Современные методы исследования пищевых продуктов

Приготовление настоя (отвара) для определения витаминов в экстракте после термической обработки.

Навеску анализируемых продуктов в количестве 10 г заливают дистиллированной водой в количестве 200 см³, кипятят 10-15 минут, остужают в течение 45 минут при комнатной температуре и периодически перемешивают. Экстракт фильтруют через бумажный фильтр, фильтрат оставляют для дальнейшего исследования.

4.2. Приготовление градуировочных растворов витаминов.

Исходные растворы определяемых витаминов готовят путем растворения взятой навески в дистиллированной воде концентрацией 1г/дм³ в мерных колбах на 1дм³.

4.3. Методика проведения эксперимента

Тепловая обработка продовольственного сырья всегда сопровождается частичным разрушением содержащихся в нем витаминов. Традиционные методы (метод нейтрализации, комплексонометрическое титрование, фотометрия) не дают ясной картины кинетики деструкции витаминов в специфических условиях среды при обработке пищевой продукции. Значительно более наглядным методом исследования изменения витаминов в процессе варки является ВЭЖХ.

Условия выполнения измерений

1. Температура окружающего воздуха, С (20+- 5).

2. Относительная влажность воздуха, % (30-80).

1. Режим хроматографических измерений: неподвижная фаза - диасорб С16Т;

подвижная фаза - элюат состава: ацетонит - смесь 0,03 М КН ₂РО₄ и 0,02 М диэтиламин, подкисленная фосфорной кислотой до рН = 3 в соотношении 9:91:0,5.

2. Колонка 120*2.

3. Длина волны спектрофотометра 230,290 нм.

4. Расход элюента 100 мкл/мин

5. Длина волны спектрофотометрического детектора 230 и 280 нм

6. Ориентировочные времена удерживания анализируемых растворов витаминов следующие:

Витамин В₁ - 2-3 мин.

Витамин В₂ - 1-2 мин.

Кислота аскорбиновая - 3-4 мин.

Кислота никотиновая - 8-9 мин.

Приготовление элюента

В качестве элюента используется смесь: ацетонитрил - 0,03 М - КН ₂РО₄ - диэтиламин в соотношении 9:91:0,5 (по объему), раствор диэтиламина в 0,03 М КН ₂РО₄ доводится до рН = 3 фосфорной кислотой.

4.4 Подготовка прибора к хроматографическому анализу и проведение испытаний.

Подготовку прибора начинают с промывки хроматографической системы прибора элюэнтом. После установления равновесия нулевого сигнала детектора и снижения шума до минимума проводят анализ стандартного раствора и исследуемой пробы, которую вводят в хроматограф и регистрируют значения выходных сигналов. Затем вводят градуировочные (стандартные) растворы, регистрируют выходные сигналы.

Рис. 12 Хроматограмма экстракта свежего растительного сырья: пик 1 - содержание вит В₂, пик 2 - содержание витВ₁, пик 3 - содержание вит С, пик 4 - содержание вит РР.



Рис.13 Хроматограмма экстракта сырья после термической обработки

4.5 Обработка результатов анализа.

Содержание витаминов в пробе, введенной в хроматограф, рассчитывают, используя данные о высотах или площадях пиков. Содержание определяемого витамина в пробе, введенной в хроматограф, рассчитывают по формуле, мг/кг

С=К*Yпробы,

где С - концентрация анализируемого витамина;

Yпробы - значение выходного сигнала (высота или площадь пика)

К - значение градуировочного коэффициента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

4.6 По результатам эксперимента судят о степени разрушения витаминов при термической обработке пищевых продуктов.

5. Отчет о работе

5.1 Наименование работы.

5.2 Цель работы.

5.3 Зарисовка схемы устройства жидкостного хроматографа

5.4 Описание методики проведения пробоподготовки.

5.5 Краткое описание методики проведения эксперимента.

5.6 Расчет содержания витаминов в исследуемых образцах по результатам эксперимента.

5.7 Заключение о степени деструкции витаминов в процессе варки.

6 Контрольные вопросы.

6.1 Что такое жидкостная хроматография ?

6.2 Принцип действия жидкостного хроматографа.

6.3 Устройство жидкостного хроматографа.

6.4 В чем заключается элюирование пробы?

6.5 Как правильно провести пробоподготовку для проведения эксперимента на хроматографе?

6.6 Как рассчитать концентрацию витаминов по результатам эксперимента?

5.8 Определение фальсификации растворимого кофе методом ВЭЖКХ

1. Цель работы.

1.1 Ознакомить студентов с методикой определения качества растворимого кофе.

1.2 Определит подлинность кофе по проведенным анализам.

1.3 Сделать заключение о видовой принадлежности предложенных образцов.

2 Общие теоретические сведения.

Растворимый кофе - это высушенный до порошкообразного состояния экстракт натурального жареного кофе. Такой продукт растворяется в воде без остатка, что дает возможность получить напиток любой крепости. Растворимый кофе в своем составе содержит кофеин, различные сахара, минеральные вещества, органические кофейные кислоты.

Фальсификацию растворимого кофе обычно определяют по количеству кофеина в кофе.

Фальсификация - это подделка качественного товара. Товаром более низкого сорта, направленная на ухудшение потребительских свойств товара или уменьшение его количества при сохранении наиболее характерных, но не существенных для его использования по назначению свойств.

Существующая методика предназначена именно для определения кофеина и совершенно не пригодна для разделения кофейных кислот. Однако в настоящее время широко распространена практика добавления в кофе фармацевтического кофеина, поэтому определение подлинности кофе только по содержанию кофеина недостаточно. Фармацевтический кофеин добавляют в кофе по двум причинам: для фальсификации кофе или для формирования у населения устойчивого спроса на кофе определенной фирмы.

3. Материальное обеспечение работы.

3.1. Оборудование и материалы: жидкостной хроматограф, весы,

разновесы, плитка электрическая.

3.2. Химическая посуда: цилиндры мерные, стаканы термостойкие.

3.3. Сырье: растворимый кофе любого сорта и вида.

3.4. Химические реактивы: ацетонитрил, калий фосфорнокислый однозамещенный, фосфорная кислота, вода дистиллированная.

4. Порядок проведения работы.

4.1 Методика определения качества растворимого кофе.

Для проведения исследования навеску кофе растворяют в горячей дистиллированной воде, фильтруют и далее хроматографируют.

Хроматографический анализ проводят на жидкостном хроматографе на хроматографической колонке 120*2 заполненной диасорбом С16Т, 6 мкм.

В качестве элюента используется система растворителей: ацетонитрил, 0,03 М раствор однозамещенного фосфата калия и 0,02 М раствор диэтиламина, подкисленная фосфорной кислотой до рН 2,6 в соотношении 18:82. Качественное определение биологически активных веществ, в т.ч. и кофеина, выполняют методом внешнего стандарта. Готовят растворы кофеина в подвижной фазе, строят калибровочный график зависимости величины сигнала УФ- детектора от площади пика кофеина и по найденной зависимости определяют его содержание в исследуемом образце.

Рис.14 Хроматограмма кофе «Pele» (верхняя) и суррогатного кофе с синтетическим кофеином (нижняя).

4.2 По результатам экспериментов делают заключение о фальсификации предложенных образцов кофе.

5. Отчет о проделанной работе.

5.1 Название работы.

5.2 Цель работы.

5.3 Краткое описание методик проведения экспериментов.

5.4 Объем площади пиков биологически активных веществ.

5.5 Заключение по результатам проведенных экспериментов.

6 . Контрольные вопросы.

6.1 Что такое фальсификация пищевых продуктов?

6.2 С какой целью она проводится?

6.3 Чем отличается растворимый кофе от натурального жареного?

6.4 Какие биологически активные вещества содержатся в кофе?

6.5 Как подготовить элюент для проведения хроматографического анализа?

5.9 Определение токсичных элементов методом ВЭЖХ в пищевых продуктах

1. Цель работы: ознакомить студентов с методикой количественного определения токсичных элементов в пробах мяса и мясных продуктах на содержание кадмия, свинца, цинка, меди методом ВЭЖХ.

2. Общие теоретические сведения.

В результате воздействия загрязненной внешней среды при нарушении норм выращивания растений или кормления животных, а также при нарушении технологической обработки или условий хранения в пищевых продуктах могут появляться токсические элементы, микотоксины и т.д. В качестве токсичных элементов обычно рассматривают 8 элементов: ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, цинк, медь, олово, железо. Наибольшую опасность из них представляют первые три. Ртуть - весьма токсичный элемент куммулятивного действия (т.е. способный накапливаться), поэтому в молодых животных его меньше, чем в старых, а в хищниках больше, чем в тех объектах, которыми они питаются. Особенно этим отличаются хищные рыбы. Из растительных продуктов ртуть больше всего содержится в орехах, в какао-бобах и в шоколаде (до 0,1 мг/кг).

В большинстве других продуктов содержание ртути не превышает 0,01 - 0,03 мг/кг.

Свинец - яд высокой токсичности. В большинстве растительных и пищевых продуктов единственное его содержание не превышает 0,5 - 1 мг/кг. Больше его обнаруживают в хищных рыбах. Большое количество свинца накапливают и растения, посаженные вдоль дорог, в результате поглощения свинца от сгорания этилированного бензина.

Кадмий - это весьма токсичный элемент. Кадмия в пищевых продуктах содержится примерно в 5-10 раз меньше, чем свинца. Повышенная его концентрация наблюдается в какао-порошке, почках животных, рыбе. Содержание кадмия может увеличиться в консервах из сборной жестяной тары, так как кадмий, как и свинец, переходит в продукт из некачественно выполненного припоя, в котором также содержится определенное количество кадмия.

Токсичные элементы могут попасть в опасных для человека концентрациях в пищевые продукты из сырья в процессе технологической обработки только при нарушении технологических инструкций. Повышенное содержание токсичных элементов может появиться в зоне вблизи промышленных предприятий, загрязняющих воздух и воду недостаточно очищенными отходами производства. Органами санитарного надзора установлено содержание токсичных элементов в пищевом сырье и в готовых продуктах.

3. Материальное обеспечение работы.

3.1 Оборудование и материалы: жидкостной хроматограф со спектрофотометрическим детектором, весы аналитические, весы лабораторные, разновесы, насос Камовского или водоструйный, печь муфельная, тигли фарфоровые, колба Бунзена, воронка Бюхнера.

3.2 Химическая посуда: колбы мерные на 100,1000 см³, колбы плоскодонные с п/п на 50, 100, 200 см³, фильтры бумажные.

3.3 Химические реактивы: свинец азотнокислый, медь азотнокислая, цинк сернокислый, кадмий азотнокислый, диэтилдитиокарбамат натрия, ацетонитрил для хроматографии, хлороформ для хроматографии, аммиак водный, натрий уксуснокислый, вода дистиллированная, кислота соляная концентрированная, кислота азотная концентрированная, ацетатный буфер.

3.4 Сырье: мясо и мясные консервы, рыба

4. Порядок проведения работы

4.1. Методика проведения пробоподготовки.

Пробы отбирают в соответствии с нормативно-технической документацией на конкретный вид продукции, проводят минерализацию (сжигание) в соответствии с инструкциями для определенных токсичных элементов или в соответствии с ГОСТами. Подготовленную и обработанную пробу в соответствии с ГОСТом 26929 - 86 растворяют в 0,5 - 1,0 см³ (до полного растворения золы) 10 % -ного раствора смеси азотной и соляной кислот, количественно переносят в стакан вместимостью 50 см³, добавляют 15-20 см³ 0,02 М ацетатным буферным раствором с рН 5,4 (1,61 г СН3СООNa на 250 см³ дистиллированной воды). Затем с помощью концентрированного раствора аммиака доводят рН до величины 4-6. В полученный раствор добавляют 0,5 мл 0,5% -ного раствора диэтилдитиокарбамата натрия (или 2-3 кристалла сухого вещества) и перемешивают до образования суспензии (как продукта реакции комплексообразования), которую пропускают через фильтр Шотта №4. Концентрат, полученный на фильтре, промывают 10-20 см³ дистиллированной воды, затем в отдельную колбу 10-ю см³ ацетонитрила (до полного количественного переноса металлов в ацетонитрильную фазу). Полученный ацетонитрильный раствор используют для дальнейшего хроматографирования.

4.2 Методика проведения эксперимента.

Порядок проведения работы.

При выполнении измерений должны быть соблюдены следующие условия: температура окружающего воздуха, С (205); относительная влажность воздуха, % (30 - 80); режим хроматографических измерений: неподвижная фаза - сепарон С-18,5 мкм; подвижная фаза - элюэнт, подготовленный заранее; разделительная колонка 250*3 мм; длина волны спектрофотометра 454 нм; расход элюэнта 0,5 мл/мин; ориентировочные времена удерживания анализируемых компонентов: (кадмий - 5-6 мин., цинк - 8-9 мин., свинец - 12-13 мин., медь - 17-19 мин.).

4.2.1. Приготовление градуировочных растворов металлов.

Исходные растворы металлов приготавливаются с концентрацией 1 г/л из соответствующих солей металлов. Для приготовления исходного раствора кадмия с концентрацией 1 г/л берут навеску кадмия азотнокислого Cd(NO₃)₂*4H ₂O 2.75 г переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см³, добавляют 20 см³ 10% - ного раствора смеси азотной и соляной кислот и доводят объем до метки бидистиллированной водой. Содержимое тщательно перемешивают.

Для приготовления исходного раствора свинца с концентрацией 1 г/л берут навеску свинца азотнокислого Pb(NO₃)₂ 1,6 г переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см³, добавляют 20 см³ 10% раствора смеси азотной и соляной кислот и доводят объем до метки бидистиллированной водой. Содержимое тщательно перемешивают.

Для приготовления исходного раствора меди с концентрацией 1 г/л берут навеску меди азотнокислой Cu(NO3)₂*3H₂O 3.8 г переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см³, добавляют 20 см³ 10% раствора смеси азотной и соляной кислот и доводят объем до метки бидистиллированной водой. Содержимое тщательно перемешивают.

Для приготовления исходного раствора цинка с концентрацией 1 г/л берут навеску цинка сернокислого ZnSO₄*7H₂O 1,6 г и переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см³, добавляют 20 см³ 10% - ного раствора смеси азотной и соляной кислот и доводят объем до метки бидистиллированной водой. Содержимое тщательно перемешивают.

Для приготовления рабочих растворов металлов используют разведение исходных растворов в соответствии с табл.3

Таблица3

Приготовление градуировочных графиков

Определяемый металл	Концентрация исходного раствора, г/дм3	Количество исходного раствора, дм3	Объем рабочего раствора, см3	Полученная концентрация рабочего раствора, мг/дм3
Cd Pb Zn Cu	1 1 1 1	1 5 20 5	1000 1000 100 100	1 5 200 50

Приготовление четырехкомпонентных градуировочных растворов комплексов металлов.

Для приготовления четырехкомпонентного градуировочного раствора комплексов металлов №1 пипетками отбирают по 1 см³ рабочих растворов металлов, полученных в соответствии с табл.3, и количественно переносят в химический стакан вместимостью 50 см³. Приливают 10-20 см³ 0,02 М ацетатного буферного раствора. Доводят рН полученного раствора до значения в интервале 4-6 с помощью концентрированного раствора аммиака. Затем добавляют в раствор 0,1 мл 0,5% раствора NaДЭДТК (или 2-3 кристалла сухого вещества), перемешивают до получения суспензии (как продукта реакции комплексообразования).

Полученные комплексы отделяют на фильтре Шотта с помощью насоса Камовского. Концентрат, полученный на фильтре, промывают 10-20 см³ дистиллированной воды. С фильтра комплексы смывают для хроматографирования и получения градуировочного коэффициента.

Для приготовления четырехкомпонентного раствора комплексов металлов №2 пипетками отбирают по 0,6 см³ рабочих водных растворов соответствующих солей металлов, полученных в соответствии с табл. 3, и количественно переносят в химический стакан вместимостью 50 см³, приливают 10-20 см³ 0,02 М ацетатного буферного раствора. Доводят рН полученного раствора до значения в интервале 4-6 с помощью концентрированного раствора аммиака. Затем добавляют в раствор 0,1 см³ 0,5% раствора NaДЭДТК (или 2-3 кристаллика сухого вещества), перемешивают до получения суспензии (как продукта реакции комплексообразования).

Полученные комплексы отделяют на фильтре Шотта с помощью насоса Камовского. Концентрат, полученный на фильтре, промывают 10-20 см³ дистиллированной воды. С фильтра комплексы смывают 10 см³ ацетонитрила в отдельную колбу. Полученный ацетонитрильный раствор используют для хроматографирования и периодического контроля погрешности.

4.2.2 Приготовление элюента.

Раствор элюента приготавливают объемным методом. В цилиндр на 200 см³ наливают 130 см³ ацетонитрила, 1 см³ хлороформа, 1 см³ 2*10³ М раствора диэтилдитиокарбамата, перемешивают, а затем доливают до метки 0,02 М ацетатным буферным раствором. Содержимое встряхивают до полного перемешивания. Элюент необходимо дегазировать.

4.2.3 Подготовка хроматографической системы к проведению анализа.

Включение жидкостного хроматографа выполняют в соответствии с инструкцией по эксплуатации хроматографа. Подготовку прибора к хроматографическому анализу начинают с промывки насоса и заполнения заранее приготовленным элюентом, затем приступают к промывке хроматографической системы прибора элюентом. После установления равновесия нулевого сигнала детектора и снижения шума до минимума проводят анализ стандартного раствора и исследуемой пробы. Ее вводят в хроматограф, регистрируя значения выходных сигналов. Затем вводят градуировочный раствор (рис.15)



Рис.15 Хроматограмма наличия тяжёлых металлов в исследуемой пробе, где пик 1 - Cd; пик 2 - P b; пик 3 - Ni; пик 4 - Zn; пик 5 - Cu; пик 6 - Fe.

Содержание металлов в пробе, введенной в хроматограф, рассчитывают, используя данные о высотах или площадях пиков. Содержание определяемого металла в исследуемой пробе (мг/кг) вычисляют по формуле:

C=K*Yпробы (1)

где С- концентрация анализируемого компонента;

Y пробы - значение выходного сигнала (высоты или площади пика)

К - значение градуировочного коэффициента.

Заключение:

4.3. По результатам экспериментов делают заключение о ПДК токсичных элементов в исследуемых объектах.

5. Отчет о работе.

5.1 Наименование работы

5.2 Цель работы

5.3 Краткое описание методики проведения эксперимента

5.4 Проведение расчетов содержания токсичных элементов.

5.5 Заключение о содержании токсичных элементов на основании проведенных исследований.

6. Контрольные вопросы.

6.1 Источники загрязнения продуктов токсичными элементами.

6.2 Какое воздействие на организм оказывают цинк, медь, свинец, кадмий?

6.3 Что такое подвижная и неподвижная фаза в ВЭЖХ?

6.4 Что такое элюент?

6.5 Как приготовить градуировочные и исходные растворы элементов? В чем их отличие?

6.6 Как рассчитать концентрацию токсичных элементов в испытуемых образцах?

5.10 Ознакомление с устройством и принципом действия атомно-абсорбционного спектрофотометра типа «Сатурн», определение токсичных элементов атомно-абсорбционным методом в предложенных образцах пищевых продуктов

1. Цель работы:

1.1 Изучить устройство и принцип действия атомно - абсорбционного спектрофотометра.

1.2 Освоить методику пробоподготовки и приготовления образцов для последующего проведения анализа.

1.3 Провести анализ подготовленных проб.

2.Общие теоретические сведения.

2.1 Устройство и принцип действия пламенного атомного-абсорбционного спектрометра.

2.2 Влияние токсичных элементов (кадмия) на организм человека.

2.1 В атомно-абсорбционном методе спектрофотометрии различают пламенный и безпламенный варианты.

В первом варианте раствор исследуемых элементов вводится в пламя горелки и образует атомный пар. Для анализа металлов, в зависимости от их химических свойств, применяются различные сочетания газов. Во втором варианте используется метод «холодного» пара.

Пламя - это низкотемпературная плазма, в которой протекающие химические реакции поддерживают температурный баланс. В атомной спектроскопии обычно используют пламя горючих газов в смеси с окислителями.

На рис.16 изображена схема атомно-абсорбционного спектрометра (двухлучевая система).

Рис.16 Схема двухлучевого атомно-абсорбционного спектрофотометра: 1 - истчник света; 2 - диск прерывателя; 3 - пламя; 4 - фотоэлектрический приёмник света; 5 - электронная схема регистрации; 6 - зеркало

Анализируемый раствор вводится с помощью распылителя в пламя горелки в виде аэрозоля. Измеряется не излучение элемента в пламени, как при пламенной фотометрии, а поглощение атомами излучения от стандартного источника света. Для этого поглощающий слой паров просвечивают монохроматическим пучком света с длиной волны, соответствующей линии поглощения исследуемого элемента. В пламени проба образует атомные пары. Атомы определяемого элемента поглощают падающее излучение в отношении, прямо пропорциональном его концентрации.

В качестве источника света используются газоразрядные лампы низкого давления, которые дают достаточно тонкую резонансную линию определяемого элемента. Спектральная часть имеет призму и дифракционную решетку для селекции той длины волны, которая поглощается измеряемым элементом. Световой сигнал поступает на фотоумножитель, усиливается и подается на гальванометр.

Сигнал от спектрофотометра попадает на автоматическое считывающее устройство, которое выдает результат в единицах поглощения или оптической плотности на цифровой визуальный регистратор концентраций. Сигнал также может быть принят любым 10-милливольтным записывающим потенциометром.

Конструкция приборов различна, но большинство выпускаемых моделей работает с двойным лучом, когда свет от полого катода лампы пропускается как через пламя с образцом, так и по сравнительному пути, не соприкасаясь с образцом. Двухлучевая система сокращает до минимума влияние колебаний мощности лампы, чувствительности детектора фотоумножителя, оптической и электронной систем. Для работы на таких приборах можно использовать различные источники света.

2.2 Кадмий представляет собой один из самых опасных токсикантов внешней среды. В природной среде кадмий встречается в очень малых количествах, поэтому его отравляющее действие было выявлено недавно, в последние 30 - 40 лет. Кадмий опасен в любой форме - принятая внутрь доза 30 - 40 мг уже может оказаться смертельной. Поэтому даже потребление напитков из пласмассовой тары, материал которой содержит кадмий, является чрезвычайно опасным. Поглощённое количество кадмия из организма выводится медленно (0,1% в сутки), поэтому легко может происходить хроническое отравление. В организме кадмий, прежде всего, накапливается в почках и после достижения пороговой концентрации - около 0,2 мг кадмия на 1 г массы почек - появляются симптомы тяжёлого отравления и почти неизлечимого заболевания.

Больше всего кадмия человек получает с растительной пищей. Эксперты ФАО полагают, что взрослый человек получает его 30 - 150 мг в сутки. Всемирная организация здравоохранения считает максимально допустимой величину поступления кадмия для взрослых людей 500 мкг в неделю, т.е 1 мкг/кг массы тела. В связи с этим содержание кадмия в пищевых продуктах постоянно контролируется.

3 Материальное обеспечение работы

3.1 Оборудование и материалы: атомно-абсорбционный спектрометр, укомплектованный горелкой для воздушно-ацетиленового пламени и источниками резистентного излучения кадмия; компрессор воздушный или сжатый воздух в баллонах, ацетилен в баллонах; весы лабораторные, электропечь лабораторная, электроплита бытовая, тигли кварцевые, чашки Петри.

3.2 Химическая посуда: цилиндры 10, 50, 100 мл, воронки лабораторные, фильтры обеззоленные.

3.3 Химические реактивы: кислота азотная - раствор в бидистиллированной воле (1:1), кислота соляная раствор в бидистиллированной воде (1:1), кислота серная - раствор в бидистиллированной воде (1:9) по объёму, спирт этиловый ректицикованный, аммиак водный 25%, изоамиловый эфир уксусной кислоты, кислота лимонная 20% - ный раствор в бидистиллированной воде, натрия N.N - дитиокарбомат 0,5% - ный в бидистиллированной воде, медь сернокислая 5 - водная, кадмий гранулированный, соль Мора.

3.4 Сырьё: овощи, фрукты, консервированная плодоовошная и плодовоягодная продукция

4. Порядок выполнения работы:

4.1 Приготовление растворов для анализа.

Пробы пищевых продуктов подвергают озолению мокрым или сухим способом и растворению золы в водных растворах кислот с последующим разбавлением или концентрированием.

Приготовление испытуемого раствора. В чашку (тигель, колбу, стакан) с озоленной пробой добавляют азотную (1:1) кислоту из расчета 1--5 см³ на навеску в зависимости от зольности продукта и нагревают на водяной бане или электроплитке с асбестом до растворения золы. Раствор выпаривают до влажных солей, растворяют в 15--20 см³ 1%-ной азотной кислоты, переносят в мерную колбу вместимостью 25 см³ и доводят до метки той же кислотой.

Если зола растворилась не полностью, раствор с осадком упаривают до влажных солей, перерастворяют в минимальном объеме соляной кислоты (1:1), еще раз упаривают до влажных солей и растворяют в 15-- 20 см³ 1%-ной соляной кислоты. Раствор количественно переносят в колбу вместимостью 25 см³ и доводят до метки той же кислотой. Если зола и в этом случае растворилась не полностью, раствор с осадком доводят до объема 30--40 см³ 1%-ной соляной кислотой и подогревают на водяной бане или электроплитке при слабом нагреве в течение 0.5 ч. Если осадок опять не растворился, раствор отфильтровывают через промытый растворителем фильтр, осадок отбрасывают, а фильтрат переносят в мерную колбу вместимостью 50 см³ и доводят до метки той же кислотой.

Полученные растворы используют для непосредственного определения содержания токсичных элементов. В некоторых случаях может потребоваться разбавление или концентрирование исходных растворов.

Градуировочный раствор для определения кадмия готовят по ГОСТ 26933, так же готовят все необходимые растворы для калибровки прибора.

4.2 Проведение измерений

Распыляя в пламя нулевой раствор (при использовании концентрирования -- его экстракт), устанавливают показания прибора на нуль. Затем в порядке возрастания концентрации измеряют абсорбцию градуировочных растворов (или их экстрактов). В конце градуировки отмечают положение нулевой линии при распылении нулевого раствора. Измеряют абсорбцию небольшого числа (5--10) испытуемых и контрольных (холостых) растворов, промывая после каждого измерения систему распылителя и горелки дистиллированной водой или нулевым раствором (для экстрактов -- эфиром) до возвращения сигнала к показаниям, близким к нулю. Повторяют измерение абсорбции нулевого раствора и одного из градуировочных растворов, наиболее близкого по концентрации к испытуемым растворам. Если при этом не отмечается заметного смещения нулевой линии и измерения абсорбции градуировочного раствора, продолжают измерения абсорбции испытуемых растворов, периодически контролируя положение нуля и чувствительность. Заканчивают измерения полной градуировкой.

При прямом определении в испытуемых растворах кадмия обязательно проводят коррекцию фонового поглощения. Измерение абсорбции каждого раствора проводится не менее двух раз.

Если в процессе измерений отмечается смещение нулевой линии или изменение чувствительности, каждая малая серия испытуемых растворов измеряется дважды в прямом и обратном порядке, начинаясь и заканчиваясь полной градуировкой. Объем малых серий определяется скоростью дрейфа: число растворов в серии должно быть таким, чтобы изменение абсорбции градуировочных растворов в последовательных градуировках не превышало 5% отн. Если смещение нулевой линии не корректируется автоматическими устройствами, оно должно учитываться путем введения поправок к сигналам поглощения проб и градуировочных растворов. Дрейф нуля внутри одной малой серии измерений считается линейным.

Определение предела обнаружения проводится после окончания измерений абсорбции полной серии испытуемых растворов. Для этого проводится 20-кратное измерение абсорбции градуировочного раствора с наименьшей концентрацией или любого испытуемого раствора, или смеси остатков растворов с низкой концентрацией элемента. В зависимости от наличия дрейфа измерения проводятся по той же методике, что и для испытуемых растворов.

4.3 Обработка результатов.

При наличии в приборе компьютерной системы расчета концентрации по величине абсорбции используют рекомендованные в технической инструкции прибора компьютерные программы. При ручной обработке данных строят график зависимости абсорбции от концентрации элемента в градуировочных растворах. Допускается применять линейную, кусочно-линейную или сглаженную нелинейную аппроксимацию градуировочных функций. При построении графика для каждой малой серии измерений используют среднеарифметические значения абсорбции градуировочных растворов, полученные до и после измерений абсорбции испытуемых растворов и исправленные на величину смещения нулевой линии. По графику определяют концентрацию элемента в испытуемых и контрольных (холостых) растворах. Значения концентрации, более низкие, чем достигнутый предел обнаружения 3S_n, считаются равными нулю. В дальнейших расчетах используют средние арифметические параллельных измерений.

Массовую долю элемента в пробе (m), млн ^-1 (что соответствует мг/кг), рассчитывают по формуле:

m=VK(C_x--C_k)/P,

где: С_x -- концентрация элемента в испытуемом растворе, мкг/см³;

С_k -- среднеарифметическая концентрация элемента для параллельных контрольных (холостых) растворов, мкг/см³;

V -- исходный объем испытуемого раствора, см³;

Р -- навеска пробы, г;

К -- коэффициент разбавления.

Если разность (С_x -- С_k) оказывается меньше предела обнаружения 3S_n, то дается односторонняя оценка максимально возможного содержания элемента в продукте в млн^-1:

m<3VKS_n/P,

где n -- число параллельных измерений абсорбции испытуемого раствора.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Окончательный результат округляют до второго десятичного знака.

На рис.17 изображён график, полученный при определении концентрации кадмия атомно - абсорбционным способом на атомном спектрометре марки

«Сатурн», полученный при исследовании предложенных образцов пищевых продуктов.

Рис.17 Атомно-абсорбционные сигналы при определении содержания кадмия в напитках, фасованных в полимерную тару (пик 1,2; проба; пик 3,4 проба с добавкой).

4.3 Заключение.

По результатам эксперимента делают вывод о количественном содержании кадмия в предложенных образцах пищевых продуктов и о соответствии значений подсчитанных концентраций ПДК.

5. Отчёт о работе.

5.1 Наименование работы

5.2 Цель работы.

5.3 Зарисовка схемы устройства атомно - абсорбционного спектрометра.

5.4 Подсчёт результатов анализа.

5.5 Заключение о полученных результатах.

6. Контрольные вопросы.

6.1 Какие виды атомной абсорбции существуют?

6.2 В чём их отличие?

6.3 Из каких составных частей состоит атомно-абсорбционный анализатор?

6.4 Как провести пробоподготовку растворов для проведения анализа?

6.5 Как рассчитать концентрацию кадмия по полученным результатам?

6.6 Чем вреден кадмий? Почему его содержание необходимо контролировать в пищевых продуктах?

5.11 Определение массовой концентрации общей ртути методом атомной абсорбции на анализаторе ртути типа «Юлия - 5 К»

1. Цель работы:

1.1 Изучить принцип работы анализатора

1.2 Определить массовую концентрацию ртути в предлагаемых образцах пищевых продуктов.

2 Общие теоретические сведения.

2.1 Проникновение ртути в организм человека, воздействие её на организм.

В литературе отсутствуют сведения о том, что ртуть является для человека необходимым элементом.

Металлическая ртуть в организм человека проникает в основном через легкие в виде паров или пыли. Всасывается около 80% вдыхаемых паров ртути. Задерживание имеет место почти всецело в альвеолах, где оно достигает около 100%. Количество задержанной ртути одинаково при вдыхании через рот и нос. При концентрациях ртути в атмосфере, составляющей 50нг/м³, суточное поступление в организм человека - около 1 мкг. Оно может быть выше 30 мкг/сут при производственном контакте с парами ртути. С питьевой водой в организм попадает менее 0, 7 мкг/сут.

Вне производственных условий основным источником поступления ртути в организм является пища.

Поступление ртути в организм человека осуществляется с продуктами питания, питьевой водой, зубной пастой и косметикой, а также с вдыхаемым воздухом. Рекомендация Организации ООН по вопросам продовольствия и сельского хозяйства (FAO) и Всемирной организации здравоохранения (WHO) допускает поступление с пищей не более 0,3 мг ртути в неделю. Ртуть относится к числу контролируемых элементов и обеспечение её содержания в продукции, не превышающего нормативы безопасности, способствует предохранению от накопления в организме человека выше допустимого уровня.

Большое значение для всасывания в кровь имеет растворимость препарата. Ртуть в элементарном виде плохо всасывается в желудочно-кишечном тракте. Однако метилртуть всасывается в желудочно-кишечном тракте до 95%, независимо оттого с пищей или иным образом попала она в организм .

Токсические проявления ртути сильно зависят от её химической формы. Неорганические соли двухвалентной ртути вызывают нарушение деятельности, прежде всего почек, в то время как элементарная ртуть в основном действует на периферическую и центральную нервные системы.

При острых отравлениях преобладают поражения почек и пищеварительного тракта, при хронических - нарушение функции центральной нервной системы.

2.2 Физические основы и принцип действия анализатора.

Метод атомной абсорбции является относительным методом, это беспламенный «метод холодного пара». Названный метод является признанным аналитическим методом определения ртути благодаря высокой чувствительности и точности. Использование его основано на том, что при сравнительно низких температурах, даже комнатной, металлическая ртуть легко испаряется и в газовой фазе находится в атомарном состоянии не образуя димеров в отличии от свинца и меди. Таким образом, для определения ртути не требуется атомизатор, достаточно восстановить до металла ртутьсодержащее соединение, перевести ртуть в газовую фазу и измерить поглощение на длине волны 253,7 нм - резонансной линии ртути. Для определения концентрации элемента в анализируемой пробе требуется градуировка прибора. Она проводится путём измерения оптической плотности градуировочных растворов с известной концентрацией определяемого элемента. Для линейных участков диапазона измерения прибора допускается градуировка по одной концентрации, что реализовано в предлагаемом анализаторе ртути.

Оптическая плотность атомного пара ртути, соответствующая градуировочной концентрации, заносится в память микро - ЭВМ анализатора. По градуировочному графику определяют концентрацию элемента в анализируемой пробе.

Для получения атомного пара того или иного элемента осуществляют испарение и нагрев анализируемой пробы до температур от 700 до 3200^°С.

Отличительной особенностью ртути является то, что при комнатной температуре в воздухе находится достаточное количество её атомов для проведения измерений. Это существенно упрощает конструкцию приборов.Он основан на поглощении атомами ртути излучения просвечивающего источника с длиной волны л=253,7 нм, выделяемыми из анализируемого раствора после восстановления ртути до атомарного состояния хлоридом олова.

Анализатор состоит из пласмассового корпуса, лампы - излучателя, фотоприёмника, стеклянной кюветы, барботёров, компрессора, аналого-цифрового преобразователя. Прибор предназначен для определения концентрации ртути в пищевой продукции, в питьевой воде, в объектах окружающей среды, в лекарственных препаратах на уровне показателей безопасности.

При подаче питания на ртутную лампу - излучатель и фотоприёмник в условиях отсутствия паров ртути в поглощающей ячейке (кювете) величина фотопотока фотоприёмника максимальна, что соответствует прохождению через кювету полной энергии излучения лампы. При наличии ртути в анализируемом растворе её восстанавливают хлоридом олова до атомарного состояния, и образующиеся при барботировании раствора пары ртути потоком воздуха от компрессора подаются в кювету, в которой они поглощают излучение лампы. В результате величина фотопотока фотоприёмника уменьшается, изменяясь пропорционально количеству атомов ртути в кювете. Прибором регистрируется максимальное импульсное значение количества атомов ртути в кювете, автоматически запоминается и выдается на цифровом табло в виде массовой концентрации ртути (мкг/дм3).

Рис.18 Внешний вид прибора «Юлия 5 К»

3 Материальное обеспечение работы:

3.1 Оборудование и материалы: анализатор ртути типа «Юлия - 5К», весы лабораторные общего назначения, набор разновесов 2 - гокласса точности, плитка электрическая, водяная баня, аналитический автоклав.

3.2 Химическая посуда: пипетки мерные 1см³, пипетки - дозаторы 0,5 см³, 2см³, колбы 25см³, 50см³, 100см³, 250см³, 1000см³, цилиндр 50см³ или 100см³, химические воронки, стаканы термостойкие 25 -50 см³, термометр ртутный стеклянный лабораторный.

3.3 химические реактивы: вода дистиллированная, азотная кислота концентрированная, соляная кислота, концентрированная, олово двухлористое, калий марганцевокислый, калий двухромовокислый, селикагель средне- или многопористый, государственный стандартный образец состава водного раствора ионов ртути.

3.4 Сырье: рыба, мясо, молоко, консервы растительные.

4. Порядок проведения работы.

4.1 Методика определения общей доли ртути в пищевых продуктах.

4.1.1 Методика проведения пробоподготовки.

При подготовке измерений должны быть проведены следующие работы: отбор пробы, проведение минерализации и приготовление анализируемых растворов пробы, подготовка анализатора к работе.

Отбор проб продовольственного сырья пищевых продуктов, безалкогольных напитков питьевой воды следует проводить в соответствии с ГОСТ, ТУ или другой конкретной нормативной документацией, регламентирующей отбор проб. Для анализа следует использовать две параллельные или одну контрольную пробу.

Проведение минерализации рекомендуется проводить в аналитических автоклавах. В реакционную ёмкость помещают навеску пробы 0,5г и окислительную смесь: 3см³ азотной кислоты, 1см³ перекиси водорода, 3см³бидистиллированной воды. Необходимый объём отмеряют пипеткой. Минерализацию проводят в соответствии с документацией на аналитические автоклавы. После окончания минерализации автоклавы разгерметизируют, извлекают реакционную смесь, протирают её снаружи фильтровальной бумагой, смоченной бидистиллированной водой, открывают крышку.

При проведении минерализации мяса, рыбы и продуктов их переработки, муки, крупы, зерна и продуктов их переработки, хлеба, хлебобулочных и кондитерских изделий, чая, кофе, какао - раствор из реакционной смеси количественно переносят в термостойкий стакан вместимостью 25 - 50см³. При минерализации яиц, молока, молочных продуктов, овощей, фруктов, ягод, соков, напитков, джемов для увеличения навески растворы из двух реакционных смесей количественно переносят в термостойкий стакан вместимостью 25 - 50см³. В стакан вносят 1см³ 1 М раствора соляной кислоты и помещают стакан на водяную баню. Раствор выпаривают досуха. Минерализация считается законченной, если станет белой или слегка окрашенной. В том случае, если зола остается темного цвета, к остатку добавляют 1 - 2 см³ азотной кислоты, 1 - 2см³ перекиси водорода и вновь выпаривают досуха на водяной бане. При необходимости повторяют обработку азотной кислотой и перекисью водорода. Минерализация считается законченной, когда зола станет светлого цвета. Золу смачивают 1 см³ 1М соляной кислоты и досуха выпаривают на водяной бане. (При отсутствии аналитического автоклава можно проводить минерализацию общепринятыми методами).

Для приготовления анализируемого раствора пробы сухой остаток растворяют в 1,25 см³ 1 М раствора соляной кислоты и количественно переносят в мерную колбу на 25см³ раствором для разбавления и доводят этим же раствором объём колбы до метки. (Раствор для разбавления и другие растворы для калибровки прибора готовятся в соответствии с инструкцией. прилагаемой к прибору).

4.2 Проведение калибровки прибора.

Прибор калибруется при помощи заранее приготовленных градуировочных растворов.

4.3 Измерение массовой концентрации ртути.

Отобрать в пробирку с пробой 2 см³ анализируемого раствора, прилить 0,3 см³ хлорида олова пипеткой вместимостью 1 см^3,, вставить барботёр, плотно закрыв пробирку, и включить компрессор кнопкой « Старт». После того, как цифра на табло зафиксируется, измерение считать законченным. Прибором регистрируется максимальное импульсное значение количества атомов ртути в кювете, автоматически запоминается и выдаётся на цифровое табло в виде массовой концентрации ртути (мкг/дм³). Дождаться окончания продувки. При этом в процессе продувки нажать и отпустить кнопку «Сброс» и увидеть, что цифра на табло уменьшается, т.е. пары ртути из кюветы выдуваются.

Провести два параллельных определения массовой концентрации ртути в пробе Х₁ и Х₂. Результат определения массовой концентрации ртути рассчитывают по формуле:

(1)

За результат определения массовой концентрации ртути Х принимают среднее арифметическое результатов параллельных определений Х₁ и Х₂, если расхождение между ними в пределах норм сходимости, то измерение проведено верно.

5. Отчет о проделанной работе.

5.1 Цель работы.

5.2 Описать принцип действия прибора.

5.3 Описать подготовку проб и проведение озоления.

5.4 Описать проведение калибровки прибора.

5.5 Описать проведение измерения .

5.6 Сделать вывод о количественном содержании ртути в предлагаемых образцах и соответствии её содержанию ПДК.

6.Контрольные вопросы:

6.1 Какое воздействие на организм человека оказывает ртуть?

6.2 Назвать источники попадания ртути в организм человека.

6.3 Какой принцип действия заложен в основу анализатора?

6.4 Как нужно проводить подготовку проб для проведения анализа?

6.5 Как проводится измерение концентрации ионов ртути на анализаторе?

5.12 Основные понятия подготовки проб при проведении радиометрического анализа пищевых продуктов

1. Цель работы: познакомить студентов с общепринятыми понятиями при отборе проб для проведения радиометрического анализа пищевых продуктов.

2. Общие теоретические сведения.

Среди множества сложных проблем, связанных с производством продуктов питания, все большую актуальность приобретает экология пищи. Одной из важнейших проблем является радиоактивная загрязненность продуктов питания.

Термины и определения, используемые при отборе и исследовании образцов при проведении радиометрического анализа.

Пищевые продукты - продукты, используемые человеком в пищу в натуральном или переработанном виде.

Партия - надежно идентифицируемое количество однородного продовольствия или пищевого продукта одного наименования, расфасованного в однородную тару, предназначенного к единовременной сдаче, отгрузке, продаже и (или) хранящегося в одной емкости.

Транспортная (упаковочная) тара - упаковка для размещения продукции, образующая самостоятельную транспортную единицу.

Выборка - совокупность единиц продукции отобранной для контроля из партии.

Точечная проба - минимальное количество продукции, отобранного из одного места за один прием от продукта данной партии для составления объединенной пробы.

Объединенная проба - совокупность точечных проб.

Средняя проба - часть объединенной пробы, предназначенная для проведения анализа (1,5 кг).

Счетный образец - определенное количество вещества, полученного из точечной или объединенной пробы.

Удельная (объемная) активность радионуклида - отношение активности радионуклида в радиоактивном образце к массе (объему) образца.

Радиометрическая установка техническое средство (радиометр, спектрометр) для измерения активности (удельной активности) радионуклидов в счетном образце.

Радиационный контроль пищевых продуктов при экспортных операциях осуществляется по тем же правилам, что и для отечественных продуктов.

При выполнении радиационного контроля пищевых продуктов выполняются следующие этапы:

отбор проб из партии пищевых продуктов;

приготовление счетных образцов;

измерение активности стронция-90 и цезия-137 в счетных образцах;

расчет результатов измерений и погрешностей исследований;

гигиеническая оценка пищевых продуктов по критериям радиационной безопасности.

Для проведения лабораторных исследований из объединенной пробы берут ее часть - среднюю пробу, которая характеризует радиоактивное загрязнение всей партии. Объем (масса) средней пробы, поступающей в лабораторию на исследование для определения удельной активности стронция-90 и цезия-137, установлен с учетом величины допустимых уровней активности этих радионуклидов в пищевых продуктах, предполагаемых уровней содержания радионуклидов в них и используемых методик выполнения измерений.

Отбор средней пробы твердых, сыпучих объектов проводят методом квартования, жидких - после тщательного переливания. Величина средней пробы должна быть достаточной для проведения одного радиационного исследования.

Таблица 4.

Нормы отбора проб весовых пищевых продуктов

Масса партии, т	До 0,5	0,51-3,0	3,1-5,0	5,1-10,0	10,1-15,0	15,1-30,0
Число отбираемых на исследование средних проб	1	2	3	5	8	10

На каждые полные или неполные 10 т сверх 20 отбирают дополнительно по 3 средних пробы.

Таблица 5

Нормы отбора проб штучных продуктов (хлеб, хлебобулочные и сдобные изделия, яйца, плавленые сыры, консервы, фруктовые воды, соки, джемы…)

Количество партии, шт.	До 1000	1001-3000	3001-5000	5001-10000	10001-20000	20001-50000
Количество на исследование	1% но не < 5шт.	0,7% но не < 11 шт.	0,6% но не < 22 шт.	0,5% но не < 32 шт.	0,4% но не <51 шт.	0,3% но не < 81 шт.

На каждые полные или неполные 10000 штук сверх 50000 отбирают дополнительно до 5 шт.

3. Отбор проб плодоовощных продуктов

Отбор проб клубнеплодов и корнеплодов. При отборе проб (свекла, картофель, морковь, лук, хрен) от партии корнеклубнеплодов, упакованных в ящики, мешки, поддоны и другую тару, в выборку включают 2-5% упаковок (но не <3). Точечные пробы от каждой контрольной упаковки отбирают из разных слоев (сверху, из середины, снизу) целыми экземплярами по 5-10 штук, тщательно очищая от земли.

Из неупакованных в тару корнеклубнеплодов отбирают по 10-15 проб из разных слоев каждого бурта (насыпи) и по периметру через равные расстояния по ширине и длине. Величина точечной пробы 5-10 клубней. Массы их должны быть примерно равными. Точечные пробы перемешивают, формируют объединенную пробу и отбирают среднюю не <3 шт.

4. Отбор проб овощей, фруктов, ягод и бахчевых культур.

Отбор проб производится согласно методике выше. Из небольших партий продуктов растениеводства (ягоды, зелень) точечные пробы отбираются в 4-5 местах. Объем средней пробы не < 1кг.

5. Отбор проб консервов (штучные продукты).

При отборе проб консервированных штучных продуктов (консервы, концентраты, соленья) руководствуются нормами таб. 5.11.2. Из каждой упаковки отбирают 10% от количества продуктов в упаковке при массе штучных продуктов 0,2-3 кг (л), но не < 1 кг (л) и 20% мелких штучных продуктов массой не менее 0,2 кг, но не < 1,0 кг (л), составляют среднюю пробу

6. Контрольные вопросы

6.1 Что такое партия и средняя проба?

6.2 Что такое удельная и объемная активность?

3 Что такое радиометрическая установка?

6.4 Как отбираются пробы пищевых продуктов для анализа на радиоактивность?

6.5 Зависит ли количество средних проб от величины партии. Если зависит, то как?

5.13 Экспрессное определение суммарной объемной (ОА) и удельной (УА) активностей с помощью сцинтилляционных радиометров типа РУБ-01П6

1. Цель работы:

1.1Ознакомление с устройством и принципом действия радиометра РУБ - 01 П6

1.2 Подготовка проб к измерению и проведение испытания.

1.3 Оформление результатов измерений.

2. Общие теоретические сведения

Сложной задачей является ограничение поступления радионуклидов в организм с пищей. В этих условиях важное значение приобретает контроль за уровнем загрязнения продовольствия, браковка и изъятие из употребления продуктов, загрязненных выше установленных норм. Для ограничения внутреннего облучения населения РФ существуют нормативы удельной активности стронция - 90 и цезия-137 в продовольственном сырье и пищевых продуктах.

Необходимость определения удельной активности радионуклидов в объектах окружающей среды и пище обусловлена, в основном, двумя причинами:

1) их высокой биологической активностью, способностью накапливаться в живых организмах, при уровнях, превышающих допустимые значения, оказывать негативное воздействие;

2) поступлением радионуклидов в окружающую среду в результате аварии на ЧАЗС, а также рабочих выбросов действующими атомными станциями.

Основными долгоживущими изотопами, загрязняющими окружающую среду в результате аварии Чернобыльской АЗС, является цезий-137 (во всех зонах), стронций-90, плутоний-239 (в зонах отчуждения и отселения).

Цезий-137 и стронций-90 химически очень активны, растворимы в воде, особенно стронций-90. Степень загрязнённости почвы зависит от её структуры: песчаные почвы содержат значительно меньше радионуклидов, чем глинистые, которые поглощают и накапливают их почвенном органоминеральном комплексе. В результате вымывания радионуклидов из почвы происходит загрязнение поверхностных грунтовых вод.

Интенсивность накопления радионуклидов в растениях зависит от их вида и возраста: в молодых органах их концентрируется больше, чем в старых. Очень активно накапливают радионуклиды деревья.

...