Спосіб мінералізації проб молокопродуктів для визначення свинцю та кадмію

Реферат: Спосіб мінералізації проб молокопродуктів для визначення свинцю та кадмію включає обробку проби азотною кислотою (1:1) з дією ультразвуку. Використовують одночасну дію ультразвуку частотою 20-45 кГц, інтенсивністю 1,0-2,5 Вт/см та ультразвуку частотою 1,0-2,0 МГц, інтенсивністю 0,50-0,75 Вт/см протягом 3-4 хв. UA 120972 U (12) UA 120972 U UA 120972 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до аналітичної хімії, а саме до способів мінералізації проб молокопродуктів для наступного визначення свинцю та кадмію і може бути використана у молочній галузі промисловості для визначення свинцю та кадмію. Відомий спосіб мокрої мінералізації молокопродуктів дією окиснювачів: пероксиду гідрогену, азотної кислоти, хлорної кислоти або їх сумішей [1]. Недоліком способу є забруднення проби 3 елементами, що визначаються завдяки введенню великих кількостей окиснювачів (20-100 см на 0,5-1,0 г проби), а також тривалість процесу (3-6 годин). Є також спосіб мокрої мінералізації молока та молокопродуктів [2], який включає мінералізацію проби окиснювачами - азотною кислотою (1:1), пероксидом гідрогену або сумішшю пероксиду гідрогену та азотної кислоти з інтенсифікацією процесу дією мікрохвильового опромінення. Недоліком даного способу є небезпека утворення нітрогліцерину при обробці молокопродуктів зі значним вмістом жиру, а також необхідність проведення процесу під тиском, що знижує рівень безпеки персоналу лабораторії. Також відомий спосіб сухої мінералізації молокопродуктів, що включає обвуглювання на електроплитці з інтенсифікацією інфрачервоним (ІЧ) опроміненням з наступним спалюванням у електропечі при температурі 450-500 °C [3]. Спосіб забезпечує повну мінералізацію молока та молокопродуктів. Недоліками способу є - тривалість процесу від 16 до 30 годин, недостатня відтворюваність результатів аналізу через втрату легколетючих з’єднань свинцю та кадмію. Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі є спосіб мокрої мінералізації молокопродуктів [4], що включає мінералізацію проби окиснювачами - сумішшю азотної (1:1) та соляної (1:1) кислот у співвідношенні 3:1 або однією азотною кислотою (1:1) (тільки для аналізу молока, кисломолочних продуктів та вершків жирністю менш 8 %) з інтенсифікацією процесу дією ультразвуку (УЗ) частотою 20-46 кГц, інтенсивністю не менш як 7 2 Вт/см протягом часу не менш як 2 хв. Недоліками даного способу мінералізації є наступні: 1) 2 використання УЗ великої інтенсивності не менш як 7 Вт/см , у зв'язку з чим спостерігається недостатній ступінь витягу свинцю та кадмію (90-94 %) та недостатня відтворюваність результатів аналізу (Sr>0,11), що пов'язано як з нестабільністю роботи ультразвукових 2 випромінювачів при великій інтенсивності УЗ (>Вт/см ), так і з можливим розбризкуванням проби внаслідок використання УЗ великої інтенсивності; 2) необхідність застосовувати двокомпонентний окиснювач - суміш азотної (1:1) та соляної (1:1) кислот у співвідношенні 3:1, що ускладнює процес аналізу [5]. В основу корисної моделі поставлена задача підвищити ступінь витягу свинцю та кадмію, покращити відтворюваність результатів аналізу та спростити процес аналізу через використання однокомпонентного окиснювача. Поставлена задача вирішується тим, що мінералізацію молокопродуктів проводять однокомпонентним окиснювачем - азотною кислотою (1:1) з дією ультразвуку, згідно з корисною моделлю, використовують одночасну дію ультразвуку частотою 20-45 кГц, інтенсивністю 1,0-2,5 2 2 Вт/см та ультразвуку частотою 1,0-2,0 МГц, інтенсивністю 0,50-0,75 Вт/см протягом 3-4 хв. Спільними суттєвими ознаками найближчого аналога і способу, що заявляється, є використання для мінералізації окиснювача - азотної кислоти (1:1) та інтенсифікація процесу дією ультразвуку. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі і досягнутим результатом пояснюється використанням УЗ двох частот для інтенсифікації мінералізації молокопродуктів, що обумовлено більш високою ефективністю двочастотного УЗ у порівнянні з УЗ однієї частоти завдяки особливостями утворення і схлопування кавітаційних пухирців при двочастотній дії УЗ, при якій переважно (більше 90 %) утворюються малих сферичних кавітаційних пухирців, при схлопуванні саме яких і інтенсифікуються дані процеси [5, 6]. Спосіб здійснюють наступним чином. Наважку молокопродукту масою 2,00 г (при аналізі молока, вершків жирністю до 8 % та кисломолочних продуктів) або 1,00 г (при аналізі вершкового масла, сиру, вершків жирністю 3 понад 8 %) заливають 3 см азотної кислоти(1:1) і одночасно діють УЗ частотою 20-45 кГц, 2 2 інтенсивністю 1,0-2,5 Вт/см та УЗ частотою 1,0-2,0 МГц, інтенсивністю 0,50-0,75 Вт/см 3 протягом 3-4 хв. Мінералізацію розбавляють бідистильованою водою до об'єму – 6 см . В отриманому таким чином розчині визначають вміст свинцю та кадмію електротермічним атомно-абсорбційним методом згідно з описаним в [1]. Паралельно ті ж самі проби молокопродуктів готують до аналізу за способом за прототипом і визначають вміст свинцю та кадмію. Крім того, у проби, що аналізують, вводять відому кількість свинцю і кадмію - 0,10 мг/кг і проводять аналіз відповідно до вищеописаного. У таблиці 1 наведені результати порівняння способів підготовки проб молокопродуктів при визначенні свинцю та кадмію. 1 UA 120972 U 5 У способі найближчого аналога використовували вплив УЗ частотою 22 кГц, інтенсивністю 2 7,0 Вт/см протягом 3 хвилин. При аналізі вершкового масла, сиру, вершків жирністю понад 8 % використовували суміш азотної (1:1) та соляної (1:1) кислот у співвідношенні 3:1; в інших випадках для мінералізації використовували одну азотну кислоту (1:1). У запропонованому способі використано одночасний вплив УЗ частотою 22 кГц і 1 МГц, 2 інтенсивністю 2,0 і 0,65 Вт/см відповідно протягом 3 хвилин. Для мінералізації використовували азотну кислоту (1:1). Таблиця 1 Порівняння метрологічних характеристик способів мінералізації проб харчових продуктів при визначенні свинцю та кадмію Найменування продукту Рb Вершки "Малятко" жирністю 7 % Сметана "Президент", 15 % Молоко пастеризоване, 3,2 % Вершки "Президент", жирністю 20 % Сир "Президент", жирністю 9 % Сир пирятинський Вершки "Малятко" жирністю 7 % Сметана "Президент", 15 % Молоко пастеризоване, 3,2 % Вершки "Президент", жирністю 20 % Сир "Президент", жирністю 9 % Сир пирятинський 10 15 20 Знайдено мікроелементів, мг/кг Відносне стандартне відхилення (n=6). / Введено Рb і Cd по мг/кг 0 0.100 0 0.200 0 0.100 0 0.200 0 0.200 0 0.200 0 0.100 0 0.200 0 0.100 0 0.200 0 0.200 0 0.200 Рb Sr Cd Запропонований спосіб 0 0.122 0.076 0.050 0.216 0.077 0 0.102 0.073 0.020 0.300 0.074 0 0.006 0.070 0.010 0.103 0.078 0 0.159 0.072 0.050 0.351 0.070 0 0.073 0.072 0.050 0.267 0.075 0 0.062 0.076 0.050 0.260 0.078 Спосіб найближчого аналога 0 0.112 0.111 0.050 0.198 0.110 0 0.086 0.112 0.020 0.211 0.114 0 0.006 0.110 0.020 0.087 0.110 0 0.159 0.110 0.050 0.221 0.111 0 0.073 0.112 0.050 0.228 0.114 0 0.062 0.110 0.050 0.219 0.112 Cd Sr 0.047 0.100 0.018 0.040 0.011 0.019 0.013 0.060 0.039 0.085 0.016 0.063 0.071 0.072 0.073 0.072 0.072 0.074 0.075 0.073 0.076 0.079 0.071 0.073 0.047 0.074 0.018 0.032 0.011 0.027 0.013 0.052 0.039 0.076 0.016 0.058 0.118 0.119 0.120 0.119 0.114 0.116 0.118 0.120 0.118 0.117 0.116 0.119 З табл. 1 випливає, що найбільш кращі метрологічні результати визначення свинцю та кадмію виходять при використанні способу, що пропонується. При використанні способу найближчого аналога відносне стандартне відхилення результатів аналізу становить S r=0,0810,089 при визначенні кадмію і Sr=0,093-0,101 при визначенні свинцю; а у способі, що пропонується відповідно Sr=0,072-0,079 і Sr=0,080-0,090. З табл. 1 випливає, що найбільш точні результати визначення свинцю та кадмію виходять при використанні способу, що пропонується. При використанні способу найближчого аналога відносне стандартне відхилення результатів аналізу становить Sr=0,110-0,114 при визначенні кадмію і Sr=0,114-0,120 при визначенні свинцю; а у способі, що пропонується, відповідно Sr=0,070-0,078 і Sr=0,071-0,079. У табл. 2 наведено характеристики способів підготовки проб молокопродуктів для визначення свинцю і кадмію за способом найближчого аналога і за запропонованим способом. З таблиці 2 виходить, що найближчий аналог забезпечує ступінь витягу свинцю і кадмію 9094 %, а спосіб, що пропонується - 97-99 %. Спосіб найближчого аналога дає можливість отримати кількісні результати при використанні двокомпонентного окиснювача - для жирних молокопродуктів і однокомпонентного - для інших. Спосіб, що пропонується, дає можливість 2 UA 120972 U отримати кількісні результати при використанні однокомпонентного окиснювача. За іншими показниками спосіб, що пропонується, не поступається способу найближчого аналога. Таблиця 2 Характеристика способів підготовки проб молокопродуктів для визначення свинцю та кадмію Найменування показника Тип окиснювача Ступінь витягу свинцю і кадмію Відносне стандартне відхилення результатів визначення свинцю Відносне стандартне відхилення результатів визначення кадмію Час, що витрачається на підготовку проб молокопродуктів для визначення свинцю та кадмію 5 Результат показника Спосіб найближчого аналога Запропонований спосіб Суміш HNO3 (1:1) тa НСІ (1:1) у співвідношенні 3:1 для жирних HNO3 (1:1) молокопродуктів; для інших HNO3 (1:1) 90-94 % 97-99 % 0,110-0,114 0,070-0,078 0,114-0,120 0,071-0,079 15-20 хв. 15-20 хв. Зміна частоти низькочастотного УЗ при екстракції свинцю і кадмію від 20-45 кГц на величині витягу свинцю і кадмію не позначилася (табл. 3). Таблиця 3 Вплив частоти низькочастотного ультразвуку на ступінь витягу свинцю і кадмію з молокопродуктів Частота УЗ, кГц 18 19 20 30 40 45 46 10 Ступінь витягу, % Молоко пастеризоване, 3,2 % Вершки "Президент", жирністю 20 % Рb Cd Рb Cd 18 20 12 17 84 85 80 79 98 99 97 97 98 98 97 97 98 99 97 98 98 99 97 98 75 78 73 74 У цій таблиці і у наступних наведені середні результати шести дослідів. Частота 2 високочастотного УЗ 2,0 МГц, інтенсивність високочастотного УЗ 0,5 Вт/см , інтенсивність 2 низькочастотного УЗ 2,0 Вт/см , час дії УЗ - 3,0 хв. Порівняння результатів, одержаних з використанням високочастотного УЗ частотою 0,5-2,5 МГц показало, що кращі результати були отримані при використанні УЗ частотою 1,0-2,0 МГц (табл. 4). 15 3 UA 120972 U Таблиця 4 Вплив частоти високочастотного ультразвуку на ступінь витягу свинцю і кадмію з молокопродуктів Частота УЗ, МГц 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Без УЗ Ступінь витягу, % Молоко пастеризоване, 3,2 % Вершки "Президент", жирністю 20 % Рb Cd Рb Cd 28 25 22 24 98 98 97 98 98 98 97 97 98 99 97 98 87 85 79 80 42 44 36 32 20 34 21 22 2 5 Частота низькочастотного УЗ - 40 кГц, інтенсивність низькочастотного УЗ 2,0 Вт/см , 2 інтенсивність високочастотного УЗ 0,5 Вт/см , час дії УЗ - 3,0 хв. 2 При цьому інтенсивність низькочастотного УЗ повинна бути 1,0-2,5 Вт/см (табл. 5), а 2 високочастотного - 0,50-0,75 Вт/см (табл. 6). Таблиця 5 Вплив інтенсивності низькочастотного ультразвуку на ступінь витягу свинцю і кадмію з молокопродуктів Інтенсивність низькочастотного УЗ, 2 Вт/см 0,80 0,90 1,0 2,0 2,5 2,6 2,7 10 Ступінь витягу, % Вершки "Президент", жирністю Молоко пастеризоване, 3,2 % 20 % Рb Cd Рb Cd 19 20 18 12 84 85 87 85 98 99 97 97 98 99 97 98 98 98 97 97 88 87 84 85 71 72 72 73 Частота високочастотного УЗ 2,0 МГц, частота низькочастотного УЗ - 40 кГц, інтенсивність 2 високочастотного УЗ 0,5 Вт/см , час дії УЗ - 3,0 хв. Таблиця 6 Вплив інтенсивності високочастотного ультразвуку на ступінь витягу свинцю і кадмію з молокопродуктів Інтенсивність високочастотного УЗ, 2 Вт/см 0,45 0,50 0,55 0,60 0,70 0,75 0,80 Ступінь витягу, % Вершки "Президент", жирністю Молоко пастеризоване, 3,2 % 20 % Рb Cd Рb Cd 26 25 19 33 98 99 97 98 98 99 97 97 98 98 97 98 98 98 97 98 98 97 97 97 90 89 85 84 4 UA 120972 U Частота високочастотного УЗ 2,0 МГц, частота низькочастотного УЗ - 40 кГц, інтенсивність 2 низькочастотного УЗ 2,0 Вт/см , час дії УЗ - 2,0 хв. Час дії УЗ повинен бути 3-4 хв. (табл. 7). Таблиця 7 Вплив інтенсивності низькочастотного ультразвуку на ступінь витягу свинцю і кадмію з молокопродуктів Час дії УЗ, хв 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5 Ступінь витягу, % Вершки "Президент", жирністю Молоко пастеризоване, 3,2 % 20 % Рb Cd Рb Cd 88 89 90 92 96 96 96 96 98 99 97 98 97 97 97 98 98 97 97 98 92 93 93 94 88 87 90 90 Частота високочастотного УЗ 2,0 МГц, частота низькочастотного УЗ - 40 кГц, інтенсивність 2 2 високочастотного УЗ 2,0 Вт/см , інтенсивність низькочастотного УЗ 2,0 Вт/см . У табл. 8 наведені результати дослідів по використанню різних окиснювачів. З даних наведених у табл. 8 виходить, що достатньо однокомпонентного окиснювача, з них найкращим є HNO3 (1:1). 10 Таблиця 8 Вплив окиснювачів на ступінь витягу свинцю і кадмію з молокопродуктів Окиснювач Суміш HNO3 (1:1) тa НСІ (1:1) у співвідношенні 3:1 HNO3 (1:1) НСІ (1:1) Н2О2, 30% 15 20 25 30 Ступінь витягу, % Вершки "Президент", жирністю Молоко пастеризоване, 3,2 % 20 % Рb Cd Рb Cd 98 99 99 99 98 90 92 98 94 93 99 87 88 99 85 89 Частота високочастотного УЗ 2,0 МГц, частота низькочастотного УЗ - 40 кГц, інтенсивність 2 2 високочастотного УЗ 0,50 Вт/см , інтенсивність низькочастотного УЗ 2,0 Вт/см , час дії УЗ - 3,0 хв. Порівняння способу, що заявляється, зі способом найближчого аналога, показує, що він має на відміну від найближчого аналога, істотні відзнаки, які дозволяють підвищити ступінь витягу свинцю та кадмію та покращити відтворюваність результатів аналізу. Таким чином, експеримент показав, що використання УЗ частотою 20-45 кГц, інтенсивністю 2 2 1,0-2,0 Вт/см та УЗ частотою 1,0-2,5 МГц, інтенсивністю 0,50-0,75 Вт/см протягом 3-4 хв. дозволяє підвищити ступінь витягу свинцю та кадмію, покращити відтворюваність результатів аналізу та використовувати тільки однокомпонентний окиснювач - азотну кислоту (1:1). Джерела інформації: 1. Атомно-абсорбционные методы определения токсичных элементов в пищевых продуктах и пищевом сырье. Методические указания Утверждены Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического надзора Российской Федерации 25 декабря 1992 г. N 01-19/4711. 2. Чмиленко Ф.О., Бакланов О.М., Бохан Ю.В. Спосіб мінералізації харчових продуктів // Патент України № 72156 А. - опубл. 17.01.2005, бюл. № 1. 3. Интенсификация сухой минерализации пищевых продуктов парами окислителей и ИКоблучением / О.И. Юрченко, А.Н. Бакланов, Е.А. Белова, Л.В. Бакланова [и др.] // Украинский химический журнал. - 2015. - Т.81, № 4. - С. 98-102. 5 UA 120972 U 5 4. Чмиленко Ф.А., Бакланов А.Н. Атомно-абсорбционное определение токсичных и биологически активных микроєлементов в молокопродуктах с использованием ультразвука для ускорения минерализации // Журн. аналит. химии. - 1992. - Т.47, Вып. 7. - С. 1322-1327. 5. Ультразвук в аналитической химии и химической технологи: монография \ А.Н. Бакланов, А.П. Авдеенко, С.А. Коновалова, Л.В. Бакланова. - Краматорск: ДГМА, 2012. - 332 с. 6. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. - М.: Химия, 1986. - 288 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб мінералізації проб молокопродуктів для визначення свинцю та кадмію, що включає обробку проби азотною кислотою (1:1) з дією ультразвуку, який відрізняється тим, що використовують одночасну дію ультразвуку частотою 20-45 кГц, інтенсивністю 1,0-2,5 Вт/см та ультразвуку частотою 1,0-2,0 МГц, інтенсивністю 0,50-0,75 Вт/см протягом 3-4 хв. 15 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6