также классификация методов по
объекту анализа и определяемым элементам и (или) классу
соединений. Аналитическая химия столь объемна, что в
зависимости от задачи целесообразно объединять ту или иную
группу методов анализа с различными принципами действия.
Для технолога, например, интерес представляют автоматические
методы анализа, позволяющие контролировать состав
технологической смеси.
Любая классификация, вообще говоря, условна и
преходяща. Например, выделение в отдельную группу
инструментальных методов анализа утратило смысл, так как
практически все методы стали инструментальными.
При исследовании качества пищевых продуктов широко
применяются спектроскопические методы, основанные на
взаимодействии компонентов анализируемой пробы с
электромагнитным излучением. Такое взаимодействие
приводит к поглощению квантов энергии (абсорбционные
методы) или возбуждению атомов или молекул вещества с
последующей эмиссией кванта энергии (эмиссионные или
люминесцентные методы анализа). При этом возможно
взаимодействие атомов (атомные методы) или молекул
(молекулярные методы).
В атомных методах анализируемые компоненты нужно
перевести в плазменное состояние. В молекулярном анализе
исследуется вещество в молекулярной форме в виде растворов
проб. В данной группе методов качественное и количественное
определение веществ осуществляют по спектрам
электромагнитного излучения (поглощения).
Среди методов атомной спектроскопии выделяют атомно
эмиссионную спектроскопию в пламени, пламенноэмиссионную фотометрию и атомно-абсорбционный анализ.
Молекулярный анализ представлен фотометрическим и
14
спектрофотометрическим методами анализа, дифференциальной
спектрофотометрией и фотометрическим титрованием.
Методы, основанные на измерении светорассеяния,
представлены турбодиметрическим и нефелометрическим
методами анализа.
Эмиссионный атомный и молекулярный абсорбционный
анализ основаны на взаимодействии вещества с излучением в
диапазоне длин волн от 200 до 800 нм. В спектроскопических
методах в настоящее время используется излучение во всем
возможном интервале энергий – от жесткого рентгеновского до
радиоволновой области спектра.
На взаимодействии вещества с излучением в инфракрасной
и радиоволновой областях спектра основаны методы ИК- и ЯМР
(ЭПР). Эти методы широко используются для анализа и
исследования структуры органических соединений.
К спектральным методам можно отнести и массспектрометрию, основанную на получении «спектра»
заряженных частиц в магнитном поле. Этот метод используется
как для анализа неорганического элементного анализа, так и для
анализа органических веществ.
Особое место при установлении состава пищевых
продуктов имеют хроматографические методы анализа. Это
методы одновременного разделения и определения соединений
в смесях различного состава. Хроматография — это
динамический сорбционный метод разделения смесей веществ,
основанный на многократном распределении веществ между
двумя фазами, одна из которых неподвижная, а другая —
подвижная, которая непрерывно перемещается вдоль
неподвижной фазы. Методы разделения веществ основаны на
различных скоростях диффузии в одной фазе или на
распределении между двумя различными фазами. При этом
реализуются разичные сочетания фаз: газ-жидкость, жидкостьжидкость, жидкость-твердое тело. Эти сочетания фаз
15
определяют классификацию хроматографических методов
анализа. Из методов разделения, основанных на различной
скорости диффузии веществ в гомогенных фазах, большое
применение в пищевой химии получил электрофорез. В
хроматорафических и электрофоретических приборах
используются детекторы, основанные на различных принципах
реализации аналитического сигнала (оптические,
электрохимические, радиоволновые методы анализа).
Тенденция к миниатюризации аналитических устройств
привела к появлению сенсоров с химическим, биохимическим,
оптическим, термическим и другими видами преобразования
сигнала, позволяющими определять качество и подлинность
вин, других пищевых продуктов.
Выбор аналитических методов реализуется в соответствии
с характеристиками их аналитической функции
У = f (С).
Эта функция выражает зависимость какого-либо физического свойства (интенсивности света, электрохимических
свойств и др.) от концентрации определяемого вещества.
Обычно используют такой рабочий интервал аналитической
функции, в котором существует линейная зависимость между
откликом прибора У и концентрацией С. Например,
n
экспоненциальную функцию типа У = κC
можно превратить в линейную за счет логарифмирования
lоg У = lоg κ + n lоg C,
где lоgY – зависимая переменная, на которую влияют главным
образом случайные погрешности, lоg κ – отрезок, который
отсекается на оси ординат, n – тангенс угла наклона
зависимости (чувствительность). Например, интенсивность
поглощения света в спектрофотометрическом анализе, которая
по закону Бугера-Ламберта-Бера записывается как I
после линеаризации равняется А =
ε
lС.
= Io*10
-εlС
16
Основными характеристиками, определяющими выбор
метода для исследования вещества, являются следующие.
- Специфичность метода, под которой понимается
возможность определения вещества в сложной смеси
соединений с близкими свойствами (промежуточные звенья
синтеза, наполнители, продукты деградации и примеси).
- Линейность градуировочной зависимости (линейность
зависимости аналитического сигнала от концентрации
определяемого вещества. Для ее определения готовят растворы с
различными концентрации определяемого вещества. При этом
растворы должны быть приготовлены и проанализированы не
менее чем три раза. Линейность часто оценивается по значениям
коэффициента корреляции и точке пересечения регрессионного
уравнения с осью ординат (ось У). При коэффициенте
корреляции больше 0.999 градуировочная зависимость
рассматривается как линейная.
Правильность метода – это близость полученных
-
результатов анализа к истинному содержанию их в образце.
Правильность метода может быть оценена при анализе образца с
известной концентрацией и сравнении полученных результатов
анализа с истинным содержанием. Для этого используют
специально изготовленные стандарты. Другой подход состоит в
сравнении испытуемого нового метода с результатами анализа
существующего дополнительного метода, который уже является
правильным.
- Диапазон аналитического метода, под которым
понимается интервал концентрации, по которому получены
приемлемая специфичность, линейность и правильность метода.
- Определение точности аналитического метода, под
которым понимается дисперсия результатов анализа,
полученных от многократных исследований гомогенного
образца. Исследование точности должны быть выполнены с
использованием типовых и стандартных процедур подготовки.
17
Первый из них - это исследование точности инструмента или
воспроизводимости инъекции. Так, для оценки точности
хроматографического метода используют минимум 10 инъекций
одного раствора. Второй тип испытаний – это оценка
воспроизводимости или точности внутри метода анализа. Для
этого проводят многочисленные анализы в лаборатории в один
день определенных количеств гомогенного образца, каждое из
которых было независимо приготовлен согласно процедуре
метода.
- Предел чувствительности метода (минимально
определяемая концентрация) - самая низкая концентрация
определяемого вещества, которая производит в три раза
больший по интенсивности отклик по сравнению с откликом
шумов измерительной системы. Предел чувствительности
должен быть определен на ранней стадии развития метода
анализа при наличии в анализируемом образце всех примесей.
Предел обнаружения (предел определения вещества). Под
-
ним понимается самая низкая концентрация определяемого
вещества, которая может быть точно измерена данным методом.
Этот предел определяют при уменьшении концентрации
определяемого вещества до критерия отношения сигнала
вещества к сигналу шума ( S/N = 10).
- Чувствительность (крутизна аналитической функции)
метода. Для фотометрического метода, например,
чувствительность определяется молярным коэффициентом
поглощения вещества.
- Экономичность метода.
Экспериментальные аналитические результаты
подвергаются статистической обработке и регрессионному
анализу (рассчитывается среднее арифметическое и
доверительный интервал).
18
3. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
3.1 Основы процесса хроматографического разделения
Хроматографические методы широко применяются в
различных отраслях промышленности и научных исследованиях
для анализа смеси газообразных, жидких и твердых веществ,
препаративного выделения соединений и для изучения физикохимических свойств газов и растворов.
Хроматография — это динамический сорбционный
метод разделения смесей веществ, основанный на
многократном распределении веществ между двумя фазами,
одна из которых неподвижная, а другая — подвижная,
которая непрерывно перемещается вдоль неподвижной
фазы.
Хроматография открыта и разработана русским
ботаником М.С. Цветом в 1903г. Используя этот метод он
успешно разделил растительный пигмент хлорофилл на
несколько компонентов.
В основе хроматографического разделения лежит
процесс распределения разделяемых компонентов между двумя
несмешивающимися фазами. Пробу вводят в подвижную фазу,
которой может быть жидкость, газ или сверхкритический
флюид. Подвижная фаза движется относительно неподвижной
фазы, находящейся в колонке или в плоском тонком слое.
Различия в силе взаимодействия компонентов пробы с
неподвижной фазой, т.е. различия в их сорбционных свойствах
приводят к тому, что компоненты перемещаются с различными
скоростями вдоль слоя сорбента и при достаточно большом
времени движения разделяются.
Под сорбцией понимают поглощение паров, газов или
растворенных веществ жидкими или твердыми поглотителями
(сорбентами). Обратный процесс называется десорбцией.
19
Различают в общем случае 4 вида сорбции:
- адсорбция – поглощение вещества на поверхности
твердого или жидкого тела;
- абсорбция – поглощение вещества в объеме твердого
или жидкого тела;
- хемосорбция – поглощение веществ жидкими или
твердыми сорбентами с образованием химических соединений;
- капиллярная конденсация – образование жидкой фазы в
порах или капиллярах твердого сорбента при поглощении паров
веществ.
В соответствии со способом разделения различают
колоночную и плоскостную хроматографии. В колоночном
варианте разделение проводят в колонке, в которой все
компоненты проходят одно и то же расстояние и
регистрируются на выходе из колонки. В плоскостном варианте
на бумаге или тонком слое сорбента (бумажная, тонкослойная
–
хроматографии).
В таблице приведена классификация методов колоночной
хроматографии в соответствии с природой подвижной и
неподвижной фаз. Хроматографические методы можно
классифицировать и с точки зрения механизма разделения
веществ. Два самых важных из них – распределительный и
адсорбционный. Адсорбционная хроматография основана на
непосредственном взаимодействии молекул вещества с
поверхностью неподвижной фазы (газо-твердофазная,
жидкостно-твердофазная хроматография, табл. 3.1). В распределительной хроматографии неподвижной фазой служит
жидкость, иммобилизованная на твердом носителе (газожидкостная, жидкостно-жидкостная хроматографии). Другие
механизмы разделения будут рассмотрены ниже.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]