1. Выполните тестовые задания (40 баллов)

1. При оптимальных условиях в среде культивирования можно достичь выхода сухой биомассы до ...В) 100 г/л. 2. Средняя (представительная) проба – это… А) ... небольшая часть анализируемого объекта, средний состав и свойства которой идентичны во всех отношениях среднему составу и свойствам исследуемого образца. 3. Метод объемного (титрометрического) анализа – это …Е) ... это метод количественного определения, основанный на измерении объема реагента, требуемого для проведения реакции с определяемым веществом. 4.При получении лизина оптимальная температура главной ферментации составляет:C) 30—33°С. 5. Метод пипетирования: – это …А) ... навеску анализируемого вещества растворяют в мерной колбе и на титрование отбирают равные порции раствора измерительной пипеткой (аликвотные части). При расчетах учитывают вместимость мерной колбы и аликвотной части. 6.На чем основано потенциометрическое титрование ?D. на определении точки эквивалентности по рН. 7.Кондуктометрический метод E.используется в технохимическом контроле в вариантах прямой кондуктометрии и кондуктометрического титрования. 8.На чем основано потенциометрическое титрование ?D. на определении точки эквивалентности по рН. 9.В основе количественного колориметрического анализа лежит основной закон светопоглощения – закон …D. Бегера-Ламберта-Бера. 10. Рабочая область слектроскопов ограничена видимой частью спектра и составляет …A. (0,39-0,70) *10-6 м.

11. ... -мера количества радиоактивного вещества, выражаемая числом радиоактивных превращений в единицу времени.В. Активность вещества 12. На сколько групп можно разделить применения ультразвука?В.3 13. На сколько групп по характеру разделения делятся хроматографические методы анализа?В.4 14.К основным законам распространения относятсяЕ. Все ответы верны 15.Относительное стандартное отклонение это-...A. Стандартное отклонение, деленное на среднее выборки 16.Для чего применяются биологические методы? D. для определения пищевой и биологической ценности продукции. 17. Какой термин от греческого « рем », что озна­чает «теку»?D. реология 18.Для чего применяются физиологические методы?E. для установления степени усвоения и переваривания питательных веществ, безвредности, биологической ценности. 19. Какие методы осуществляется на основе анализа восприятий органов чувств?A. Органолептические методы 20.Относительное стандартное отклонение это-... A. Стандартное отклонение, деленное на среднее выборки

2. Полярографический метод анализа. Сущность метода. Инфракрасная спектрометрия (20 баллов).

Полярографический методы анализа основаны на применении количественного полярографического метода: расчетный метод, калибровочного графика, стандартных растворов и метод добавок.

(1) Полярографический метод - метод, основанный на регистрации силы тока при постепенном линейном увеличении напряжения на электродах ячейки, погруженных в исследуемый раствор.

Поляриметрический метод анализа. Виды поляриметров

Свет всегда поляризован, т. е. имеет неэквивалентность различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу. При прохождении такого света через оптически активные вещества (чаще всего органические соединения с асимметрическим атомом углерода) происходит изменение угла вращения плоскости поляризации.

Из теории поляриметрии следует, что угол поворота плоскости поляризации пропорционален концентрации оптически активного вещества. На практике применяют понятие «удельное вращение» - угол поворота плоскости поляризации, который получился бы, если бы луч прошел во вращающей среде путь l=1 дм при концентрации вещества С =1 г/см³ (далее концентрация веществ приводится в скобках) в свете с длиной волны при температуре t, т. е. угол поворота составляет

Измерение угла поворота плоскости поляризации света при пропускании его через оптически активную среду раствора проводят с помощью поляриметров.

Разновидностью поляриметров являются сахариметры (1), специально созданные для аналитического контроля, позволяющие быстро выполнять поляриметрические определения массовой доли сахарозы.

Виды количественного полярографического метода: расчетный метод, калибровочного графика, стандартных растворов и метод добавок

Полярографический метод (1) основан на регистрации силы тока при постепенном линейном увеличении напряжения на электродах ячейки, погруженных в исследуемый раствор (рис. 5.3). Одним из электродов является капельный ртутный электрод. Полученные кривые зависимости «ток-потенциал» (полярограммы) позволяют судить о природе реагирующих веществ по величине потенциала, а о концентрации - по величине предельного тока.

В основе количественного полярографического анализа лежит линейная (на определенном участке) зависимость между высотой полярографической волны и концентрацией вещества в растворе. Найдя по графику высоту волны либо замерив пропорциональную ей величину предельного тока, можно определить концентрацию. Существует несколько методов количественного полярографического анализа: расчетный, калибровочного графика, стандартных растворов, добавок.

Рисунок 5.3 - Принципиальная схема полярографа:

1 - капающий ртутный электрод; 2 - ртутный анод; 3 - источник постоянного тока; 4 - самопишущий регистратор напряжения тока; 5 - усилитель; 6 - аккумулятор

Количественный полярографический анализ построен на уравнении Ильковича, связывающего величину диффузного тока i_Д с концентрацией иона С:

i_Д = 607 D ^{1/ z} m ^{3/ z} t ^{1/ z} C, (5.2)

где D - коэффициент диффузии;

z - заряд иона;

т - масса ртути, вытекающей из капилляра за 1 с, мг;

t - время образования капли (период капания), с.

В практике полярографического анализа коэффициент пропорциональности между С и i_Д устанавливается, как правило, с помощью стандартных растворов, поэтому уравнение (5.2) при условии D, т, t = const переходит в следующий вид:

i_Д = k C. (5.3)

Расчетный метод применяется сравнительно редко. Чаще пользуются методом калибровочного графика. График строят по 5-7 стандартным растворам, для которых полярограммы снимают в строго идентичных условиях. В этих же условиях полярографируют в дальнейшем и исследуемый раствор. Методом стандартных растворов вначале снимают полярограмму исследуемого раствора, а затем стандартного с известной концентрацией определяемого вещества.

Если в анализируемом растворе присутствует несколько электроактивных веществ, то на полярограмме можно получить раздельные пики каждого вещества. Варьируя состав фона и его концентрацию, можно добиться лучшего разделения пиков определяемых веществ.

Разрешающая способность и чувствительность полярографии переменного тока выше, чем у обычной полярографии. В полярографах различных типов на электрическую ячейку подается плавно изменяющееся с определенной скоростью напряжение, а возникающий ток регистрируется специальным устройством. Суть переменнотоковой полярографии в том, что на электроды наряду с постоянным поляризующим напряжением, которое постепенно нарастает, подается небольшое переменное напряжение. С началом электролиза через ячейку проходит переменный ток, который достигает максимального значения при потенциале полуволны. Высота максимума на полярограмме пропорциональна концентрации.

Концентрацию определяемого вещества в исследуемом растворе находят из уравнения

C_x = C_ст h_x / h_ст, (5.4)

где С_ст - концентрация исследуемого стандартного раствора, мкг/см³;

h_х, h_ст - высота волны для раствора соответственно исследуемого и стандартного, мм.

Методом добавок анализ проводят следующим образом. Анализируют исследуемый раствор и определяют высоту его волны h_x, затем к нему добавляют стандартный раствор в таком количестве, чтобы высота волны раствора с добавкой возросла примерно вдвое. Снимают полярограмму раствора с добавкой, при этом находят h_х+ст. Концентрацию вещества в исследуемом растворе С_x определяют по формуле

C_x = C_ст h_x / (h_х+ст - h_x.). (5.5)

При использовании этого метода полностью устраняются ошибки, вносимые фоном и другими артефактами.

В практике полярографического анализа используются как отечественные приборы типов ППТ-1, ПУ-1, так и зарубежные типов LP-7, LP-60 и типов ОН-104, ОН-105, в которых полярограмма записывается на диаграммной ленте.

Для массовых определений оптимальный диапазон концентраций для полярографии равен 10-²-10^-5 моль/дм³, а погрешность аналитических результатов не превышает ±2%.

Данным методом можно определять хроматы, иодаты, молибдаты, ванадаты, анионные хлоридные комплексы вольфрама, олова и молибдена, а также наличие кадмия, свинца, хрома, олова, цинка, никеля, алюминия, железа и других металлов.

В настоящее время разработан ряд эффективных полярографических методик и для определения органических соединений, в частности органических галогенидов, альдегидов, кетонов, хинонов, гидрохинонов, меркаптанов, дисульфидов, сулъфоксидов, нитро- и нитрозосоединений, азосоединений, олеинов и др.

3. Приборы, применяемые в лабораторной практике. Применение данных методов для определения металлов в пищевых продуктах. Сущность ядерно-магнитного и электронно-парамагнитного резонансного метода (20 баллов)

Исследование любого пищевого продукта — сложная аналитическая задача. Из-за индивидуальности состава и многокомпонентности продуктов необходимо приспосабливать стандартные методы к особенностям состава и физико-химической структуры продукта — т. е. в каждом конкретном случае требуется проведение в той или иной мере аналитической исследовательской работы. При этом необходимо учитывать физическое состояние исследуемого вещества и сопутствующих определяемому веществу компонентов.

Своеобразие состава и форм нахождения определяемых компонентов в пищевых продуктах осложняет подготовку проб: необходимо предварительно выделить (изолировать) компонент.

Только комплекс анализов (физико-химических, органолептических, микробиологических и др.) дает возможность контролировать качество сырья и технологические процессы производства, а также готовую продукцию.

Современные физико-химические (инструментальные) методы анализа пищевых продуктов, сырья и вспомогательных материалов характеризуются большими диапазонами обнаружения, селективностью и экспрессностью; они незаменимы при определении ультрамалых количеств вещества (Ю-10 %).Кроме того, автоматизация производства — создание поточных технологических линий, заводов-автоматов, автоматизированных систем управления технологическими процессами — невозможна без применения физико-химических методов анализа. Инструментальные методы способствуют получению наиболее полной информации о ходе технологического процесса и определению параметров его контроля. В то же время они позволяют автоматизировать контроль технологического процесса.

Инструментальные методы анализа широко применяют при изучении химического состава сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, их физико-химических, биологических и технологических возможностей с целью создания оптимальных технологических процессов для переработки сырья с максимальной пользой и наилучшими производственными показателями для получения готовой продукции высокого качества. Кроме того, в связи с загрязнением атмосферы токсическими веществами, способными накапли­ваться в растениях и животных организмах, необходимо определять концентрацию таких веществ в продуктах.

В настоящее время в пищевой промышленности, в том числе в молочной, широко применяют самые современные физические и физико-химические методы анализа: электрохимические, спектральные, хроматографические, реологические и др. За последние годы получил распространение потенциометрический метод анализа в связи с использованием различных ионселективных электродов, т. е. электродов с относительно высокой селективностью к определенному иону в растворе. Изменяя состав стекла электрода, получают ионселективные электроды (более 30) с функциями щелочных металлов, галогенидов, сульфидов и др.

Все большее значение приобретают вольт-амперометрические методы анализа, и в частности полярография, основанные на ис­пользовании процессов поляризации, возникающих на микроэлектроде. Создание разнообразной отечественной и зарубежной электронной аппаратуры обеспечило широкое распространение многих видов полярографии (классической, осциллографической, дифференциальной, переменно-токовой, импульсной и др.) в практике заводских и научно-исследовательских лабораторий.

Полярографический анализ применяют для определения таких биологически активных соединений, как белки, аминокислоты, углеводы, витамины, а также микроэлементов и следов тяжелых металлов. Можно одновременно определить несколько элементов, например медь, свинец, олово и цинк, при их совместном присутствии.

Спектральные методы анализа — одни из самых распространенных и широко применяемых методов. Они позволяют получить наиболее полную информацию о важнейших свойствах вещества и устанавливать содержание веществ в объектах в диапазоне от 30— 40 % до Ю-3 %. К этим методам относят атомно-эмиссионный, спектрофотометрический, атомно-абсорбционный, нефелометрический, турбидиметрический, люминесцентный, а также рефрактометрический и поляриметрический. В настоящее время разработано большое число фотометрических методов анализа, основанных на способности растворов поглощать электромагнитное излучение в видимой ультрафиолетовой (близкой и дальней) и инфракрасной областях спектра. Их используют для определения большинства химических элементов (железа, меди, кобальта, никеля, хрома) и многих органических соединений (Сахаров, белков, аминокислот и т. д.). Фотометрические методы применяют также для определения степени окисленности жиров, содержания пектиновых веществ, фенольных соединений, витаминов.

С помощью ИК-спектрометрии определяют содержание белка, жира и лактозы в молоке, пестицидов, витаминов, пищевых красителей, а также контролируют технологические процессы при переработке сырья. Этот метод позволяет получать достаточно полную информацию о строении и составе веществ.

Для исследования продуктов используют флуоресцентное излучение, при этом источником возбуждающего электромагнитного излучения служит УФ-излучение или видимый свет с длинами волн от 250 до 500 нм. Люминесценцию наиболее широко применяют для идентификации и количественного определения витаминов, белков, жиров, углеводов и других веществ.

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯMP) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) основана на резонансном взаимодействии магнитных моментов ядер и электронов, находящихся в сильном постоянном магнитном поле с перпендикулярным полем радиочастотного или микроволнового диапазона. Главное применение метода ЯМР — это определение отдельных компонентов (влаги, жира) без их предварительного разделения, а также структурные исследования веществ. В последние годы появились методы импульсного ЯМР, что привело к значительному расширению возможности применения этого метода и повышению точности определения.

С помощью методов хроматографии изучают состав и качество молочных продуктов. Анализ основан на разделении смеси веществ сорбционными способами в динамических условиях. Это один из наиболее универсальных и эффективных методов разделения и анализа сложных органических и неорганических соединений.

Среди хроматографических методов широкое распространение получила газовая хроматография. С ее помощью можно разделить, идентифицировать и количественно определить большое число веществ: смеси углеводородов, летучие жирные кислоты, спирты, эфиры, альдегиды, кетоны, витамины, аминокислоты, углеводы и другие сложные соединения. Газовая хроматография позволяет идентифицировать ароматические компоненты пищевых продуктов. В последнее время получили распространение газохроматографические методы определения свободных жирных кислот, остаточных количеств пестицидов в молоке.

Ионообменную хроматографию используют как метод разделения и выделения веществ, предшествующий их количественному определению. Этот метод применяют для определения белков, аминокислот, хлорида натрия в молочных продуктах и т. д.

Наряду с рассмотренными применяют и такие методы, как масс- спектрометрию, электрофоретические и другие новейшие методы исследования.

Использование реологических методов исследования позволяет получать готовые продукты постоянного, заранее заданного качества; научно обосновать понятия существенных аспектов качества; совершенствовать технологические процессы; применять высокопроизводительное непрерывно действующее автоматически управляемое оборудование; «конструировать» те или иные виды пищевых продуктов ит. д.

Современные физические и физико-химические методы исследования способствуют повышению надежности технохимического контроля на предприятиях и улучшению качества готовых продуктов.

4.Атомные и молекулярные спектры поглощения или излучения веществ - один из основных физических характеристик веществ. Электроды: индикаторные и сравнения. Их роль в потенциометрии. Свойства электродов (20 баллов)

Полярографический метод (1) основан на регистрации силы тока при постепенном линейном увеличении напряжения на электродах ячейки, погруженных в исследуемый раствор (рис. 5.3). Одним из электродов является капельный ртутный электрод. Полученные кривые зависимости «ток-потенциал» (полярограммы) позволяют судить о природе реагирующих веществ по величине потенциала, а о концентрации - по величине предельного тока.

В основе количественного полярографического анализа лежит линейная (на определенном участке) зависимость между высотой полярографической волны и концентрацией вещества в растворе. Найдя по графику высоту волны либо замерив пропорциональную ей величину предельного тока, можно определить концентрацию. Существует несколько методов количественного полярографического анализа: расчетный, калибровочного графика, стандартных растворов, добавок.

Рисунок 5.3 - Принципиальная схема полярографа:

1 - капающий ртутный электрод; 2 - ртутный анод; 3 - источник постоянного тока; 4 - самопишущий регистратор напряжения тока; 5 - усилитель; 6 - аккумулятор

Количественный полярографический анализ построен на уравнении Ильковича, связывающего величину диффузного тока i_Д с концентрацией иона С:

i_Д = 607 D ^{1/ z} m ^{3/ z} t ^{1/ z} C, (5.2)

где D - коэффициент диффузии;

z - заряд иона;

т - масса ртути, вытекающей из капилляра за 1 с, мг;

t - время образования капли (период капания), с.

В практике полярографического анализа коэффициент пропорциональности между С и i_Д устанавливается, как правило, с помощью стандартных растворов, поэтому уравнение (5.2) при условии D, т, t = const переходит в следующий вид:

i_Д = k C. (5.3)

Расчетный метод применяется сравнительно редко. Чаще пользуются методом калибровочного графика. График строят по 5-7 стандартным растворам, для которых полярограммы снимают в строго идентичных условиях. В этих же условиях полярографируют в дальнейшем и исследуемый раствор. Методом стандартных растворов вначале снимают полярограмму исследуемого раствора, а затем стандартного с известной концентрацией определяемого вещества.

Если в анализируемом растворе присутствует несколько электроактивных веществ, то на полярограмме можно получить раздельные пики каждого вещества. Варьируя состав фона и его концентрацию, можно добиться лучшего разделения пиков определяемых веществ.

Разрешающая способность и чувствительность полярографии переменного тока выше, чем у обычной полярографии. В полярографах различных типов на электрическую ячейку подается плавно изменяющееся с определенной скоростью напряжение, а возникающий ток регистрируется специальным устройством. Суть переменнотоковой полярографии в том, что на электроды наряду с постоянным поляризующим напряжением, которое постепенно нарастает, подается небольшое переменное напряжение. С началом электролиза через ячейку проходит переменный ток, который достигает максимального значения при потенциале полуволны. Высота максимума на полярограмме пропорциональна концентрации.

Концентрацию определяемого вещества в исследуемом растворе находят из уравнения

C_x = C_ст h_x / h_ст, (5.4)

где С_ст - концентрация исследуемого стандартного раствора, мкг/см³;

h_х, h_ст - высота волны для раствора соответственно исследуемого и стандартного, мм.

Методом добавок анализ проводят следующим образом. Анализируют исследуемый раствор и определяют высоту его волны h_x, затем к нему добавляют стандартный раствор в таком количестве, чтобы высота волны раствора с добавкой возросла примерно вдвое. Снимают полярограмму раствора с добавкой, при этом находят h_х+ст. Концентрацию вещества в исследуемом растворе С_x определяют по формуле

C_x = C_ст h_x / (h_х+ст - h_x.). (5.5)

При использовании этого метода полностью устраняются ошибки, вносимые фоном и другими артефактами.

В практике полярографического анализа используются как отечественные приборы типов ППТ-1, ПУ-1, так и зарубежные типов LP-7, LP-60 и типов ОН-104, ОН-105, в которых полярограмма записывается на диаграммной ленте.

Для массовых определений оптимальный диапазон концентраций для полярографии равен 10-²-10^-5 моль/дм³, а погрешность аналитических результатов не превышает ±2%.

Данным методом можно определять хроматы, иодаты, молибдаты, ванадаты, анионные хлоридные комплексы вольфрама, олова и молибдена, а также наличие кадмия, свинца, хрома, олова, цинка, никеля, алюминия, железа и других металлов.

В настоящее время разработан ряд эффективных полярографических методик и для определения органических соединений, в частности органических галогенидов, альдегидов, кетонов, хинонов, гидрохинонов, меркаптанов, дисульфидов, сулъфоксидов, нитро- и нитрозосоединений, азосоединений, олеинов и др.

№ 21