Читать книгу Методы и методики количественного анализа. Практическое пособие - Надежда Лаврова - Страница 12

2.4.1. Выбор метода анализа

Физико-химические методы анализа пищевой продукции позволяют сделать окончательный вывод о безопасности пищевой продукции и оценить ее пищевую ценность. Наибольшее распространение в испытательных лабораториях получили оптические, потенциометрические, хроматографические и радиологические методы. Выбор наилучшего метода анализа диктуется многими соображениями и представляет трудную задачу. Имеет значение химический состав анализируемого образца, оснащенность лаборатории необходимой аппаратурой, наличие соответствующих реактивов и многое другое. В том случае, если концентрация определяемого компонента мала, для анализа пригодны адсорбционные, электрофотометрические и кинетические методы.

При выборе метода важное значение имеют такие параметры, как точность анализа, время, затрачиваемое на подготовку к проведению анализа, количество анализируемых проб.

Предел обнаружения – минимальное содержание определяемого компонента в анализируемой пробе, которое может быть обнаружено данным методом с заданной вероятностью. Чаще всего предел обнаружения выражают в процентах или приводят его абсолютное значение в нанограммах (10^—9 г). При расчете предела обнаружения применяемого метода учитывают аналитический сигнал холостой пробы (фон), чувствительность метода, минимальное значение аналитического сигнала, который может быть зарегистрирован прибором в данном методе.

Реально определяемые концентрации элементов на один-два порядка выше предела обнаружения. Поэтому важной характеристикой метода является диапазон определяемых концентраций, т. е. интервал содержания компонента, в котором возможно его определение данным методом. Наименьшее значение концентрации называют нижним пределом определяемых содержаний (Сн), а максимальное значение – верхним пределом (Св).

Физико-химические методы анализа сложных материалов состоят из следующих этапов:

1 – отбор пробы для анализа;

2 – разложение пробы и переведение ее в раствор;

3 – проведение химической реакции, при которой на определяемый компонент Х воздействуют реагентом Р, в результате чего образуется продукт реакции П;

4 – измерение какого-либо физического параметра продукта реакции, реагента или самого определяемого вещества. На основе этого измерения судят о количестве или о содержании определяемого компонента в анализируемом материале.

2.4.2. Общие требования по отбору и упаковке пробы

Порядок отбора проб для анализа установлен «Правилами отбора образцов (проб) для проведения исследований (испытаний) и измерений пищевой продукции при применении и исполнении требований технических регламентов Евразийского экономического союза» (приложение к Рекомендации Коллегии Евразийской экономической комиссии от 31.07. 2018 г. №13).

Отбор образцов (проб) производится в соответствии с требованиями, устанавливающими методы отбора и испытаний, в количестве, необходимом для проведения исследований (испытаний) и измерений.

Процедура проведения отбора образцов (проб) включает в себя:

– отбор образцов (проб);

– оформление сопроводительной документации (акт отбора образцов);

– транспортирование отобранных образцов (проб).

При отборе каждая проба индивидуально упаковывается таким образом, чтобы исключить возможность подмены содержимого. Упаковка должна обеспечить неизменность свойств отобранной пробы в соответствии с рекомендациями изготовителя на всем протяжении транспортирования и проведения испытаний.

При отборе проб пищевых продуктов, методики исследования которых установлены соответствующими нормативными документами (ГОСТ, ОСТ, ТУ, СТО), следует руководствоваться указаниями раздела «Отбор проб», а в случае отсутствия – специальным стандартом по правилам отбора проб.

Перед отбором проб продуктов специалист, который будет проводить отбор, должен ознакомиться с имеющейся на данную партию продукта документацией (накладные, сертификаты и т.п.) и произвести наружный осмотр всей партии, обращая внимание на состояние тары (исправность, деформации, загрязнение и т.п.), внешний вид продукта, условия хранения.

После осмотра партии производится вскрытие отдельных единиц упаковки и выемка проб для исследования в лаборатории.

Порядок отбора проб пищевых продуктов включает в себя: выделение однородной партии, определение числа и отбор точечных проб (при необходимости), составление объединенной пробы и формирование из нее средней пробы, которая направляется на лабораторные испытания.

Значения массы точечных проб продуктов и необходимое количество проб зависят от требуемого значения массы объединенной пробы, при расфасовке в мелкую потребительскую тару (бутылки, пакеты, пачки и т.п.) эти фасовки рассматривают как точечные пробы.

Массу (объем) пробы продукта устанавливают в соответствии с нормативно – технической документацией на конкретный вид продукции, и она должна быть достаточной для проведения испытаний. Пробы в виде коробок, банок, плиток, пачек и др. завертывают в плотную бумагу. Пробы, отобранные от весовых продуктов в транспортной таре: ящиках, мешках, контейнерах и др., помещают в чистые сухие банки с притертыми стеклянными или хорошо пригнанными резиновыми крышками, или заворачивают в пергамент, целлофан, полимерную пленку, одноразовые мешочки или упаковывают в пластмассовые коробки с крышками. Пробы, требующие особых условий хранения (при пониженных температурах) – скоропортящиеся продукты, помещают в сумку-холодильник или обкладывают сухим льдом.

Отобранные пробы транспортируют в соответствии с условиями, установленными в нормативно – технической документации на конкретный вид продукции. В процессе транспортирования пищевых продуктов следует соблюдать меры предосторожности, чтобы предотвратить воздействие неприятных запахов, прямого солнечного света и других неблагоприятных условий. Температура хранения после отбора проб должна быть достигнута как можно быстрее. В отдельных случаях для лучшей сохранности проб возможно их консервирование, если это не противоречит требованиям нормативной документации на продукцию или методики выполнения измерений. Пробы замороженных продуктов укладывают в сумки-холодильники, обеспечивающие сохранение проб в замороженном состоянии. Пробы скоропортящихся продуктов транспортируют при температуре плюс 5°С не более 6 час, за исключением продуктов, на которые предусмотрены специальные условия согласно нормативно—технической документации на конкретный вид продукции. Отобранные пробы маркируются, заполняется сопроводительная документация, в которой указывается наименование образца, масса (объем), время и место отбора, условия отбора и транспортировки, ставятся подписи специалистов, проводивших отбор проб и представителей заказчика.

2.4.3. Отбор пробы газов

Смеси газов гомогенны, поэтому генеральная проба может быть относительно небольшой и ее отбор не представляет трудностей. Пробу газа отбирают, измеряя его объем при помощи вакуумной мерной колбы или бюретки с соответствующей запорной жидкостью; часто конденсируют газ в ловушках разного типа при низких температурах. В замкнутой емкости (например, цех предприятия) пробу газа отбирают в разных точках, объемы газа смешивают или анализируют отдельно каждую пробу.

При отборе пробы из потока газа используют метод продольных струй и метод поперечных сечений. Метод продольных струй применяют, когда состав газа вдоль потока не меняется. Если состав газа вдоль потока меняется, то пробы берут на определенных расстояниях (часто через специальные отверстия в трубах) вдоль потока. Поскольку состав анализируемых газов часто меняется во времени в зависимости от состояния атмосферы, температуры в помещениях и других условий, то пробы усредняют или анализируют отдельно объемы газов, отобранные в разное время.

2.4.4. Отбор пробы жидкости

Пробу гомогенной жидкости отбирают при помощи соответствующих пипеток, бюреток и мерных колб из общей емкости после тщательного перемешивания. При анализе большого объема жидкости отбор пробы проводят на разной глубине и в разных местах емкости. Для отбора проб на разной глубине используют специальные пробоотборные устройства – батометры различной конструкции (цилиндрический сосуд вместимостью 1—3 л, закрывающийся сверху и снизу крышками). Отбор гомогенной жидкости из потока проводят через определенные интервалы времени и в разных местах.

Пробы гетерогенных жидкостей отбирают не только по объему, но и по массе. В одних случаях жидкость гомогенизируют, в других – добиваются полного ее расслоения. Гомогенизацию проводят, изменяя температуру, перемешивая жидкость или подвергая ее вибрации. Если гомогенизировать жидкость невозможно, то ее расслаивают и отбирают пробу каждой фазы, используя при этом специальные пробоотборники с большим числом забирающих камер. Размер генеральной пробы жидкости обычно невелик и не превышает нескольких литров или килограммов.

При отборе проб (образцов) воды следует руководствоваться действующими нормативными документами на методы отбора проб воды.

Метод отбора проб выбирают в зависимости от цели испытаний и перечня определяемых показателей с таким расчетом, чтобы исключить (свести к минимуму) возможные изменения определяемого показателя в процессе отбора пробы. Методы отбора, подготовки к определению состава и свойств, транспортирования и хранения проб воды должны обеспечивать неизменность состава проб в интервале времени между отбором проб и их испытанием.

Пробы воды для проведения физико-химических исследований отбирают в емкости, изготовленные из химически стойкого стекла с притертыми пробками или из полимерных материалов, разрешенных для контакта с водой. Перед отбором пробы емкости для отбора проб не менее 2-х раз ополаскивают водой, подлежащей анализу, и заполняют ею емкость до верха. При отборе проб, подлежащих хранению, перед закрытием емкости пробкой верхний слой воды сливают так, чтобы под пробкой оставался слой воздуха и при транспортировании пробка не смачивалась.

2.4.5. Отбор пробы твердых веществ

При отборе генеральной, лабораторной и анализируемой пробы твердых веществ оптимальная масса проб обусловлена неоднородностью анализируемого объекта, размером частиц, с которых начинается неоднородность, и требованиями к точности анализа, обычно определяемой погрешностью в отборе пробы.

Способы отбора генеральной пробы твердого вещества различны для веществ, находящихся в виде целого (банки, пачки и др.) или сыпучего продукта. При пробоотборе от целого твердого объекта необходимо учитывать, что он может быть неоднороден, поэтому при отборе пробы его либо дробят, если вещества хрупкие, либо распиливают через равные промежутки, либо высверливают в разных местах образца.

При отборе пробы сыпучих продуктов массу исследуемого объекта перемешивают и пробу отбирают в разных местах емкости и на разной глубине, используя при этом специальные щупы-пробоотборники.

Генеральная (первичная, большая, грубая) проба отбирается непосредственно из анализируемого объекта в количестве от 1 до 60 кг. Из генеральной пробы путем ее сокращения отбирают лабораторную пробу (от 1 до 25 кг). Одну ее часть используют для предварительных исследований, другую – для арбитражных анализов, третью – непосредственно для анализа (анализируемая проба). В случае необходимости пробу измельчают и усредняют. После отбора генеральной (или лабораторной) пробы твердого вещества осуществляют процесс гомогенизации, включающий операции измельчения и просеивания. Пробы, содержащие крупные куски, разбивают в дробильных машинах и мельницах разного типа, меньшие частицы измельчают в шаровых мельницах и специальных ступках. Для тонкого измельчения используют фарфоровые, агатовые, яшмовые и кварцевые ступки с пестиками из такого же материала.

Для проведения анализа берут так называемую среднюю (представительную) пробу. Это небольшая часть анализируемого объекта, средний состав и свойства которой должны быть идентичны во всех отношениях среднему составу и свойствам исследуемого объекта. Различают генеральную, лабораторную и анализируемую пробы.

Для анализируемой пробы проводят несколько определений компонента: из отдельных навесок 10—1 000 мг (если анализируемый объект твердое вещество) или аликвот (если анализируемый объект – жидкость или газ). Анализируемая проба должна быть представительной, но не очень большой.

При отборе пробы необходимо учитывать следующее: агрегатное состояние анализируемого объекта (способы отбора различны для газов, жидкостей и твердых веществ); неоднородность анализируемого материала; размер частиц, с которых начинается неоднородность; требуемую точность оценки содержания компонента во всей массе анализируемого объекта в зависимости от задачи анализа и природы исследуемого объекта. Необходимо учитывать возможность изменения состава объекта и содержания определяемого компонента во времени (например, изменение концентрации компонентов в пищевых продуктах).

Во избежание потерь в процессе измельчения периодически отделяют крупные частицы от мелких частиц просеиванием и растирают их отдельно. Операции измельчения и просеивания чередуют до тех пор, пока не получат достаточно растертую однородную пробу.

Следующий этап отбора пробы – усреднение, включающее операции перемешивания и сокращения пробы. Перемешивание проводят механически в емкостях, перекатыванием из угла в угол на различных плоскостях. Сокращение пробы проводят способами квартования, шахматного отбора и механического делителя.

Способ квартования  заключается в том, что проба, отобранная из различных ящиков, мест и т. п., смешивается, рассыпается ровным слоем, делится накрест на 4 части (квартуется), из них две противоположные удаляются, а две оставшиеся вновь перемешиваются и снова делятся на 4 части. Так поступают, пока количество материала не уменьшится до необходимого для анализа. Степень сокращения может быть определена заранее на основании расчета величины генеральной и анализируемой проб.

2.4.6. Потери и загрязнения при отборе и хранении пробы

В процессе отбора и хранения пробы возможны потери определяемого компонента, внесение загрязнений, изменение химического состава, что приводит к увеличению общей погрешности анализа. Потери в виде пыли можно в заметной степени уменьшить просеиванием пробы при измельчении. Другой возможный источник ошибок при отборе и хранении пробы – потеря летучих продуктов вследствие изменения температурного режима при хранении или разогрева при измельчении твердых образцов. Большие потери могут быть также вследствие адсорбции определяемого компонента на поверхностях емкостей для отбора и хранения пробы.

Состав анализируемого объекта может меняться за счет проходящих в нем химических реакций (разложения компонентов, окисления их при взаимодействии с атмосферным кислородом). Например, концентрация пестицидов в растениях, почве и пищевых продуктах со временем значительно понижается вследствие их химических превращений. Погрешности, обусловленные внешними загрязнениями, особенно велики при определении примесей компонентов, их следовых количеств. Поэтому при растирании образцов используют ступки из особо твердых материалов и хранят пробы в посуде из особых сортов стекла или полиэтилена. Например, пробы воды для определения кремния отбирают только в полиэтиленовые бутыли. При определении органических соединений предпочтительнее посуда из стекла.

В отдельных случаях для сохранения определяемого компонента его экстрагируют органическими растворителями или адсорбируют на различных твердых веществах. Пробы можно стабилизировать на несколько часов охлаждением до 0ºС и на несколько месяцев – резким охлаждением до минус 20ºС. Для консервирования определяемых компонентов добавляют разные консерванты (кислоты, образующие комплексные соединения вещества и др.). Хранят пробы в условиях, гарантирующих постоянство их состава в отношении тех компонентов, которые предполагается определять.