Методи визначення токсичних елементів
У харчових продуктах
Відбір проб харчових продуктів провадиться відповідно до вимог ГОСТів на окремі види харчових продуктів та сировини. Середня лабораторна проба готується таким чином, щоб помилки, зумовлені неоднорідністю їжі за обсягом, були мінімальними.
У більшості продуктів харчування метали неможливо визначити, чи не руйнуючи органічну матрицю речовини. Видалення органічних сполук продуктів називають мінералізацією зразка і проводять з використанням різних методів окислення. Існує три основні способи підготовки зразків харчових продуктів до визначення токсичних елементів: суха мінералізація, мокра мінералізація та кислотна екстракція (ГОСТ 26929-94).
Перевагами способу сухої мінералізації є можливість аналізу великих кількостей речовини, що важливо при аналізі токсичних елементів, що містяться в продукті на рівні ГДК, а також відсутність небезпеки забруднення продукту, що аналізується реактивами. Метод не вимагає аналізу великої кількості контрольних проб та постійної уваги робочого персоналу.
До недоліків слід віднести можливість втрат аналізованих елементів внаслідок леткості (особливо при роботі з міддю, селеном, кадмієм, сурмою, миш'яком, ртуттю) або взаємодії з матеріалом, з якого виготовлений тигель. Надмірне нагрівання сполук деяких металів, наприклад олова, може призвести до втрати розчинності, що унеможливить їх подальше визначення.
Спосіб мокрої мінералізації заснований на повному руйнуванні органічних речовин проби продукту при нагріванні з сірчаною та азотною концентрованими кислотами з додаванням перекису водню або хлорної кислоти як каталізаторів і призначений для всіх видів сировини тапродуктів, крім вершкового масла та тваринних жирів.
При мокрій мінералізації втрати речовини з допомогою летючості мінімальні, тому значно збільшується повнота вилучення металів. Перевагою є також висока швидкість процесу окислення в порівнянні з сухою мінералізацією.
Однак існує ряд недоліків, що обмежують застосування способу підготовки проб. Зокрема, метод дозволяє спалювати лише малі обсяги зразка. При цьому витрата реактивів є досить великою, що може призвести до завищення даних контрольних дослідів. Крім того, мокра мінералізація є потенційно небезпечним методом і, щоб уникнути вибухів, вимагає постійного контролю.
Спосіб кислотної екстракції (неповної мінералізації) призначений для рослинного та вершкового масел, маргарину, харчових жирів та сирів. Він заснований на екстракції токсичних елементів, що визначаються з проби продукту шляхом кип'ятіння його з розведеною соляною або азотною кислотою.
Вибір способу мінералізації залежить від природи визначається металу та аналізованого продукту, а також від методу визначення елемента на кінцевій стадії аналізу.
В даний час для визначення токсичних елементів у лабораторіях контролю якості та безпеки харчових продуктів застосовують атомну спектроскопію, полярографію та спектрофотомерію.
Метод атомної спектроскопії включає два різновиди, засновані на явищах атомної емісії та атомної абсорбції. Розчин мінералізату випробуваної проби розпорошують у повітряно-ацетиленовому або повітряно-пропановому полум'ї. Метали, що у розчині мінералізату, потрапляючи у полум'я, перетворюються на атомний стан. Зіткнувшись із вільними радикалами полум'я, деякі атоми металів переходять у збуджений стан. Повертаючись унормальний стан, атом випромінює енергію, характерну досліджуваного металу. Це явище лежить в основіатомно-емісійної спектрометрії.
Однак навіть у високотемпературному полум'ї збуджується лише невелика частка атомів. Незбуджені атоми можна змусити поглинати випромінювання від зовнішнього джерела зі своєю резонансною довжиною хвилі, т. е. з довжиною хвилі, яку атоми, що аналізуються, випромінюють при збудженні. Частина цього випромінювання поглинається атомами досліджуваного елемента, причому величина поглинання пропорційна концентрації обумовленого елемента розчині. Це явище є основою методуатомно-абсорбційної спектрометрии.
Для аналізу токсичних елементів, що нормуються в харчових продуктах і потребують підтвердження при обов'язковій сертифікації, зазвичай застосовують метод атомно-абсорбційної спектрометрії, оскільки він відрізнятиметься високою чутливістю, відтворюваністю та селективністю. Даний метод найбільш зручний для визначення металів, таких як свинець, кадмій, цинк, мідь, хром та ін. Застосування цього методу для аналізу ртуті та миш'яку потребує невеликої модифікації обладнання. Так, визначення ртуті застосовують техніку холодного випаровування. Іони ртуті Hg 2+ з аналізованого розчину мінералізату піддають відновленню хлоридом олова до молекулярної форми ртуті Hg°, яка, випаровуючись, накопичується у спеціальному абсорбційному осередку. В даному випадку вимірюють інтенсивність випромінювання, поглиненого парами ртуті. Миш'як із сполук, присутніх у мінералізаті, відновлюють до летючого похідного миш'яку - арсину, після чого вимірюють ступінь поглинання характеристичного випромінювання парами арсину. Для реалізації методів визначення миш'яку та ртуті розроблено спеціальні приставки довимірювального обладнання, в яких в автоматичному режимі протікають процеси відновлення визначених елементів до летких сполук та їх випаровування.
Широко використовуються такожполярографічні методи визначення токсичних елементів, в першу чергу через значно нижчу вартість обладнання порівняно з обладнанням для атомно-абсорбційної спектрометрії. Полярографічний метод заснований на тому, що різні метали осідають з розчину на катоді при різних електричних потенціалах. Кожен метал має характеристичний потенціал напівхвилі, що використовується для ідентифікації. Висота хвилі є мірою концентрації обумовленого елемента. Цей метод особливо зручний для одночасного визначення кількох важких металів, проте є більш трудомістким, вимагає великої акуратності під час підготовки проб та виконання аналізу.
Спектрофотометрія знаходить широке застосування для аналізу токсичних елементів, особливо в лабораторіях, де не потрібно проводити велику кількість аналізів щодо визначення металів, а витрати на придбання атомно-абсорбційного спектрометра вважаються невиправданими. Переваги спектрофотометричних методів – простота, дешевизна, як правило, висока чутливість. До недоліків слід віднести невисоку селективність визначення у ряді випадків.