Методы отделения макроосновы продуктов питания при ААС определении тяжелых металлов

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И  СПОРТА УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И. И. МЕЧНИКОВА

ХИМИЧЕСКИЙ  ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА АНАЛИТИЧЕСКОЙ  ХИМИИ

 

 

Реферат

 

Методы отделения макроосновы продуктов питания при ААС определении тяжелых металлов

 

 

 

 

Студента V курса

дневной формы  обучения

Арабаджи  Михаила Вячеславовича

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одесса 2012

ВВЕДЕНИЕ

Немногие продукты питания можно анализировать  непосредственно. Большинство из них содержит органические вещества, мешающие анализу. Исключение составляют вода и некоторые напитки, которые можно анализировать колориметрическим или другим методом. Меранжер и Сомерс успешно использовали атомно-абсорбционную спектрофотометрию для определения свинца, железа, цинка и других металлов непосредственно в винах и спирте. Рейли использовал этот метод для анализа пива и спирта. Странк и Андриасян совместно показали, что медь можно определять с большой точностью почти во всех спиртных напитках без их предварительной обработки.

Однако в  большинстве продуктов питания металлы невозможно определить, не разрушая органическую матрицу вещества. Удаление органических соединений проводят обычно с помощью различных методов окисления. Выбор метода окисления зависит от природы определяемого металла и анализируемого продукта. Обычно выбирают такой метод, который в диапазоне исследуемых концентраций обеспечивает надежность и точность. В то же время, метод должен позволить проводить работу с приемлемой скоростью и в таких условиях, которые доступны исследователю.

Т.о. цель данного реферата заключалась в рассмотрении преимуществ и недостатков методов разложения органической матрицы при анализе продуктов питания.

 

 

 

 

 

 

 

1. Методы озоления (минерализации)

1.1. Сухое озоление

Это удобный  метод окисления органического  вещества. Он применим при определении большинства металлов, кроме ртути и мышьяка. Его можно использовать для анализа больших количеств вещества. По сравнению с другими методами окисления в этом случае устраняется опасность загрязнения анализируемого продукта реактивами. Метод также не требует анализа больших контрольных проб и постоянного внимания рабочего персонала. Окисление обычно проводят в интервале температур от 400 до 6000C, причем время прокаливания зависит от анализируемого металла. При этом учитывается возможность потерь металла вследствие летучести (особенно при работе с селеном, сурьмой, кадмием, мышьяком, ртутью и др.) или взаимодействия с материалом, из которого изготовлен тигль. Чрезмерное нагревание соединений некоторых металлов, например, олова, может привести к потере растворимости. Ряд соединений фтора образует темный расплав, в котором находятся несгоревшие углеродные части. Ниже изложен усовершенствованный вариант методов, описанных в работах Кросби, Горзуха, и официально принятых методов анализа металлов. Метод пригоден для определения ряда металлов и заключается в следующем.

Анализируемая проба размазывается тонким слоем по дну тигля. Лучше использовать платиновый или кварцевый тигль, так как фарфоровые тигли могут сорбировать некоторые металлы. Не следует также употреблять новые, ранее не использовавшиеся тигли, так как было показано, что они поглощают больше металла, чем тигли, уже бывшие в употреблении.

Тигль помещают на сетку из огнеупорной глины и нагревают на слабом огне для начального разложения органического вещества. Затем тигль переносят в регулируемую муфельную печь Обычно сжигание проводят при температуре 500 ─ 550 °С в течение 8 ч. В случаях, когда определяют сильно летучие металлы, максимальную температуру в 420 °С следует поддерживать в течение ночи (8 ─ 12 ч).

Первоначальное разложение в слабом пламени можно не производить, если пробу сразу поместить в муфельную печь и поддерживать низкую температуру (100 ─ 150°С), создавая первые несколько часов небольшую тягу воздуха. Это предотвращает образование угля и воскообразных веществ на стенках и крышке тигля.

Затем температуру можно повысить до максимума ─ 550 °С. Окисление обычно завершается за 8 ─ 10 ч, но для некоторых пищевых продуктов необходимо более длительное прокаливание. Для ускорения разложения органических веществ, особенно с низким содержанием золы, рекомендуется использовать вещества, катализирующие процесс озоления. Катализаторами обычно являются неорганические вещества ─ соли металлов или некоторые кислоты. Их можно добавлять либо в начале сжигания, либо когда разложение уже частично прошло. В рекомендациях Комитета по разработке методов анализа (KPMA) приведены вещества, ускоряющие озоление и пригодные для разрушения малозольных веществ, из которых трудно извлечь металлы. Горзух считает, что применять катализаторы для ускорения озоления следует в тех случаях, когда общее содержание золы невелико. Он отметил, что при использовании азотной кислоты в качестве катализатора чистая зола, которая легко растворяется в разбавленной хлорной кислоте, образуется только, если азотную кислоту добавляют на последней стадии сжигания. Во всех остальных случаях это может привести к быстрому сгоранию пробы и значительной потере металла. При добавлении серной кислоты процесс окисления органического вещества значительно замедляется, но зато при этом снижаются потери из-за уменьшения летучести металлов.

Сухое озоление в кислородной бомбе. Этот метод  был использован рядом авторов  при анализе очень малых проб. Пробы в платиновых держателях помещают в бомбу, заполненную кислородом, и закрывают. На дне бомбы находится жидкость для поглощения продуктов сгорания. Процесс сжигания занимает всего несколько минут. Зажигание осуществляется электрическим разрядом. Хотя этот метод является привлекательным с точки зрения экспрессности, малая навеска пробы делает его в настоящее время непригодным для серийного анализа пищевых продуктов.

 

1.2. Мокрая минерализация

Многие исследователи  при анализе разнообразных материалов предпочитают мокрое разложение вещества. Это связано с тем, что при мокром разложении потери вещества за счет летучести минимальны, и за счет этого значительно увеличивается полнота извлечения металлов. Исследователей привлекает также высокая скорость процесса окисления. Однако мокрая минерализация имеет ряд недостатков по сравнению с сухим озолением. В частности, метод позволяет сжигать только малые объемы. Расход реактивов при этом сравнительно большой. Это может привести к завышению данных контрольных опытов. Кроме того, мокрая минерализация является потенциально опасным методом и требует постоянного надзора.

Мокрое разложение обычно проводят в колбах Кьельдаля  с устройствами для частичного возврата горячих кислот. Вместо колбы Кьельдаля можно использовать коническую колбу на 500 см³. Прибор следует изготавливать из боросиликатного стекла или кварца. Температура, при которой ведется разложение, должна быть невысокой. Постоянно добавляется жидкий окислитель для предотвращения потерь за счет летучести и поглощения вещества стенками колбы. В качестве окислителей используют азотную, серную, хлорную кислоты и перекись водорода. Азотная кислота имеет сравнительно низкую температуру кипения (120 ^оC) и обычно испаряется еще до окончания реакции. Поэтому ее необходимо периодически добавлять. Это может значительно завысить контрольный опыт. Однако преимущество использования этой кислоты в том, что ее избыток легко удалить при нагревании в конце разложения. Кроме того, большинство металлов с азотной кислотой образуют растворимые соли.

Обработка азотной  кислотой не всегда достаточна для  полного разложения органического  материала. Для полного разложения в смесь обычно добавляют серную кислоту, кипящую при 338 °С. Если применять только серную кислоту, то это приводит к обугливанию органического вещества и потере металлов. Кроме того, серная кислота может образовывать труднорастворимые соединения с щелочноземельными металлами. Эти соединения могут сорбировать другие элементы, например свинец, и препятствовать полному извлечению этого металла. Эта проблема чаще всего возникает при анализе богатых кальцием пищевых продуктов, особенно молочных.

При сжигании широко применяют  смеси, содержащие хлорную кислоту, несмотря на опасность при ее использовании. Горзух обнаружил, что смесь азотной и хлорной кислот является прекрасной окисляющей средой. Она особенно эффективна при извлечении таких металлов, как свинец, которые образуют нерастворимые сульфаты. Лишь при использовании этой смеси для анализа ртути наблюдались потери металла. Во избежание взрывов при применении этой смеси необходимо соблюдать предосторожности.

Перекись водорода также  можно использовать в качестве окислителя. Ее основным преимуществом является то, что при нагревании она разлагается до воды. Однако она взрывоопасна и поэтому ее необходимо применять с осторожностью.

Миддлтон и Стакей описали интересный метод разложения в высоком лабораторном стакане, покрытом часовым стеклом. Метод заключается в нагревании вещества со смесью кислот на горячей плитке досуха и повторном растворении остатка азотной кислотой. Процесс повторяется несколько раз до получения белой золы. Метод очень удобен при анализе веществ животного происхождения и жиров и не требует постоянного наблюдения, так как не представляет опасности.

Мокрое разложение азотной и серной кислотами. Этот метод широко применяется, так как он является простым и надежным: 5 г пробы помещают в колбу Кьельдаля емкостью 100 см³, затем добавляют 10 см³ концентрированной азотной кислоты и равный объем дистиллированной воды. Колбу осторожно нагревают до кипения и продолжают кипятить до уменьшения объема содержимого в 2 раза. Смесь охлаждают и постепенно приливают 10 см³ концентрированной серной кислоты. Затем опять нагревают и добавляют небольшими порциями концентрированную азотную кислоту, пока содержимое не начнет чернеть. Нагревать следует осторожно, чтобы избежать сильного обугливания. В течение всего разложения необходимо добавлять небольшими порциями азотную кислоту. Процесс продолжают до тех пор, пока раствор не посветлеет и не начнет дымиться (5─10 мин). После этого раствор становится бесцветным или имеет слабо-желтую окраску, особенно при наличии большого количества железа. При этом может также образоваться осадок, который растворяется при разбавлении. Раствору дают остыть, добавляют 5 см³ воды, после чего смесь вновь медленно нагревают до кипения, пока раствор не начнет дымиться. После охлаждения для проведения последующих стадий анализа раствор разбавляют дистиллированной водой до метки.

Добавление хлорной кислоты  и перекиси водорода. В случаях, если при длительном нагревании раствор не темнеет, рекомендуется добавлять немного хлорной кислоты или перекиси водорода. Это ускоряет окисление, уменьшает расход азотной кислоты и обесцвечивает осадок. Однако во избежание взрыва следует строго соблюдать меры предосторожности. Хлорную кислоту нельзя применять в случаях, когда хлориды мешают последующему определению металлов. Не рекомендуется также исполь-зовать хлорную кислоту, когда последующее определение металлов предполагается проводить методом ЭТ ААС.

Мокрое разложение без использования серной кислоты. Если серная кислота мешает определению  свинца и других металлов, особенно при наличии щелочноземельных металлов, рекомендуется использовать для мокрого разложения только азотную и хлорную кислоты. Этот метод широко применяется при сжигании протеинов и углеводов. Однако он непригоден для проб, в которых содержится много жира. Этот метод можно использовать для определения всех металлов, кроме ртути. В отсутствие серной кислоты температура сжигания значительно ниже, поэтому метод относительно безопасный. Однако нельзя допускать упаривания смеси досуха. Метод заключается в следующем: пробу, содержащую до 2 г сухого вещества, помещают в колбу Кьельдаля объемом 200 см³. Добавляют 25 см³ азотной кислоты (плотность 1,42 г/см³) и осторожно кипятят 30 мин. После охлаждения добавляют 15 см³ хлорной кислоты (60 мас. %) и смесь медленно кипятят до начала обесцвечивания. При этом над раствором появляются белые пары. Нагревание проводят в течение часа, следя, чтобы содержимое колбы не упарилось досуха. После охлаждения раствор разбавляют водой до метки. В результате разложения получаются перхлораты металлов; почти все они растворимы в воде.