---

Колориметрические методы анализа пищевых продуктов. Колориметрический анализ - это количественное определение концентрации веществ, образующих цветные растворы (определение основано на зависимости интенсивности окраски раствора от концентрации растворенного вещества). Для качественного и количественного анализа оптическими методами, в частности методами светопоглощения (светопропускания) используют способность любого вещества поглощать и отражать электромагнитные излучения (характер и величина поглощения и отражения света зависят от природы вещества и его концентрации в растворе).

Колориметрические методы делятся на визуальные колориметрические и фотоколориметрические методы.

Визуальные колориметрические методы:

• Метод стандартных серий. Основа метода - сравнение окраски исследуемого раствора с окраской набора стандартных растворов, отличающихся друг от друга интенсивностью окрашивания на 10-15% (обязательное условие - соблюдение одинаковой толщины слоя раствора в стандартной серии и исследуемом растворе). Искомую концентрацию определяют по концентрации того стандартного раствора, окраска которого совпадает с окраской исследуемого раствора.
• Метод колориметрического титрования (наиболее часто используется). Основа метода – сравнение исследуемого раствора с дистиллированной водой, к которой добавляют определенное количество 0,1 н. раствора йода.

Фотоколориметрические методы основаны на явлении фотоэффекта (процесс отрыва электронов от атома вещества под действием светового потока). Для анализов с применением фотоколориметрических методов используют специальные устройства фотоэлектроколориметры.

Фотоколориметрическими методами, т.е. с помощью фотоэлектроколориметров определяют оптическую плотность растворов.

Спектрофотометрические методы. Спектрофотометрия основана на тех же законах светопоглощения, что и фотоколориметрия, но для измерения светопоглощения в ней используется не полихроматический, а монохроматический свет, т.е. очень узкий интервал длин волн – порядка 1-2 нм. Иными словами спектрофотометрические методы анализа основаны на измерении величины поглощения света определенной длины волны, которая соответствует максимуму кривой поглощения исследуемого вещества. Определив вначале оптическую плотность (d), затем можно найти концентрацию поглощающего вещества в растворе. Для определения оптической плотности в пивоваренной промышленности чаще всего применяют спектрофотометры марки СФ.

При проведении анализа монохроматический поток излучения пропускают сначала через растворитель, на фоне которого проводят спектрофотометрический анализ, и при помощи электрической схемы компенсируют начальный фототек. Затем после этого устанавливают кювету с исследуемым раствором и изменение величины фототока компенсируют измерительным потенциометром. Показания потенциометра характеризуют оптическую плотность исследуемого раствора.

Спектрофотометры обычно применяют для определения горьких веществ в хмеле, пивном сусле, а также для исследования ректификованного спирта.

Атомно-абсорбционный спектральный анализ. Метод атомно-абсорбционного анализа (AAA) основан на резонансном поглощении света свободными атомами, возникающем при пропускании пучка света через слой атомного пара. Селективно поглощая свет на частоте резонансного перехода, атомы переходят из основного состояния в возбужденное, а интенсивность проходящего пучка света на этой частоте экспоненциально убывает по закону Бугера-Ламберта.

В современной технике атомно-абсорбционного анализа используются два способа атомизации - атомизация в пламени и электрических атомизаторах.

Цветометрический метод контроля качества. Цвет является важнейшим показателем качества пищевых продуктов, в большой мере характеризующим их потребительские свойства. В области товароведения продовольственных товаров цвет пищевых продуктов можно отнести к основным органолептическим показателям качества, который в практической деятельности чаще всего оценивается визуально, путем сравнения с цветом эталона. Оценка цвета продовольственных товаров проводится при их идентификации, экспертизе, разработке новых продуктов питания. Для отдельных товаров цвет нормируется действующими стандартами. По цвету пищевых продуктов можно судить об их свежести, ингредиентном составе, наличии или отсутствии фальсификации. Оценка цвета позволяет в ряде случаев выявить дефекты сырья, нарушение технологии производства продуктов питания. Так, можно установить степень зрелости свежих томатов, белизну муки, цветность пива, окраску виноградных вин, определить мясо с нарушениями протекания процессов автолиза, наличие красителей в рецептуре продукта и другие показатели качества пищевых продуктов.

Цвет можно определить как характеристику светового стимула, создающего определенное зрительное ощущение. Видимый свет - это один из видов электромагнитного излучения, отличающийся от других тем, что может восприниматься сетчаткой человеческого глаза. Источником света может являться любой предмет, способный распространять такие излучения. Солнечный свет достигает поверхности Земли после того, как значительная часть его поглощается или рассеивается в результате столкновения в атмосфере с озоном, парами воды, каплями жидкой влаги, льда, частичками пыли и др.

Дневной свет традиционно более предпочтителен для оценки цвета предметов. Однако в настоящее время большинство сравнений цвета проводится при освещении искусственным дневным светом, получаемым от люминесцентных или других ламп, излучение которых соответствует принятым национальным или международным стандартам.

Если тело испускает световой поток, содержащий все излучения от 380 до 780 нм, и мощность этих излучений одинакова, цвет такого тела воспринимается как белый.

Монохроматические излучения тел вызывают ощущения различных цветов - от красного до фиолетового. Если все видимые спектральные цвета условно разделить на восемь групп, то можно представить зависимость между длиной волны излучений и вызываемыми ощущениями цвета. Так, при длине волны 780-620 нм цвет воспринимается как красный, 620-585 нм - оранжевый, 585-575 нм - желтый, 575-550 нм - желто-зеленый, 550-510 нм - зеленый, 510-480 нм - голубой, 480-450 нм - синий, 450-380 нм - фиолетовый.

Цвет несветящегося непрозрачного тела обусловлен спектральным составом отраженного от него светового потока, а прозрачных предметов - составом прошедшего через них излучения. Способность предметов отражать или поглощать различные лучи света характеризуется спектрами отражения или пропускания.

Все цвета делят на две группы - ахроматические и хроматические. К ахроматическим относят серые, белые и черные цвета, к хроматическим - все остальные.

Предметы, имеющие ахроматический цвет, в равной степени отражают или пропускают излучения всех длин волн в видимой части спектра.

Пропускание или отражение определенной длины волны обусловливает появление той или иной окраски. Так, если тело отражает только красные лучи и поглощает все остальные, то при освещении белым светом цвет его будет красным.

В 1931 г. Международная комиссия по освещению (МКО) установила международную систему измерения и спецификации цвета, в то же время были приняты три стандартных источника освещения - А, В и С.

Каждый монохроматический цвет можно определить следующими величинами: цветовой тон, характеризующийся доминирующей длиной волны (?), чистотой (Р), яркостью (В) или светлотой (L). Цветовой тон - это длина волны испускаемого им излучения. Учитывая, что цвет предмета может быть получен смешиванием определенного монохроматического излучения белым светом, цветовой тон хроматического цвета - это длина волны такого монохроматического излучения, смешение которого в определенной пропорции с белым обеспечивает получение цвета, тождественного в визуальном отношении данному. Значение цветового тона позволяет определить, к какому основному цвету относится цвет. Если цветовой тон равен 520 нм, цвет будет зеленым.

Чистота - колориметрическая величина, показывающая степень выражения цветового тона в данном цвете. Чистота цвета равна отношению яркости монохроматического излучения к сумме яркостей монохроматического излучения и пучка белого света. Наибольшей чистотой характеризуются монохроматические цвета, ахроматические - имеют чистоту, равную нулю.

Насыщенность цвета - это степень отличия хроматического цвета от равного ему по светлоте ахроматического. Чем выше это отличие, тем выше насыщенность цвета.

Яркость несветящихся тел зависит от интенсивности освещения. Может определяться относительная яркость, называемая светлотой.

Международная колориметрическая система (МКО) предусматривает возможность выражения цвета тремя координатами цвета или двумя координатами цветности и светлотой. Кроме того, цвет можно выразить цветовым тоном, чистотой и светлотой.

Координаты цвета и координаты цветности определяются расчетным путем на основе определения спектрофотометрических характеристик цветных тел или с помощью цветоизмерительных приборов. Определение цветового тона и чистоты можно осуществить на основе значений координат цвета с помощью цветового графика МКО.

В соответствии с первым законом оптического смешения цветов любой цвет может быть выражен через три линейно независимых цвета. Координаты цвета - это количество трех линейно независимых цветов, оптическое смешение которых обеспечивает получение конкретного цвета. В качестве трех независимых цветов были приняты следующие монохроматические излучения: красный R (л = 700 нм), зеленый G (л - = 546,1 нм), синий В (л = 435,8 нм). Цвета этих излучений носят названия основных цветов, каждое из которых имеет определенную мощность в единицах световой энергии. Так, мощность излучения R составляет 1 лм (люмен), излучения G - 4,6 лм, излучения В - 0,06 лм. Эти излучения называются единичными цветами, при их оптическом смешении получится белый цвет. Сумма координат цвета называется модулем (т), а отношение координат к модулю - координатами цветности. Модуль характеризует цвет в количественном отношении, а координаты цветности - в качественном.

Оптические методы контроля качества продовольственных товаров. К оптическим свойствам пищевых продуктов относят цвет, прозрачность, рефракцию, оптическую активность.

Цвет - один из признаков качества очень многих продовольственных товаров. Проблема цвета постоянно находится в сфере внимания технологов, товароведов-экспертов, а вопросы правильной методики его измерений и анализа полученных результатов имеют важное значение. В пищевых продуктах находятся природные красящие вещества (антоцианы, хлорофилл, каротиноиды, миоглобин и др.), которые обусловливают их цвет.

При определении цвета основную роль играет цветовое ощущение, возникающее при осмотре продуктов, не светящихся самостоятельно, а лишь освещенных источником света. Цвет несамосветящегося тела зависит не только от его оптических свойств (от способности поглощать, отражать или пропускать свет), но и от того, каким светом оно освещается.

Все тела подразделяются на серые и цветные. Если данное тело в равной степени поглощает и отражает световые лучи с разными длинами волн, то оно будет выглядеть серым. В идеальных случаях, когда тело отражает весь падающий на него лучистый поток, оно будет абсолютно белым (сахар, соль), и наоборот, когда полностью поглощает - абсолютно черным (чернослив). Все средние состояния представляют цвет с разной степенью серости, и цвет окраски продукта определяется цветом отраженных лучей.

Цвет продуктов определяется по измерению отражательного спектра или спектра поглощения.

Прозрачность - свойство, характеризующее способность пропускать свет. Это один из главных показателей качества большинства жидких пищевых продуктов. Одни из них полностью пропускают весь спектр лучей - они бесцветны и прозрачны. Другие пропускают излучение в узком спектральном интервале - они прозрачны и окрашены, так как часть лучей отражается.

Оптическая активность веществ характеризуется свойством изменять направление колебаний при прохождении через них поляризованного света. Оптическая активность обусловлена особенностями строения кристаллической решетки (в этом случае вещества проявляют оптическую активность только в твердом кристаллическом состоянии) или особенностями строения молекул (когда оптическая активность проявляется в растворах).

Рефракция - это свойство веществ изменять направление распространения светового потока при его переходе из одной среды в другую.

Оптическими методами можно определить химический состав пищевых продуктов, они позволяют судить о доброкачественности продовольственных товаров.

Этими методами определяют количество нитратов, нитритов, некоторых тяжелых металлов, Сахаров, витаминов и других веществ. Они широко применяются для определения концентрации окрашенных растворов, а также для определения цвета многих пищевых продуктов.

Хроматографические методы анализа. Хроматография - это способ разделения веществ, основанный на различии в их коэффициентах распределения между двумя фазами, одна из которых неподвижна, а другая направленно движется относительно первой. Характерными признаками хроматографии являются: наличие достаточно большой поверхности раздела между фазами и динамический способ выполнения разделения (направленное движение одной фазы относительно другой). Сочетание этих двух признаков делает хроматографию высокоэффективным методом разделения, позволяющим отделять друг от друга очень близкие по своим свойствам вещества, даже такие, как изотопы элементов или оптически активные изомеры. Если отсутствует хотя бы один из этих признаков, нет и хроматографии как эффективного метода разделения.

Хроматографические методы широко применяются при оценке пищевых продуктов, при проведении сертификационных испытаний. Они позволяют проводить исследования, не выполнимые другими инструментальными методами.

По правилам сертификации продуктов детского питания в перечень показателей, подлежащих подтверждению при обязательной сертификации, включены аминокислоты - треонин, валин, метионин, изолейцин, лизин, фенилаланин, триптофан, гистидин, цистин, которые определяются хроматографическим методом.

Газожидкостная хроматография является незаменимой при идентификации растительных масел по жирнокислотному составу, при определении хлорорганических и фосфорор-ганических пестицидов, летучих нитрозаминов; газовая хроматография - при анализе аромата пищевых продуктов; жидкостная – при определении антибиотиков, гормональных препаратов.

Классификация хроматографических методов.

1. По физической природе неподвижной и подвижной фаз. Жидкостная хроматография ЖХ (если подвижная фаза жидкая) и газовая хроматография ГХ (если подвижная фаза газообразная). Жидкостную хроматографию в свою очередь можно разделить в зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы на твердо-жидкофазную (ТЖХ) - неподвижная фаза твердая и жидко-жидкофазную хроматографию (ЖЖХ) - неподвижная фаза жидкая. ЖЖХ часто называют распределительной хроматографией.

Газовую хроматографию в зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы делят на газоадсорбционную (ГТХ, ГАХ) и газожидкостную (ГЖХ) или газораспределительную.

2. В зависимости от способа перемещения сорбатов вдоль слоя сорбента различают проявителъный (элюентный), фронтальный, вытеснителъный методы и электрохроматографию.

При использовании проявителъного метода пробу исследуемой смеси вводят порцией в начальной точке (вход в колонку) на слой хроматографической насадки (сорбента). Под действием потока подвижной фазы зона пробы начинает перемещаться вдоль колонки, причем скорости перемещения отдельных компонентов пробы обратно пропорциональны величинам соответствующих им констант распределения. При этом важно, чтобы подвижная фаза практически не сорбировалась неподвижной фазой. Хроматограмма, полученная проявительным методом.

Аналитический смысл площади хроматографического пика здесь тот же, что и в проявительной хроматографии. При использовании твердых адсорбентов в качестве хроматографических разделительных сред (системы жидкость - тело и газ - твердое тело) вытеснительные эффекты дают некоторый вклад и в процессы разделения методами проявительной и фронтальной хроматографии.

Для аналитических целей наиболее широко используется элюентный (проявительный) метод хроматографирования.

Электрохроматография - хроматографический процесс, при котором движение заряженных частиц осуществляется под действием приложенного напряжения. Скорость движения частиц определяется их массой и зарядом.

3. В зависимости от природы процесса, обусловливающего распределение сорбатов между подвижной и неподвижной фазами, различают адсорбционную, распределительную, ионообменную, осадочную, аффинную и эксклюзионную хроматографию.

В адсорбционной хроматографии разделение за счет адсорбции основано на различии адсобируемости компонентов смеси на данном адсорбенте.

В распределительной хроматографии разделение основано на различии в растворимости сорбатов в подвижной и неподвижной фазах или на различии в стабильности образующихся комплексов.

В ионообменной хроматографии разделение основано на различии констант ионообменного равновесия.

В осадочной хроматографии разделение основано на различной растворимости осадков в подвижной фазе.

Аффинная хроматография основана на биоспецифическом взаимодействии компонентов с аффинным лигандом.

В эксклюзионной хроматографии разделение основано на различии и проницаемости молекул разделяемых веществ в неподвижную фазу. Компоненты элюируются в порядке уменьшения их молекулярной массы.

Имеется и другая классификация хроматографии в зависимости от механизма сорбции, по которой хроматография подразделяется на молекулярную, ситовую, хемосорбцион-ную и ионообменную.

В молекулярной хроматографии природой сил взаимодействия между неподвижной фазой (сорбентом) и компонентами разделяемой смеси являются межмолекулярные силы типа сил Ван-дер-Ваальса. К хемосорбционной хромато-

графии относят осадочную, комплексообразовательную (или лигандообменную), окислительно-восстановительную. Причиной сорбции в хемосорбционной хроматографии являются соответствующие химические реакции.

4. По технике выполнения (характеру процесса) различают: колоночную хроматографию (неподвижная фаза находится в колонке); плоскостную (планарную) - бумажную и тонкослойную (неподвижная фаза - лист бумаги или тонкий слой сорбента на стеклянной или металлической пластинке); капиллярную хроматографию (разделение происходит в пленке жидкости или слое сорбента, размещенном на внутренней стенке трубки); хроматографию в полях (электрических, магнитных, центробежных и других сил).
5. В зависимости от цели проведения хроматографического процесса различают аналитическую, неаналитическую, препаративную и промышленную хроматографию.

Аналитическая хроматография предназначена для определения качественного и количественного состава исследуемой смеси.

Неаналитическая хроматография - метод исследования физико-химических характеристик веществ при использовании хроматографической аппаратуры и на основании параметров хроматографических зон.

Препаративная хроматография применяется для выделения небольших количеств чистых компонентов (или смесей) в лабораторных условиях.

Промышленная хроматография используется для получения чистых веществ в значительных количествах.

Приведенная выше классификация хроматографических методов не является исчерпывающей, так как в последние годы появился ряд комплексных (гибридных) хроматографических методов.

Флуорометрические (люминесцентные) методы анализа. Флуорометрический метод основан на флуоресценции - явлении свечения, прекращающемся после удаления источника возбуждения. Многие органические вещества (особенно ароматические соединения) обладают флуоресценцией в жидких и твердых растворах, а также в кристаллическом состоянии. Спектры флуоресценции связаны со структурой и симметрией молекул, характером их взаимодействия, зависят от концентрации растворов.

С помощью флуоресценции изучают структуру кристаллов, энергетические уровни молекул, их структуру, взаимодействие и другие явления.

Флуоресценцию используют в люминесцентном анализе для определения микропримесей редких и рассеянных элементов. Приборы для люминесцентного анализа называются флуорометрами. С их помощью измеряют интенсивность люминесценции. Они включают в себя источник возбуждения люминесценции короткими световыми импульсами и фотометрами и непосредственно регистрируют кривую затухания люминесценции.

Люминесцентный анализ - это метод исследования различных объектов, основанный на наблюдении их люминесценции. При этом присутствует либо собственное свечение исследуемых объектов (например, паров исследуемого газа), либо свечение специальных веществ - люминофоров, которыми обрабатывается исследуемый объект. Данный метод применяют для определения качества пищевых продуктов. Люминесцентный анализ осуществляют с помощью прибора люминоскопа ЛПК-1. Принцип работы прибора основан на свойстве веществ люминесцировать под действием ультрафиолетового излучения.

Люминесценцию, очень быстро затухающую после прекращения облучения, называют флуоресценцией.

Наблюдая характер люминесцентного свечения и измеряя интенсивность, или яркость люминесценции соединения или его растворов, можно судить о составе исследуемого вещества.

В ряде случаев определения ведут на основании изучения флуоресценции, возникающей в результате взаимодействия определяемого вещества с некоторыми реактивами. Известны также люминесцентные индикаторы, применяемые для определения реакции среды по изменению флуоресценции раствора. Люминесцентные индикаторы применяют при исследовании окрашенных сред.