1. Выполните тестовые задания (40 баллов)

1.Навеска это…С)...часть пробы, предназначенная для определения отдельных показателей качества пищевых продуктов. 2.Какое количество биомассы образует одна клетка в течении суток?А) около 1кг. 3.Объединенная проба – это…Е)... проба, составленная из серии точечных проб, помещенных в одну емкость. 4.Методы качественного и количественного анализа в зависимости от способа регистрации аналитических свойств классифицируют на … видаD) 4 5. На сколько делятся природные показатели?А) 3; 6. Как называется физическое свойство жидкости, проявляющимся при относительном движении соседних слоев?C.вязкость 7.Виды количественного полярографического методаE.все ответы верны. 8.Для непосредственного определения активности ионов используется какой метод?A.ионометрия 9.Виды количественного полярографического методаE.все ответы верны. 10.Метод отличается высокой абсолютной чувствительностью и достаточно высокой воспроизводимостью при определении низких концентраций анализируемых веществ.B.фотографический атомно-эмиссионный спектральный анализ.

11.Какая граница области ультразвуковых частот определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной?Е.Нижняя 12.За единицу поглощенной дозы излучения принимают:В.Дж/кг 13.Дробящее действие ультразвуков используется:Е.Все ответы верны 14.При использовании какой с хроматографии орбент распределяют тонким слоем (0,25-5,00 мм) на стеклянные или металлические пластинки?А.Тонкослойной хроматографии 15.Экспертная комиссия состоит из какихгрупп?C.рабочей и экспертной. 16.Регистрационные методы – это...B.это методы определения показателей качества продукции, осуществляемые на основе наблюдения и подсчета числа определенных событий, предметов и затрат. 17. Как проводится органолептический анализ пищевых и вку­совых продуктов? B.посредством дегустаций, т.е. исследова­ний, осуществляемых с помощью органов чувств специалиста - де­густатора без применения измерительных приборов. 18.Что рассматривает микророреология?B. рассматривает реологическое поведение двух- и многофазных. систем в зависимости от реологических свойств их компонентов 19.Какие методы определения показателей качества продукции, осуществляемые на основе наблюдения и подсчета числа определенных событий, предметов и затрат?B. Регистрационные методы 20.Дегустационная комиссия должна состоять изD.5-9 человек

2.Потенциометрическое титрование: сущность метода, его достоинства и недостатки. Газовая и газожидкостная хроматография. Области применения. Приборное оформление (20 баллов).

Потенциометрические методы анализа

Для непосредственного определения активности ионов, находящихся в растворе (ионометрия), а также для индикации точки эквивалентности при титровании (потенциометрическое титрование) широко применяется потенциометрический анализ .

Техника прямой потенциометрии следующая: два электрода из различных металлов погружают в раствор, содержащий вещества, не реагирующие с ними, и между этими электродами возникнет разность потенциалов.

При измерении электродвижущей силы (ЭДС) необходим электрод сравнения. Наиболее распространен в потенциометрии хлорсеребряный электрод сравнения .

Применяются также каломельный и сурьмяный электроды. Для прямой потенциометрии (ионометрии) используют стеклянные электроды, электроды с гомогенной или гетерогенной мембраной, жидкостные, газовые электроды и ферментные.

Широкое распространение в лабораторной и заводской практике пищевых производств получил стеклянный электрод, предназначенный для измерения рН Потенциал стеклянного электрода обусловлен обменом ионов щелочных металлов, находящихся в стекле, с ионами водорода из раствора. Диапазон измерения рН зависит от типа применяемого стеклянного электрода.

Более подробно рекомендации по определению рН в различных средах содержатся в руководствах по эксплуатации рН-метров.

В последние годы разработаны ионоселективные электроды, чувствительные к определенным катионам и анионам. Селективная мембрана в них может быть выполнена из твердых (например, стекло), жидких (органический ионообменный или нейтральный макроциклический комплексообразователь) материалов, содержать в себе иммобилизованные ферменты или микроорганизмы.

Электроды двух последних типов позволяют определять концентрацию сложных органических соединений, не диссоциирующих на ионы, - витаминов, гормонов, антибиотиков.

Для проведения аналитических работ можно пользоваться отечественными рН-метрами типа рН-121, рН-125, рН-150, иономером ЭВ-74, а также зарубежных фирм Radiometr (Дания), Orion (США) и др.

При потенциометрическом титровании могут использоваться реакции кислотно-основного взаимодействия, окисления-восстановления, реакции осаждения и комплексообразования, в ходе которых изменяется концентрация потенциалопределяющих ионов.

Потенциометрическое титрование основано на определении точки эквивалентности по рН. Вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение потенциала электрода.

Основными достоинствами рассматриваемого метода являются высокая точность, чувствительность и возможность проводить определения в более разбавленной среде, чем это позволяют визуальные индикаторные методы.

Кроме того, этим методом можно определять несколько веществ без предварительного разделения, а также исследовать мутные и окрашенные растворы. Возможна полная или частичная его автоматизация за счет подачи рабочего раствора, записи кривой титрования, отключения подачи титранта в заданный момент титрования, соответствующий точке эквивалентности.

Применение хроматографических методов анализа для контроля и оценки качества сырья и пищевых продуктов

Методики, основанные на использовании хроматографических методов разделения, довольно разнообразны и позволяют успешно исследовать практически любые пищевые продукты.

Благодаря высокому уровню развития экспериментальной техники и инструментального оснащения современные хроматографические методы позволяют с большой степенью точности и воспроизводимости решать сложные аналитические задачи, стоящие перед работниками лабораторий контроля качества пищевых продуктов, полуфабрикатов и сырья. В последние годы вследствие усовершенствования хроматографического метода были достигнуты высокая эффективность, значительная скорость разделения, что позволило использовать его и как микроаналитический метод.

(1) Адсорбционная хроматография - хроматография, проводимая за счет адсорбционного равновесия между неподвижной твердой и подвижной жидкой фазами.

(2) Адсорбционная хроматография газожидкостная - хроматография, проводимая за счет равновесного распределения между неподвижной жидкой и подвижной газовой фазами.

(3) Адсорбционная хроматография ионообменная - хроматография, проводимая за счет равновесия между ионообменной смолой и электролитом (подвижная фаза).

(4) Адсорбционная хроматография на бумаге - хроматография, проводимая за счет равновесного распределения между неподвижной жидкой и подвижной жидкой фазами.

(5) Аффинная хроматография - хроматография, проводимая за счет равновесного связывания макромолекулы с молекулой малой, по отношению к которой она проявляет высокую специфичность.

(6) Проникающая хроматография - хроматография, проводимая за счет равновесия между жидкой фазой на внутренней и внешней поверхностях пористой структуры или «молекулярного сита».

(7) Хроматография - метод, основанный на разделении сложных смесей на составные компоненты между двумя несмешивающимися фазами, из которых одна подвижная, а другая неподвижная.

(1) Внутренний стандарт - соединение, которое по физическим свойствам очень близко к исследуемому, и при хроматографировании движется вдоль колонки.

(2) Временем удерживания - время (температура, скорость пропускания газа-носителя и т. д.) прохождения анализируемого соединения через колонку, является постоянной величиной.

(1) Гель-фильтрация - разделение веществ при помощи гелей, основанное на разделении молекул по размерам при пропускании через плотное молекулярное сито.

7.1 Классификация хроматографических методов анализа

Хроматография (7) основана на разделении сложных смесей на составные компоненты между двумя несмешивающимися фазами, из которых одна подвижная, а другая неподвижная.

Существенным признаком хроматографического процесса является его динамический характер. В ходе процесса происходит перемещение подвижной фазы, содержащей анализируемую пробу, через неподвижную фазу. Причем взаимодействие «сорбция-десорбция» повторяется многократно, что обусловливает высокую эффективность хроматографического разделения.

Подвижная фаза может быть жидкой, твердой или представлять собой смесь жидкой или газообразной фаз и обычно перемещается по неподвижной фазе или пропускается через нее. По характеру разделения хроматографические методы анализа делятся на 4 группы:

адсорбционная хроматография (1) - за счет адсорбционного равновесия между неподвижной твердой и подвижной жидкой фазами;

распределительная хроматография и ее разновидности:

- на бумаге (4) - за счет равновесного распределения между неподвижной жидкой и подвижной жидкой фазами;

- в тонком слое;

- газожидкостная (2) - за счет равновесного распределения между неподвижной жидкой и подвижной газовой фазами;

- ионообменная (3) - за счет равновесия между ионообменной смолой и электролитом (подвижная фаза);

- проникающая хроматография (6) - за счет равновесия между жидкой фазой на внутренней и внешней поверхностях пористой структуры или «молекулярного сита»;

- аффинная хроматография (5) - за счет равновесного связывания макромолекулы с молекулой малой, по отношению к которой она проявляет высокую специфичность.

Адсорбционная хроматография

Разделение при адсорбционной хроматографии основано на различной адсорбируемости компонентов анализируемой смеси на адсорбенте. Эти свойства в основном определяются молекулярной структурой соединений. Вещество с более высоким коэффициентом распределения передвигается по поверхности адсорбента с большей скоростью. Если соединения окрашены, то при их разделении можно видеть окрашенные полосы (рис. 7.1).

Рисунок 7.1 - Этапы хроматографического разделения на колонке:

а - поступление смеси на стартовую точку; б - опережение одного компонента другим; в - появление на выходе

Разделяемую пробу можно собрать в виде фракций пропусканием соответствующего растворителя через колонку, а затем производить анализ. Эффективность разделения во многом зависит от правильного выбора адсорбента.

Распределительная хроматография: на бумаге, в тонком слое, газожидкостная и ионообменная

Распределительная хроматография осуществляется на колонках (газожидкостная и колоночная хроматография) либо на специальной хроматографической бумаге (распределительная хроматография на бумаге).

Хроматографическая бумага обладает свойством задерживать воду между волокнами. Эту воду можно рассматривать как один из растворителей (неподвижная фаза). Если бумагу поместить в слой неводного растворителя, то под воздействием капиллярных сил неводный растворитель (подвижная фаза) будет перемещаться и молекулы анализируемого вещества, предварительно нанесенного на хроматографическую бумагу, будут распределяться между фазами в соответствии с их коэффициентом распределения Rf. Каждое вещество характеризуется своей величиной Rf

В идеальном случае Rf определяется только природой вещества, параметрами бумаги и свойствами растворителей и не зависит от концентрации вещества и присутствия других компонентов.

По технике выполнения различают следующие виды хроматографии на бумаге: одномерную, двухмерную и круговую.

Первые два вида могут быть получены в восходящем и нисходящем потоке растворителей Однако двумерная хроматография открывает более широкие возможности в разделении сложных смесей, чем одномерная.

К хроматографической бумаге и растворителям предъявляются определенные требования: бумага должна быть однородной по плотности, химически чистой и инертной по отношению к разделяемым компонентам и подвижному растворителю; объемные соотношения растворителей приведены в таблице 7.2.

При использовании тонкослойной хроматографии (ТСХ) сорбент распределяют тонким слоем (0,25-5,00 мм) на стеклянные или металлические пластинки. Пробу в виде пятна наносят при помощи микропипетки на расстоянии примерно 2,5 см от нижнего края пластинки. Разделение проводят в стеклянной камере, на дно которой налит растворитель слоем 2 см. Пластинку оставляют в камере на определенное время для уравновешивания в закрытом состоянии

Многие специальные сорбенты для тонкослойной хроматографии содержат флуоресцирующие красители, поэтому после разделения можно просматривать пластины в ультрафиолетовом свете и при этом отдельные компоненты разделяемой смеси выявляются на них в виде окрашенных пятен.

При тонкослойной хроматографии для разделения веществ применяют ряд растворителей, приведенных в таблице 7.3.

Метод газожидкостной хроматографии (ГЖХ) основан на распределении анализируемых соединений между жидкой и газовыми фазами. Благодаря высокой чувствительности и быстроте разделения он используется для количественного и качественного анализов..

Основное преимущество данного вида хроматографии перед другими методами заключается в том, что благодаря большой скорости десорбции разделяемых компонентов в газовой среде можно значительно ускорить продвижение проявителя (газа-носителя) и тем самым ускорить процесс разделения.

Например, анализ пятикомпонентной смеси летучих углеводородов, спиртов, жирных кислот, эфиров и т. д. на газовом хроматографе с высокочувствительным детектором может быть проведен за 5 мин.

По полученным хроматографическим кривым можно определить количественный состав анализируемой смеси путем измерения высоты максимумов пиков, а также найти произведение удерживаемого объема разделяемых веществ на высоту пиков.

Площадь пиков в данном случае находят с помощью планиметра, взвешиванием на аналитических весах вырезанного из бумаги пика и сравнением с массой куска той же бумаги известной площади, либо умножением половины высоты пика на его ширину. Удерживаемый объем рассчитывают по оси объемов от момента ввода порции анализируемой пробы до момента достижения максимума пика.

В стандартных условиях (температура, скорость пропускания газа-носителя и т. д.) время прохождения анализируемого соединения через колонку является постоянной величиной и называется временем удерживания . При количественном анализе в ГЖК используют внутренний стандарт (1) - соединение, которое по физическим свойствам очень близко к исследуемому, и при хроматографировании движется вдоль колонки.

Отечественная промышленность выпускает хроматографы лабораторного и промышленного типов, обладающие чувствительностью, для некоторых типов 5?10^-14 моль/с.

В основе ионообменной хроматографии многих соединений (аминокислот, органических кислот, сахаров и т. д.) лежит способность к ионизации, обусловливающая суммарный положительный или отрицательный заряд.

Разделение веществ с помощью этого вида хроматографии проводят на колонках, заполненных ионообменной (катионо- или анионообменной) смолой. Набухшую смолу помещают в колонку (рис. 7.5) и подвергают регенерации, пропуская через нее раствор НС1 молярной концентрацией 1 моль/дм³ (для катионообменной) или NaOH той же концентрации (для анионообменной). Затем колонку промывают дистиллированной водой до полного удаления регенерирующего вещества, после чего она готова к хроматографированию. Этот принцип используется во всех промышленных приборах - автоматических аминокислотных анализаторах.

Для разделения ионообменной хроматографией высокомолекулярных соединений (белков, нуклеотидов и др.) в качестве фильтра широко применяется модифицированная целлюлоза.

Проникающая и аффинная хроматография

Метод проникающей хроматографии заключается в разделении молекул по размерам при пропускании через плотное молекулярное сито.

Разделение веществ при помощи гелей, основанное на том же принципе, называется гель-фильтрацией (1).

В качестве молекулярного сита при проникающей хроматографии используют гели с поперечными сшивками (сефадексы) агарозные гели (сефароза, биогель-А), полиакриламидный гель (биогель-Р) и полистиролы (биобидз-S), а также пористые стеклянные шарики (биоглас) и пористый кварц (поросил). Изменяя число поперечных сшивок, удается получать несколько типов сефадексов, различающихся степенью пористости частиц, что позволяет успешно применять их для разделения веществ с различными размерами молекул.

При проникающей хроматографии также пользуются колонками. В последнее время для разделения аминокислот, углеводов, стероидов и липофильных соединений применяют тонкослойную гель-филътрацию на пластинках.

В основе метода аффинной хроматографии лежит уникальное свойство макромолекул - биологическая специфичность, что позволяет при разделении получать вещества высокой степени чистоты. Поэтому аффинная хроматография успешно применяется для очистки белков, витаминов, ферментов и других высокомолекулярных соединений.

Для разделения веществ методом аффинной хроматографии необходимо точно знать кинетические свойства исследуемых соединений, например ферментов.

Его эффективность (а, следовательно, и очистки) зависит от природы образующегося комплекса.

Чтобы правильно выбрать лиганд для этого процесса, необходимо знать свойства подлежащих очистке макромолекул. Лиганд должен содержать химическую группу, которая не участвует в связывании лиганда с макромолекулой, но посредством которой идет его сшивание с матрицей. Колонка для аффинной хроматографии заполняется связанной с лигандом матрицей и уравновешивается буферным раствором, который используется для растворения исследуемого вещества.

Идеальная нерастворимая матрица для аффинной хроматографии должна содержать большое число химических групп, способных ковалентно связываться с лигандом, не разрушаться при связывании и последующей элюации макромолекул, обеспечивать быстрое протекание растворителя. Обычно в качестве матрицы применяют агарозу, синтетические полиакриламидные гели, полистирольные смолы и пористые стеклянные шарики.

3. Виды полярографического метода анализа. Составление калибровочного графика. Магнитно-резонансная спектроскопия (20 баллов)

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

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.

4.Источники радиочастотного магнитного поля. Аппаратура и приборы, используемые в ЯМР и ЭПР. Турбидиметрический метод определения жира (20 баллов)

Нефелометрия основана на использовании явлений отражения или рассеивания света частицами, взвешенными в растворе. Турбидиметрия основана на измерении количества света, поглощаемого мутными растворами. В турбидиметрии свет, поглощенный раствором или прошедший через него измеряют теми же способами, как и при фотоколориметрии окрашенных растворов.

Активностью вещества (2) называется мера количества радиоактивного вещества, выражаемая числом радиоактивных превращений в единицу времени.

В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное превращение в секунду (расп./с). Эта единица носит название беккереля (Бк). Внесистемной единицей измерения активности является кюри (Ки) (4).

Ки - это активность такого количества вещества, в котором происходит 3,7^.10¹⁰ актов распада в одну секунду. Единица активности Ки соответствует активности 1 г радия.

Для измерения малой активности пользуются производными величинами: милликюри (1 мКи = 10^-3 Ки), микрокюри (1 мкКи = 10^-6 Ки).

Для определения активности источников г-излучения чаще всего пользуются специальной единицей измерения - миллиграмм-эквивалент радия (мг-экв. Ra). Активностью 1 мг-экв. Ra (1) обладает такое количество радионуклида, которое создает такую же мощность дозы, как и 1 мг радия, заключенного в фильтр из платины толщиной 0,5 мм.

Удельная активность выражается различными единицами измерений: Бк/см³, Бк/г, Ки/дм³, Ки/кг, Бк/м³ и т. д.

Степень, глубина и форма лучевых поражений прежде всего зависит от величины поглощенной биологическим объектом энергии излучения. Для характеристики этого показателя используют понятий поглощенной дозы (7), т. е. энергии, поглощенной единицей массы облучаемого вещества.

За единицу поглощенной дозы (3) излучения принимают джоуль на килограмм (Дж/кг) - это поглощенная доза излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж.

В радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица - рад (8) - это поглощенная доза, при которой количество поглощенной энергии в 1 г любого вещества составляет 100 эрг независимо от вида и энергии излучения. Производными данной единицы являются миллирад (1 мрад = 10^-3 рад) и микрорад (1 мкрад =10^-2 рад).

Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и ?-излучения является рентген (Р). Величины 0,114 эрг/см³ и 87,7 эрг/г принято называть энергетическими эквивалентами рентгена. Соотношение между поглощенной дозой излучения, выраженной в радах, и экспозиционной дозой, выраженной в рентгенах, для воздуха имеет вид

D_эксп = 0,877 D_погл. (6.3)

Поглощенная и экспозиционная дозы излучения, отнесенные к единице времени, называются мощностью поглощенной и экспозиционной доз (5).

Биологические эквивалентом рентгена (бэр) в системе СИ является зивер (Зв).

Для обнаружения и измерения радиоактивных излучений используют приборы различных типов.

Детекторы ионизирующих излучений применяют для обнаружения ионизирующего излучения и измерения его энергии. Действие большинства детекторов основано на обнаружении эффекта от ионизации или возбуждения атомов или молекул вещества ионизирующим излучением. К ним относятся детекторы с ионизационными камерами и газоразрядными счетчиками. Детекторы, в которых используется эффект флуоресценции, называют сцинтилляционными счетчиками. Фотографические детекторы позволяют измерить уровень ионизирующих излучений по плотности почернения фотоматериалов, а химические - по результатам различных химических реакций (ферросульфатный детектор, детектор на основе четыреххлористого углерода, нитратный детектор).

Чаще всего в радиометрических измерениях используют сцинтилляционные счетчики, обладающие рядом достоинств:

- они универсальны с точки зрения возможности регистрации ионизирующих излучений практически любых видов;

- дают возможность измерять энергию исследуемых частиц или квантов; обладают высокой разрешающей способностью и высокой эффективностью регистрации г-излучения (до нескольких процентов).

Современный сцинтилляционный счетчик состоит из сцинтиллятора - вещества, способного испускать видимое излучение под действием заряженных частиц, и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), в котором энергия световых вспышек (сцинтилляции) преобразуется в импульсы электрического тока.

Приборы отечественного производства для радиационной разведки и дозиметрического контроля (ДП-5В, СРП-68-01, ДП-100, РКБ-4, КРБ-1) широко используются для контроля пищевых продуктов и питьевой воды.

№ 24