7.5. Люминесцентные анализаторы

В основу метода люминесцентного анализа состава и качества положено такое состояние вещества, при кото­ром атомы и молекулы приводятся в возбужденное состояние. При этом ве­щество светится без выделения тепла. Люминесценция возникает в резуль­тате перехода электронов из возбужденного состояния в нормальное.

При проведении анализов в пищевой промышленности используется один из ви­дов люминесценции – флуоресцентный (рис.7.8).

П оток света от источника ультрафио­летового излучения 1 , отражателя 2 и фильтра 3, падая на анализируемое вещество 4, вызывает видимое свечение вещества (флуоресценцию) большей длины волны, чем возбуждающее, т.е., согласно закону Стокса – Ломмеля, спектр излучения в целом и его максимум всегда сдвинуты по сравнению со спектром поглощения и его максимумом в сторону больших длин волн.

Это дает возможность отфильтровать рассеянную часть возбуждающего света, примешивающегося к люминесценции. Происходит преобразование длин волн: из невидимого свет становится видимым.

К

Рис. 7.8

аждому анализируемому веществу соответствует определенная интен­сивность и характерный цвет свечения. Этим свойством можно воспользо­ваться для определения его качества.

Оценка излучения может быть произведена с помощью фотоэлектрических приборов, обладающих необходимой избирательностью.

Люминесцентный метод определения подразделяется на следующие виды:

– сортовой (сорт и качество продукции);

– диагностический (вид порчи продукта);

– микроскопия (возможность наблюдения за микроскопическими объек­тами).

Один из видов анализа - применение флуоресцирующих веществ в ка­честве индикаторов. Особенно сильные изменения флуоресценции наблюдаются в мясных продуктах в процессе их порчи.

В настоящее время метод люминесценции применяется для:

– контроля содержания витаминов B1, B6 с помощью флуориметров;

• контроля содержания металлов (микроэлементов) в пищевых про­дуктах;

• контроля содержания жира и белка в молоке;

• контроля качества мяса.

Так, мышцы в разрезе дают красную и ко­ричневую окраску, сухожилия и хрящи - интенсивно голубую. Различные от­тенки окраски дают плесени. Установлено, что начальная стадия порчи мяса характеризуется не только интенсивностью собственно люминесценции, но и появлением двух максимальных спектральных полос 516 и 492,3 нм.

Люминесцентные методы могут быть использованы для определения летучих жирных кислот и амино-аммиачного азота в мясе и мясных экстрактах.

Прибор для определения свежести мясных продуктов основан на измерении коэффициента, характеризующего отношение интен­сивности люминесценции продукта при облучении его двумя световыми потоками с различной длиной волны. Для усиления эффективности люминесценции продукт предварительно под­вергается обработке флуорохромом – аурамином.

При анализе состава молока в нем были выявлены флуоресцентные вещества, которые под влиянием ультрафиолетового облучения поглощают световую энергию, в результате чего испускают вторичное флуоресцентное излучение. Установлено наличие двух отчетливых максимумов, один из которых относится к белкам и находится в ультрафиолетовой области. Флуоресценция белков вызывается флуоресценцией ароматических аминокис­лот (триптофана, тирозина и фенилаланина), содержащихся в белках. Макси­мумы их флуоресценции лежат в области 348, 303 и 282 нм соответственно.

Контроль содержания белков молока основан на измерении флуоресценции в интервале 340-360 нм, вызванной триптофаном. Пробу предварительно разбавляют и добавляют химические реактивы для дезагрегации гранул белков. Как правило, измерения проводят на длине волны 353,7 нм.

Интенсивность флуоресценции I, пропорциональную концентрации белка, измеряют флуориметрами, градуированными в процентах белка:

I=KI_oCE ,

где Io - интенсивность возбуждающего света;

С - концентрация молекул;

E - поглощающая способность молекул.

Помимо белка этим методом возможно осуществить контроль содержания жира в молоке путем измерения интенсивности флуоресценции жировой фазы молока после окраски её раствором фосфина.

Интенсивность люминесценции измеряется в диапазоне длин волн 480–620 нм при возбуждении светом в области 365–438 нм.

На этом принципе основан флуоресцентный жиромер типа ФЖ, представляющий собой одноканальный фотометр прямого отсчёта. Флуохромирование осуществляется смеши­ванием 4 мл молока и 8 мл красителя и нагреванием смеси до температуры 37 °С.

В качестве источника ультрафиолетового излучения используется ртутная лампа. Длина волны излучения составляет 366 нм.

С помощью интерферренционного светофильтра выделяется участок спектра флуоресценции с максимумом при длине волны 472 нм. С помощью фотоумножителя излучение флуоресценции преоб­разуется в электрический ток, измеряемый цифровым вольтметром.

Диапазон измерения прибора составляет 0,05–6,5 % жира.

Среднее квадратическое отклонение по сравнению с методом Розе Готлиб ±0,06 %. Время измерения 2 мин.

Метод флуоресценции положен в основу прибора «Фоссоматик» для определения количества соматических клеток, харак­теризующих заболевание маститом.

С помощью прибора «Фоссоматик» осуществляется подсчет флуоресцент­ных световых импульсов, испускаемых красителем, связанным с ДНК ядра клетки. В состав прибора входит блок подготовки пробы, микроскоп, фотоэлектри­ческий измеритель и индикатор.

Флуоресценция вызывается при возбуждении светом определенной длины волны от ксеноновой лампы.

Подготовленная проба молока с красителем микрошприцем наносится на вращающийся диск в виде слоя шириной 0,5 мм. Этот слой просвечива­ется синим светом, вызывая свечение длиной волны 590 нм. Оптическая система направляет световые импульсы в прямоугольную щель, после про­хождения которой фотоумножитель преобразует световой поток в элект­рический сигнал. Сигнал поступает в счетное устройство, осциллоскоп и печатающее устройство.

Вращающийся диск непрерывно очищается. После размещения пробирки с пробой прибор работает автоматически, включая мойку деталей прибора, сопри­касающихся с продуктом.

Диапазон измерения – до 10 млн клеток. Точность измерения – 10 % при количестве клеток 0,3–1,5 млн. Объем пробы 200 мл. Производительность - 180 проб/ч.

Экспресс-анализатор «Фоссоматик Минор» для подсчета соматических клеток в цельном молоке позволяет проводить до 50 анализов в час.

Таким образом, нами рассмотрены области исследования видимого света (400-800 нм) со стеклянной оптикой и ультрафиолетового (200-400 нм) с кварцевой оптикой. Поглощение в видимой и ультрафиолетовой областях связно с возбуждением электронов, поэтому их спектры выдают ограни­ченную информацию о строении молекул.

Интерес для более глубокого изучения строения вещества предс­тавляют исследования в инфракрасной области (0,8 - более 25 мкм), поглощение в которой связано с молекулярными колебаниями.