CC BY
969
УДК 614.3
Л.С. Егорова, А.М. Кандаурова
Тест-определение нитрата в пищевых продуктах
L.S. Egorova, A.M. Kandaurovoa Nitrate Test in Foodstuff
Предложены тест-системы для определения нитрат-ионов в пищевых продуктах по интенсивности окраски индикаторных полос. Данные тест-методы можно использовать для простого и быстрого контроля нитрата в реальных объектах.
Ключевые слова: тест-методы, химические реакции и реагенты, тест-полоски, интенсивность окраски, стандартная цветовая шкала, дифениламин.
Test systems for definition of nitrate-ions in foodstuff using intensity of test-strips colouring are offered. The given test methods can be used for the simple and fast control of nitrate in real objects.
Key words: test methods, chemical reactions and reagents, test-strips, intensity of coloring, standard color scale, difenilamin.
Стремление к удешевлению и упрощению процедуры анализа в аналитической химии достигается за счет разработки средств экспресс-контроля, в том числе и тест-методов. На протяжении столетий химический анализ осуществлялся в лабораториях. Сегодня химический анализ постепенно перемещается из лаборатории к анализируемому объекту. Перенос образцов заменяется переносом информации. В 1767 г для обнаружения кислот или щелочей Льюис описал способ получения лакмусовой бумаги. В настоящее время разработкой тест-методов занимаются ряд ученых: Э. Юнграйс, Г. I Иветт. В.Г Амелин, Ю.А. Золотов, В.М. Иванов и др. Анализ «на месте» имеет много достоинств. Экономятся время и средства на доставку проб в лабораторию и лабораторный анализ. При анализе «на месте» снижаются требования к квалификации исполнителя, поскольку используются более простые средства анализа. Часто анализ в стационарной лаборатории вообще не выполним, поскольку за время доставки образца в лабораторию изменяется форма существования аналита. Анализ «на месте» происходит в режиме реального времени, это позволяет без промедления начать действия по устранению источников и/или последствий загрязнения, не дожидаясь проведения анализа в лаборатории. Тест-методы получили распространение в различных областях: экспресс-контроль технологических процессов, обнаружение метана в угольных шахтах, быстрый анализ почв, контроль пищевых продуктов на рынках, обнаружение алкоголя в выдыхаемом водителем воздухе, домашнее определение сахара в крови и моче диабетиков, оперативный анализ воды, в том числе питьевой, непосредственно потребителем и многое другое [1, с. 902].
ВРЕДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НИТРАТОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА В нашей стране впервые заговорили о нитратах в 1970-х гг., когда в Узбекистане случилось несколько массовых желудочно-кишечных отравлений арбузами
при чрезмерной подкормке последних аммиачной селитрой. В мировой науке о нитратах знали гораздо раньше. Они обладают токсичностью для человека и сельскохозяйственных животных. Нитраты под воздействием фермента нитратредуктазы восстанавливаются до нитритов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови, окисляя 2-валентное железо в 3-валентное. В результате образуется метгемогло-бин, который уже не способен переносить кислород. Тканевая гипоксия нарушает нормальное дыхание клеток и тканей организма, в результате чего накапливаются молочная кислота, холестерин и резко падает количество белка. Особенно опасны нитраты для грудных детей, так как их ферментная основа несовершенна, восстановление метгемоглобина в гемоглобин идет медленно. Нитраты способствуют развитию патогенной кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека токсины, вызывая его отравление. Признаки нитратных отравлений у человека следующие: синюшность ногтей, лица, губ и видимых слизистых оболочек, тошнота, желтизна белков глаз, головные боли, повышенная усталость, сонливость, снижение работоспособности, одышка, усиленное сердцебиение, вплоть до потери сознания. Нитраты влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно-кишечном тракте человека.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИТРАТА
Для определения нитрат-аниона предложена качественная химическая специфическая реакция на анион третьей аналитической группы - нитрат-ион [2, с. 124-125; 3, с. 254]. Выбор методики обусловлен следующими причинами: доступность используемых реактивов, отсутствие сложной, дорогостоящей аппаратуры, простота выполнения, экспрессность. В качестве носителя использована стеклоткань - экологически чистый материал, обладающий высокой стойкостью к разложению и механическому износу, он долговечен, прочен, сочетает в себе пористость
химия
структуры и гидрофильность, не притягивает пыль, не обладает статистическим зарядом. Степень удержания реагентов на стеклоткани выше (70-90%), чем на бумаге (40-50%). Носитель готовят путем однократной пропитки в 4-5 каплях раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте. В присутствии нитрат-ионов появляется интенсивно синяя окраска вследствие окисления дифениламина образующейся азотной кислотой до имониевых солей дифенилбензидина (схема реакции Кермана) (1) [4, с. 324; 5, с. 137]:
С6Н5-МН-С6Н5 + Н2304к+ НЫОз^ ОБОзН
(1)
В литературе существует описание этой реакции, но описание химизма не встречается. Носитель, пропитанный в сернокислом растворе дифениламина, закрепляли 0,3% раствором желатина, высушивали в потоке теплого воздуха, нарезали полосами размером 12 х 30 мм. Носитель не изменяет своих свойств в течение двух месяцев при хранении в эксикаторе (в темном месте). Для создания стандартной цветовой шкалы использовали ГСО состава нитрат-ионов. Рабочие растворы меньших концентраций: 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,35 и 0,40 мг/л готовили последовательным разбавлением исходного раствора дистиллированной водой. При контакте полученного носителя с рабочими растворами наблюдались появление окраски и ее изменение в зависимости от концентрации компонента. Окраска изменялась от бледно-голубой до ярко-синей. Индикаторные полосы использовали для определения нитрата в яблоках. Для анализа брали свежевыжатый сок [6, с. 4-5]. 10 мл сока перенесли в колбу на 25 мл и довели дистиллированной водой до метки. Тест-полосу опускали в 15 мл полученного раствора на 1 с и затем наблюдали ее цвет после высушивания на воздухе через 1 мин. Интенсивность окраски реакционной зоны полосы оценивали по стандартной цветовой шкале. Время анализа составляет 3-5 мин. Параллельно одни и те же пробы анализировали дополнительно фотометрическим методом [7, с. 546].
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИТРАТОВ
И НИТРИТОВ ПО ВО 13395.
СУЩНОСТЬ МЕТОДА
КО 13395 устанавливает метод определения нитритов, нитратов или их суммарного содержания в различных типах вод - грунтовых, поверхностных, сточных, а также в питьевой воде. Система может быть адаптирована для анализа проб пищевых продуктов (водной вытяжки). Сущность метода заключается в восстановлении нитрата в нитрит с помощью металлического кадмия с последующим определением окрашенного соединения, полученного после ряда реакций
с участием нитрита. Содержание нитрита в пробе устанавливают без обработки кадмиевым восстановителем. Реакция проходит в две стадии: при действии на сульфаниловую кислоту нитрита, переходящего в уксуснокислой среде в азотистую кислоту, образуется диазосоединение (фенилдиазонийсульфокислота) (2), которое реагирует с а-нафтиламином, превращаясь в азокраситель (3) [7, с. 547]:
Реакция относится к числу наиболее чувствительных колориметрических реакций и дает возможность обнаружить 0,5 мкг Ж/л (чувствительность метода). Точность метода 3-5%. Данный метод позволяет определять без разбавления до 0,3 мг ЖО2 /л. При больших концентрациях исследуемую пробу рекомендуется разбавлять. Высокая чувствительность метода требует тщательного предохранения применяемых в анализе реактивов и бидистиллированной воды от загрязнения нитритами.
ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ
Система должна быть оборудована колонкой с кадмиевым восстановителем с эффективностью 90%. Кадмиевая колонка (редуктор с амальгамой кадмия) представляет собой трубку высотой около 40 см, с внутренним диаметром 10 см. В верхней части трубки желательно воронкообразное расширение для удобного наполнения трубки жидкостью. Для приготовления амальгамы кадмия берут 100 г гранулированного кадмия, очищают поверхность гранул, обрабатывая ее 1 н хлористоводородной кислотой, затем промывают водой и для стабилизации погружают в раствор сульфата меди с концентрацией 2,5 г/л (при этом поверхность гранул становится черной). Полученный амальгированный кадмий промывают достаточным объемом дистиллированной воды и наполняют им трубку редуктора, на дно которого предварительно помещают слой стеклянной ваты. Переносят амаль-гированный кадмий в трубку вместе с дистиллированной водой и заливают его водой так, чтобы она покрывала кадмий и в колонке не было пузурьков
С, мхг/шп
Зависимость оптической плотности от концентрации нитрит-ионов
воздуха. Амальгама кадмия должна заполнять 1/3 трубки. Анализируемый раствор пропускают через редуктор со скоростью 4 мл/мин. Первые несколько миллилитров прошедшего через редуктор раствора отбрасывают, далее находят содержание нитрит-ионов фотометрическим методом. Метод применяется для анализа нитрат-ионов в концентрациях от 0,002 до 0,5 мг/л. Мешают взвешенные вещества и мутность, поэтому перед анализом пробу фильтруют. Мешают также фосфат-ионы в концентрациях, превышающих 100 мг/л. Присутствующие в пробе нитриты проходят через редуктор без изменения. Их анализируют отдельно и результат вычитают из результата определения нитратов. Не мешают хлориды (до 50 мг), фториды (до 25 мг), сульфаты (до 25 мг), сульфиты (до 10 мг), фосфаты (до 25 мг) и бораты (до 1 мг). Недостатком этого метода является низкая скорость прохождения анализируемого раствора через кадмиевую колонку [7, с. 546-548].
ПОСТРОЕНИЕ ГРАДУИРОВОЧНОГО
ГРАФИКА
Для приготовления стандартных растворов использовали ГсО состава нитрит-ионов. Для приготовления рабочего раствора 5 мл основного раствора переносили в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводили водой до метки и перемешивали. Из полученного раствора готовили серию стандартных растворов в мерных колбах на 25 мл для построения градуировочного графика с концентрацией 0,20; 0,40;
0,60; 0,80 и 1,00 мкг/мл. Затем последовательно во все колбы приливали по 1 мл реактива Грисса, растворы в колбах доводили дистиллированной водой до метки и через 30 мин после развития окраски выполняли фото-метрирование. Измеряли поглощающую способность красного раствора на спектрофотометре при длине волны 540 нм с зеленым светофильтром в кювете с толщиной 1 см в отношении раствора сравнения.
По полученным данным строили градуировочный график. На оси абсцисс откладывали концентрацию нитрит-иона (в мкг в 1 мл окрашенного раствора); на оси ординат - соответствующую оптическую плотность [7, с. 546-548]. Градуировочный график представлен на рисунке.
ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА
В мерные колбы вместимостью 25 мл помещали 10 мл водной вытяжки яблок и груш, добавляли 1 мл реактива Грисса, растворы в колбах доводили дистиллированной водой до метки и через 30 мин после развития окраски фотометрировали. Концентрацию нитрата/нитрита устанавливали по градуировочному графику. Для определения нитрат-ионов анализируемый раствор пропускали через кадмиевую колонку, состоящую из стеклянной трубки, заполненной амальгамированным кадмием (4):
М)2~ + Сй?2+ + 2СН3СОСГ + Н20 (4)
По разности концентраций в пробе нитрата/нитрита и нитрит-ионов, найденных по градуировочному графику, определяли содержание нитрат-ионов в анализируемом объекте [7, с. 546-548]. Результаты анализа представлены в таблице. Предельно допустимое содержание нитрата в яблоках и грушах - 60 мг/кг. Можно сделать вывод, что лишь один объект не превышает предельно допустимого уровня. Недостатком предложенного метода является то, что реакция дифениламина в концентрированной серной
кислоте характерна также для N0,
МпО,-, Fe3
ре(СЖ)6]3- и других окислителей, имеющих весьма высокий стандартный потенциал. Но, как показывает опыт, при низких концентрациях эти ионы не дают реакции с дифениламином. Основной недостаток обнаружения нитратов параллельным методом -необходимость их восстанавливать. Однако при
химия
Результаты определения нитрата в яблоках (п = 3, Р = 0,95)
Объект анализа Сектор торговли Найдено тест-методом, мг/г Найдено фотометрическим методом, мг/г
Образец 1 «Мария-Ра» 0,090 ± 0,003 0,088 ± 0,002
Рынок «Старый базар» 0,100 ± 0,005 0,118 ± 0,006
Образец 2 «Мария-Ра» 0,045 ± 0,004 0,044 ± 0,001
Рынок «Старый базар» 0,065 ± 0,007 0,061 ± 0,003
Примечание. Образец 1 - яблоки «Фуши», Китай; образец 2 - яблоки «Гала», Италия.
избытке восстановителя возможно восстановить нитраты до аммиака, который уже определяется реактивом Несслера.
Таким образом, предложен новый экспресс-метод анализа нитрат-иона с дифениламином, ранее применяемый лишь для качественного обнаружения. Установлено, что оптимальные условия проведения реакции в растворах совпадают с условиями сорбции определяемых ионов на модифицированных органическими реагентами носителях. Учтены требования к аналитическим реагентам: контрастность цветовой шкалы, высокая скорость взаимодействия с определяемым компонентом, прочное удерживание реагента
в порах стеклоткани. Наличие стандартной цветовой шкалы и индикаторных полос позволяет определять содержание нитрата в пищевых продуктах. Конечно, тест-метод не может соперничать по точности с инструментальными методами анализа. Однако, как уже было отмечено, он обладает рядом преимуществ: простотой, экспрессностью, нет сложной аппаратуры. Следует также подчеркнуть, что при его использовании нет необходимости в проведении длительной пробо-подготовки и поиске способов устранения влияния мешающих компонентов. Предлагаемый метод позволяет значительно повысить наглядность анализа, получить оперативную информацию о качестве объекта.
Библиографический список
1. Амелин В.Г. Химические тест-методы! определения компонентов жидких сред // Журнал аналитической химии.
- 2000. - Т. 55, №9.
2. Алексеев В.Н. Курс качественного химического по-лумикроанализа. - М., 1973.
3. Крешков А.П. Основы аналитической химии. - М., 1976.
4. Каррер П. Курс органической химии. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л., 1962.
5. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по органической химии : учеб. пособие для техникумов.
- М., 1980.
6. ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов. Введ. 1996-01-01. - М., 1996.
7. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам : энциклопед. справ. - 2-е изд., перераб. и доп.
- М., 2000.
