Файл: Практикум для студентов специальности 154 01 03 Физикохимические ме тоды и приборы контроля качества продукции.pdf

различные ферментные системы. В связи со способностью к кумуляции он накапливается в костной ткани. Источниками загрязнения пищевых про- дуктов свинцом являются экологически неблагоприятные водоемы, в кото- рых хищные рыбы могут накапливать до 2 мг/кг свинца, а также моллюски и ракообразные – до 10 мг/кг. Важным источником загрязнения является припой в так называемой сварной «сборной» жестяной банке. В некачест- венно сваренной банке и с плохим лаковым покрытием в консервирован- ных продуктах может накапливаться до 3 мг/кг свинца. Для растительных продуктов (зерно, овощи), выращиваемых вблизи автострад с интенсив- ным движением, важной причиной накопления свинца является тетраэтил- свинец, добавляемый в автомобильный бензин.
Кадмий. Ионы кадмия оказывают выраженное токсическое действие на человека, во всяком случае на порядок более сильное, чем свинец. Ис- точником загрязнения кадмием пищевых продуктов растительного проис- хождения являются сточные воды ряда промышленных предприятий, не- которые виды фосфорных удобрений, а также припой, применяемый при изготовлении сборных жестяных банок, используемых при консервировании.
Олово. Главным источником контаминации пищевых продуктов оло- вом являются луженые консервные банки из белой жести.
Медь. Основным источником загрязнения являются изделия из меди
(котлы, трубопроводы, аппаратура и др.), применяемые в пищевой про- мышленности.
Цинк. Основным источником загрязнения является использование оцинкованной тары для хранения жидких продуктов.
Хром. В связи с переходом некоторых пищевых производств на ис- пользование хромированной тары проблема контроля за содержанием это- го токсичного элемента может стать актуальной.
Методы контроля. Для контроля содержания токсичных элементов в продуктах питания используют такие же методы, как и при определении микроэлементов. Основными являются спектральные и электрохимические методы.
Лабораторная работа № 15
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВИНЦА И КАДМИЯ МЕТОДОМ
ИНВЕРСИОННОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ
Цель работы: освоить методы определения токсичных элементов; определить свинец и кадмий в пищевых продуктах методом инверсионной вольтамперометрии.
Средства испытаний: анализатор вольтамперометрический марки
АВА (АВА-1, АВА-2, АВА-3); пипетки мерные лабораторные стеклянные второго класса точности вместимостью 0,1; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0 см
3
; посуда мерная лабораторная стеклянная 2-го класса точности; кислота азотная плотностью 1,42 г/см
3
; фоновый электролит 0,1 М КNO
3
+ 0,001 M HNO
3
; нитрат ртути.

1. Общие сведения
Вольтамперометрия – электрохимический метод анализа, основан- ный на получении и расшифровке вольтамперограмм (кривых зависимо- стей силы тока от потенциала системы). Метод инверсионной вольтампе- рометрии определения содержания свинца и кадмия основан на получении вольтамперограмм после предварительного накопления анализируемого компонента на поверхности индикаторного (рабочего) электрода.
Процесс снятия вольтамперограммы состоит из четырех стадий.
Первая стадия – регенерация индикаторного электрода, которая необходи- ма для очистки поверхности электрода от примесей. Регенерация осущест- вляется анодным током за счет окисления примесей и осаждаемого метал- ла на поверхности электрода.
Вторая стадия – накопление определяемого металла на рабочем электроде при катодном потенциале, при котором осуществляется осажде- ние металла на электроде. При накоплении металла на электроде осажда- ется ртуть, которая с определяемым металлом образует амальгаму, что способствует увеличению чувствительности и селективности анализа. По- тенциал накопления определяется природой металла. Продолжительность осаждения металла зависит от его концентрации. Вторая стадия осуществ- ляется при перемешивании, что достигается путем вращения рабочего электрода.
Третья стадия – успокоение раствора. Данная стадия необходима для стабилизации раствора электролита, что позволяет снять вольтамперную кривую без искажений.
Четвертая стадия – измерительная (снятие вольтамперограммы).
Вольтамперную кривую снимают в потенциодинамическом режиме с оп- ределенной скоростью развертки (изменения) потенциала. Скорость раз- вертки потенциала влияет на форму кривой и чувствительность анализа.
При малой скорости может быть низкая чувствительность, а при большой возможно искажение кривой.
Каждая стадия осуществляется при конкретном значении потенциала в определенном интервале деятельности, которые устанавливаются экспе- риментально и зависят от природы анализируемого элемента, его концен- трации, природы (вида) индикаторного электрода.
Все измерения проводятся в фоновом электролите, который хоро- шо проводит ток, но не участвующий в процессе.
Внешний вид анализатора вольтамперометрического представлен на рис. 12.

Рис. 12. Анализатор вольтамперометрический АВА-2
2. Порядок проведения испытаний
Подготовка к испытаниям. Подготовка образцов. На весах взве- шивают пробу продукта массой 50 г. Пробы пищевых продуктов подго- тавливают и минерализуют методами сухой, мокрой минерализации или кислотной экстракции по ГОСТ 26929-94. Пробоподготовка описана в ла- бораторной работе № 12.
Раствор азотной кислоты концентрацией 2 : 3. Азотную кислоту плотностью 1,42 г/см
3
разводят бидистиллированной водой в соотношении
2 : 3.
Раствор нитрата ртути концентрацией 0,05 моль/л. В мерную кол- бу на 500 см
3 вносят 10 см
3
HNO
3
(2 : 3) и 8,35 г нитрата ртути (II). После растворения соли раствор разбавляют бидистиллятом до метки. Получен- ный раствор имеет концентрацию ртути, равную 10 г/л.
Раствор нитрата ртути концентрацией 1 г/л. Получают путем раз- бавления раствора нитрата ртути концентрацией 0,05 моль/л бидистилля- том в 10 раз.
Приготовление стандартных растворов свинца и кадмия. Готовят стандартные растворы свинца и кадмия концентрацией Рb
2+ и Сd
2+
2 мг/дм
3 3,198 г высушенного при температуре 110°С нитрата свинца Рb(NО
3
)
2 и
2,284 г СdО растворяют в небольшом количестве разбавленной НNО
3
(1: 100), количественно переносят в колбу на 1000 см
3 и доводят до метки разбавленной азотной кислотой.
Подготовка к работе стеклоуглеродного электрода. Очистку по- верхности рабочего электрода проводят механически не реже одного раза в месяц. Сначала поверхность рабочего электрода обрабатывают наждачной бумагой, затем полируют алмазной пастой до зеркального блеска и проти- рают спиртом. После промывают дистиллированной водой 3 раза.
Проведение испытаний. Золу, полученную после минерализации, растворяют в азотной кислоте с концентрацией 2 : 3 на водяной бане. Вы-

паривают раствор до влажных солей, охлаждают до комнатной температу- ры. Небольшими порциями добавляют фоновый электролит, растворяют пробу и количественно переносят ее в мерную колбу на 100 см
3
Параллельно готовят контрольный опыт на бидистиллированной воде.
Выполнение измерений заключается в регистрации вольтамперо- грамм: фонового электролита, пробы и пробы с добавкой.
Регистрация вольтамперограмм раствора фонового электролита. В электрохимическую ячейку вносят 15 мл фонового электролита и добав- ляют 2 капли раствора ртути.
Проводят цикл измерений (регенерация рабочего электрода, накоп- ление, успокоение раствора, развертка) в следующих условиях:
– потенциал регенерации +350 мВ, продолжительность 20 с;
– потенциал накопления –(1200–1300) мВ, продолжительность 60–
80 с;
– потенциал успокоения равен потенциалу накопления, продолжи- тельность 20 с.
Условия устанавливают при помощи программы «Параметры экспе- римента эксперимента».
После проведения серии анализов или в конце работы ячейку и элек- троды тщательно промывают дистиллированной водой.
Регистрация вольтамперограмм пробы и пробы с добавкой. После снятия кривой фона поднимают электроды, удаляют фоновый электролит из ячейки и вносят в ячейку 15 мл анализируемого раствора, добавляют
2 капли раствора ртути, погружают электроды и проводят регистрацию вольтамперной кривой пробы в условиях, описанных выше.
Затем проводят регистрацию вольтамперной кривой пробы с добав- кой в тех же условиях. Для этого вносят в ячейку пипеточным дозатором добавку рабочего раствора, выбрав концентрацию и объем добавки так, чтобы высота пика увеличилась в 1,5–3 раза.
Используя программу «Вычесть фон», производят вычитание фона.
Аналогичным образом проводят анализ контрольной пробы.
Обработка результатов.Расчет содержания РЬ
2+
и Сd
2+
в анализи- руемой пробе проводится программой автоматически («Результат»). По запросу программы необходимо указать:
– объем ячейки – 15 мл;
– объем добавки – 0,2 мл;
– концентрацию РЬ
2+
и Сd
2+
в добавке – 2000 мкг/л;
– массу навески – 50 г;
– объем раствора – 100 мл.
Полученное значение концентрации токсичных элементов сравни- вают с предельно допустимыми (ПДК), приведенными в СанПин 13 63 РБ.

3.2. Нитраты, нитриты, нитрозосоединения
Нитраты (соли азотной кислоты), в частности: нитраты натрия, ка- лия, аммония и кальция, широко применяются в сельском хозяйстве в ка- честве высокоэффективных минеральных удобрений. Внесение нитратов в почву сопровождается их накоплением в тканях растений. Высоким со- держанием нитратов (до 3000 мг/кг) отличаются шпинат, зеленые культу- ры (салат, укроп, ревень, петрушка, сельдерей), свекла. В других овощах, картофеле, плодах и ягодах обычно нитратов содержится значительно меньше. С учетом потерь при кулинарной обработке (термическая обра- ботка способствует снижению содержания нитратов в пищевых продуктах) с пищей в сутки в среднем поступает около 100 мг нитратов.
В измельченных растительных продуктах и нестерилизованных рас- тительных соках нитраты под воздействием соответствующей микрофлоры относительно легко восстанавливаются в нитриты – более токсичные ве- щества. В желудочно-кишечном тракте при участии микрофлоры они так- же могут восстанавливаться в нитриты.
Непосредственно сами нитраты относительно малотоксичны, но они рассматриваются как предшественники N-нитрозосоединений. При поступ- лении в организм в заметных количествах нитраты вызывают усиленное об- разование метгемоглобина.
Расчетная максимальная суточная доза нитратов в пищевом рационе
(пища и вода) не должна превышать 300 мг.
Нитриты (соли азотистой кислоты), в частности нитрит натрия, ши- роко используются в пищевой промышленности в качестве консерванта при приготовлении ветчины, колбас, мясных консервов, сыров, придавая им специфический аромат, вкус и предотвращая развитие микроорганиз- мов Clostridium Botulinum. С пищей и питьевой водой в сутки может по- ступать до 13 мг нитритов.
При поступлении в организм нитриты окисляются до нитратов. Как и нитраты, они способны усиливать образование метгемоглобина. Наряду с нитратами нитриты являются непосредственными предшественниками
N-нитрозосоединений.
N-нитрозосоединения, в частности N-нитрозамины, легко образуют- ся как в окружающей среде (в том числе и в пищевых продуктах), так и в организме животных и человека из соответствующих предшественников – с одной стороны, нитритов, нитратов и с другой – веществ, содержащих аминогрупппы – аминов, амидов и др.
N-нитрозамины являются представителями N-нитрозосоединений, хорошо известных как токсические вещества, обладающие мутагенными, тератогенными и выраженными канцерогенными свойствами.
В пищевых продуктах N-нитрозамины могут образовываться (и их содержание затем может значительно возрастать) в процессе хранения, технологической или кулинарной обработки (жарение, копчение, консер- вирование мясных и рыбных продуктов и т. п.). N-нитрозамины и другие

N-нитрозосоединения наиболее часто обнаруживаются практически во всех видах мясных продуктов. N-нитрозодиметиламин выявляется в рыб- ных, молочных и растительных продуктах. Кроме того, нитрозамины об- наруживают в питьевой воде и в некоторых напитках. По имеющимся дан- ным, суммарная доза нитрозаминов для городского жителя может дости- гать 2,5 мкг в сутки.
Лабораторная работа № 16
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИТРАТОВ
ИОНОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Цель работы: освоить методики определения нитратов; определить содержание нитратов в овощах ионометрическим методом.
Средства испытаний: иономер с погрешностью измерения не более
5 мВ (0,05 рС
NO3
); ионселективный нитратный электрод с нитратной функ- цией ЭИМ-II в диапазоне 1–4 единиц рС
NO3
; электрод сравнения хлорсеребря- ный, ЭВЛ-1М1 или ЭВЛ-1МЗ; весы лабораторные 4-го класса точности с наи- большим пределом взвешивания 500 г; весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г; дозатор вместимостью 50 см
3
; мерная стеклянная посуда; мешалка лабораторная электромеханическая или магнитная; пластмассовая терка; алюмокалиевые квасцы; марганцевокислый калий; азотно- кислый калий; серная кислота концентрированная.

а – внешний вид:
1 – цифровой дисплей;
2 – органы выбора режима измерения;
3 – органы управления;
б – задняя панель:
1 – разъем для подключения электрического электрода;
2 – регулятор контрастности дисплея;
3 – гнездо для подключения вспомогательного электрода;
4 – разъем для подключения персонального компьютера;
5 – разъем для подключения испольнительных устройств;
6 – разъем для подключения термокомпенсатора;
7 – шнур для подключения к сети;
8 – зажим заземления;
9 – выключатель сетевого питания
Рис. 13. Иономер лабораторный И-160
а
б
а – «Экотест-120»;
б – анализатор качества сред КС МК «Луч»;
1 – датчик температуры;
2 – высокоомный преобразователь с микропроцессорным устройством;
3 – комбинированный ионселективный электро-датчик (КИД)
Рис. 14. РН-метры-иономеры:
1
2
а
3
1
2
9
8
7
6
5 4
3
б
1
2
3
1
2
3
1