Способ определения состава продуктов и устройство для его реализации
Изобретение относится к области пищевой промышленности. Предложенный способ предусматривает подготовку анализируемой пробы продукта и введение данной пробы в хроматографическую колонку. Также предложено устройство для осуществления способа. Данное устройство содержит хроматографическую колонку, содержащую по меньшей мере одно молекулярное сито, способное впитывать молекулы подвижной фазы и не пропускать молекулы компонентов анализируемой пробы, а после каждого молекулярного сита размещен детектор для определения соответствующего компонента. Изобретение позволяет осуществлять контроль качества пищевых продуктов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к области контроля качества пищевых продуктов, и может быть использовано при осуществлении внутри регламентного контроля, а также входного и выходного контроля производства пищевых продуктов, а также в процессе контроля качества иных продуктов и объектов окружающей среды.
Известен способ определения состава продуктов. Согласно известному способу через колонку, заполненную неподвижным инертным наполнителем, непрерывно пропускают жидкую подвижную фазу с периодическим вводом в нее разделяемой жидкой смеси, причем в качестве подвижной фазы используют жидкость, ограниченно растворяющую компоненты смеси, при этом перед введением разделяемой жидкой смеси в колонку вводят жидкость, обладающую наибольшей по сравнению с компонентами указанной смеси ограниченной растворимостью в жидкой подвижной фазе (SU, 1057062, 1983).
Недостатком известного способа можно признать деконцентрирование разделяемых компонентов смеси при перемещении их по колонке и отсутствие возможности устанавливать детекторы на различных расстояниях от начала колонки, специфичных, только для индивидуальных компонентов разделяемой смеси, сложность подбора подвижной фазы и дополнительно вводимой жидкости применительно к компонентам разделяемой смеси, что сужает область применения способа.
Известен способ определения состава продуктов. Согласно известному способу проводят отбор пробы, добавление в нее концентрированной соляной кислоты с доведением рН пробы до 1,0-1,5, осаждение мешающих веществ гексациано-(II) ферратом калия и уксуснокислым цинком с последующим отделением фильтрацией осадка, добавление к фильтрату гидрохлорида гидроксиламина при соотношении 1:50 с выдерживанием в течение 10-20 минут, экстракцию этилацетатом, очистку экстракта адсорбцией на силикагеле, упаривание, элюирование толуолом и смесью гексан-этилацетат, двумерную тонкослойную хроматографию с использованием в первой системе смеси хлороформ-ацетон с заданным соотношением, а во второй - смеси толуол-этилацетат-муравьиная кислота, проявление хлором и раствором бензидина, фиксацию хроматограммы парафином и обнаружение патулина в ультрафиолетовом свете с последующим его количественным определением (SU, 1585754, 1990).
Недостатком известного способа следует признать деконцентрирование разделяемых компонентов смеси при перемещении их по тонкому слою и отсутствие возможности размещать детектирующие составы на различных расстояниях от начала пластины, повышанной специфичности для индивидуальных компонентов разделяемой смеси, а также его длительность и сложность.
Известен способ определения состава продуктов. Согласно известному способу осуществляют приготовление образца и стандарта, разделение аликвот образца и стандарта методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с системой растворителей ацетонитрил-вода-дециламин, облучение хроматограмм УФ-светом при λ=278 нм, подтверждение наличия левомицитина в образце и его количественное определение сравниванием со стандартным пиком УФ-спектров, а также со вторым образцом, предварительно обработанным раствором щелочи, хроматографмрованным и подвергнутым УФ-облучению в указанных условиях, причем во втором образце пик левомицитина должен отсутствовать (SU, 1702302, 1991).
Недостатком известного способа можно признать деконцентрирование разделяемых компонентов смеси при перемещении их по колонке и отсутствие возможности устанавливать детекторы на различных расстояниях от начала колонки, специфичных, только для индивидуальных компонентов разделяемой смеси, а также его узкую область применения - только анализ левомицитина.
Известно устройство, применяемое для определения состава продуктов. Хроматограф содержит установленные в термостате переключатель потоков и колонки (не менее двух). В состав хроматографа также входят дозатор и переключатели. Известная конструкции позволяет осуществлять дозирование пробы, хроматографическое ее разделение, обратную продувку линии между испарителем и дозатором, а также дозирующего канала от одного источника газа-носителя (SU, 1361485, 1987).
Недостатком известного хроматографа следует признать деконцентрирование разделяемых компонентов смеси при перемещении их по колонке и отсутствие возможности устанавливать детекторы на различных расстояниях от начала колонки, повышенной специфичности, для индивидуальных компонентов разделяемой смеси, а также сложность последовательного определения состава многокомпонентной пробы.
Известно устройство, применяемое для определения состава продуктов. Колонка представляет собой цилиндрический корпус с коммуникациями подвода и отвода элюента, причем в корпусе выполнены углубления, образующие внутри корпуса конические выступы с высотой равной радиусу колонки. Наличие указанных выступов позволяет значительно увеличить время скорость элюции (SU, 935787, 1982).
Недостатком известной колонки следует признать деконцентрирование разделяемых компонентов смеси при перемещении их по колонке и отсутствие возможности устанавливать детекторы на различных расстояниях от начала колонки, повышенной специфичности, для индивидуальных компонентов разделяемой смеси, а также сложность в работе с многокомпонентными смесями.
Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в разработке системы анализа многокомпонентных смесей.
Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, состоит в упрощении процесса анализа при одновременном повышении его экономичности.
Для достижения указанного технического результат предложено использовать способ определения состава продуктов. Указанный способ предусматривает подготовку анализируемой пробы продукта в виде раствора, введение подготовленной анализируемой пробы в хроматографическую колонку с одновременным введением в нее подвижной фазы, разделение анализируемой пробы на компоненты в процессе перемещения ее по колонке с дальнейшим перемещением подвижной фазы с разделяемыми компонентами по участку колонки, поверхность которого имеет слой молекулярного сита, способного впитывать молекулы подвижной фазы и не пропускать молекулы компонентов анализируемой пробы, тем самым замедляя линейную скорость движения фронта подвижной фазы по колонке до скорости, меньшей скорости движения молекул первого компонента анализируемой пробы, но большей скорости движения молекул второго компонента анализируемой пробы, в результате чего первый компонент концентрируется у фронта подвижной фазы, затем приводят подвижную фазу с сконцентрированным первым компонентом во взаимодействие с детектором первого компонента с определением содержания первого компонента в анализируемой пробе. Затем происходит повторение операций, начиная с замедления скорости движения подвижной фазы до уровня ниже скорости движения второго (и последующих) компонентов.
Для реализации предлагаемого способа разработано устройство, которое содержит хроматографическую колонку, выполненную с возможностью изменения скорости движения фронта подвижной фазы за счет размещения на участках ее внутренней поверхности молекулярных сит, впитывающих подвижную фазу и не пропускающих молекулы компонентов анализируемой пробы и последовательной индикации компонентов за счет детекторов, размещенных на внутренней поверхности между слоями молекулярных сит.
Предлагаемое техническое решение основано на использовании в хроматографической колонке гипотетической полупрозрачной перегородки, способной пропускать через себя молекулы подвижной фазы и не пропускать молекулы компонентов анализируемой пробы, при этом указанная перегородка способна уменьшить свою скорость движения до величины, меньшей скорости движения молекул первого анализируемого компонента, но больше скорости движения второго анализируемого компонента. В этом случае молекулы первого компонента будут догонять указанную перегородку и концентрироваться около нее в узкую полоску. Сконцентрированный первый компонент может быть направлен на соответствующий детектор с последующим его количественным определением. Затем аналогичным образом будут сконцентрированы и детектированы второй, третий и последующие компоненты анализируемой смеси.
Функцию подобной гипотетической перегородки, как было экспериментально установлено, может выполнять фронт подвижной фазы, движущийся по колонке, если на внутреннюю поверхность колонки нанести слои молекулярных сит, способных впитывать молекулы подвижной фазы и не пропускать (не улавливать) молекулы компонентов анализируемой пробы. В этом случае расход подвижной фазы во фронте будет происходить по двум направлениям - вдоль оси колонки и в направлении перпендикулярном оси колонки, заполняя поровое пространство молекулярного сита, а за фронтом подвижной фазы движение подвижной фазы будет ориентировано только по оси колонки, поскольку слой молекулярного сита уже заполнен подвижной фазой. Степень замедления скорости движения фронта подвижной фазы будет зависеть от соотношения объемов порового пространства молекулярного сита и капиллярного пространства неподвижной фазы. Меняя их соотношения по ходу движения по оси колонки, можно регулировать величину скорости движения фронта подвижной фазы для каждого анализируемого компонента. Поскольку нанесенные на стенки колонки слои молекулярных сит никак не взаимодействуют с молекулами компонентов, то скорости движения каждого из компонентов по колонке остаются неизменными. Это позволяет, регулируя скорость движения фронта подвижной фазы, последовательно концентрировать компоненты анализируемой смеси с последующим их детектированием.
На чертеже приведен разрез вдоль оси используемой при реализации предлагаемого технического решения колонки, при этом использованы следующие обозначения: приемная шайба 1 разъемного соединения, корпус 2 колонки, мембрана 3, неподвижная фаза 4, первый слой 5 молекулярного сита, детектор 6 первого компонента, второй слой 7 молекулярного сита, детектор 8 второго компонента, n - слой 9 молекулярного сита, детектор 10 n - компонента, пористая перегородка 11, съемная крышка 12.
Конструктивно детекторы могут располагаться как внутри колонки, так и снаружи. При этом они связываются с внутреннем объемом колонки через щели в стенке колонки.
При изготовлении охарактеризованного выше устройства была использована полипропиленовая трубка с внутренним диаметром 1,5 мм и толщиной стенки 1,5 мм, длиной 250 мм. На расстоянии 100 мм от края трубки (колонки) была выполнена продольная (вдоль оси колонки) щель толщиной 0,8 мм и длиной 3,5 см. На расстоянии 1 мм от края первой щели была выполнена вторая щель толщиной 0,8 мм и длиной 1,0 см. На расстоянии 1 мм от края второй щели была выполнена третья щель толщиной 0,8 мм и длиной 2,5 мм. На расстоянии 1 мм от края третьей щели была выполнена четвертая щель толщиной 0,8 мм и длиной 1,0 см. Закрыв с внешней стороны полипропиленой трубки выполненные щели указанная трубка была заполнена силикагелем марки КСК-2. Затем из щелей удаляют силикагель КСК-2 и щели длиной 3,5 см и 2,5 см заполняют порошком пористого стекла марки КА(3А) диаметром 100 мкм, и для предотвращения его высыпания снаружи закрывают щели прозрачной пленкой, а в щели длиной 1 см вставляют полоски пластины для тонкослойной хроматографии Silufol, согнутые таким образом, чтобы слой сорбента был внутри. При этом между пластиной и краями щели вставлены резиновые полоски, обеспечивающие герметизацию щели. После проверки герметичности две полоски пластины Silufol, образующие снаружи трубки две петли, были отрезаны. Одна сторона на расстоянии 0,5 мм от трубки, другая на расстоянии 3 мл от трубки, так что были образованы два «флажка» из полоски пластины Silufol высотой 3 мл.
Изготовленная конструкция была идентична охарактеризованной во втором пункте формулы изобретения.
Заявленное изобретение в дальнейшем будет рассмотрено на примерах реализации с использованием колонки, аналогичной той, приготовление которой было приведено выше.
Экспериментальную проверку проводили на двух объектах: зерно пшеницы и слюна человека. Причем зерно пшеницы предварительно было заражено двумя хлорорганическими пестицидами (ДДТ и альдрин), а слюна человека - двумя фосфорорганическими пестицидами (фосфамид, диазинон). Для того чтобы не изготавливать различные колонки, были проведены предварительные экспериментальные определения скорости перемещения восьми хлорорганических пестицидов: α-ГХЦГ, γ-ГХЦГ, гептахлор, альдрин, кельтан, ДДТ, ДДЕ, ДДД в тонком слое силикагеля КСК, которым планировалось набивать колонку, и, изменяя состав подвижной фазы, были определены необходимые составы подвижной фазы для анализа двух хлорорганических пестицидов (ДДТ и альдрин) - подвижная фаза состава n-гексан - ацетон (6:1) и для двух фосфорорганических пестицидов (фосфамид и диазинон) - подвижная фаза n-гексан - ацетон (3:2).
Пример 1. Определение содержания хлорорганических пестицидов ДДТ и альдрина в зерне пшеницы.
Навеска зерна пшеницы массой 20 г была предварительно обработана растворами ДДТ и альдрином до значений 2 мкг ДДТ и 2 мкг альдрина путем пропитки ее 30 мл раствора, упомянутых пестицидов в n-гексане с последующей выдержкой навески под вытяжкой в течение суток.
Через сутки навеску трижды подвергли экстракции ДДТ и альдрина порциями n-гексана в количестве 30 мл, время каждой экстракции составило 25 минут. Экстракты объединили, отмыли 10 мл серной кислоты, насыщенной безводным сульфатом натрия, и осторожно встряхнули несколько раз, затем кислотный слой отбросили. Обработку гексанового экстракта повторяют до тех пор, пока кислота не станет бесцветной. Очищенный гексановый экстракт промывают несколькими порциями дистиллированной воды (по 15 мл) до нейтральной реакции промывных вод, сушат безводным сульфатом натрия (10-15 г) и упаривают досуха. Сухой остаток растворяют в 1 мл n-гексана и получают растворенное состояние пробы для анализа. В шприц объемом 1 мл набирают 0,8 мл подвижной фазы состава n-гексан - ацетон (6:1), а затем 0,1 мл упомянутой выше пробы для анализа. Затем через отверстие приемной шайбы колонки в неподвижную фазу вводят состав, находящийся в шприце. При этом выходящие за пределы колонки «флажки» из пластин Silufol пропитывались подвижной фазой. Их опрыскивали проявляющим составом на основе о-толуидина, приготавливаемого следующим образом: 0,5 г о-толуидина помещают в мерную колбу на 100 мл и доводят до метки этиловым спиртом. В результате на «флажке», расположенным ближе к началу колонки, при рассмотрении в УФ свете, образовывался окрашенный участок колонки коричневого цвета на желтом фоне длиной 6 мм - это ДДТ, а на втором «флажке» такая же окраска образовалась на длине 4 мм - это альдрин.
Пример 2. Определение содержания фосфорорганических пестицидов фосфамида и диазинона в слюне человека.
Предварительно приготавливают пробу слюны, содержащую фосфамид и диазинон. Для этого к 2 миллилитрам пробы слюны добавляют 2 мкг фосфамида и 2 мкг диазинона, приливают 0,5 мл воды и выдерживают в течение 1-2 минут. Затем добавляют 3 мл хлороформа и встряхивают на холоде в течение 30 минут с последующим отделением органического слоя. Экстракцию повторяют еще два раза порциями хлороформа по 3 мл. Экстракты объединяют, пропускают через слой безводного сульфата натрия (2 грамма), фильтруют и отгоняют растворитель до объема 0,2-0,5 мл.
В шприц объемом 1 мл набирают 0,8 мл подвижной фазы состава n-гексан - ацетон (3:2), а затем 0,1 мл упомянутой выше пробы для анализа. Затем через отверстие приемной шайбы колонки в неподвижную фазу вводят состав, находящийся в шприце. При этом выходящие за пределы колонки «флажки» из пластин Silufol пропитывались подвижной фазой. Их опрыскивали проявляющим составом на основе хлористого палладия, приготавливаемого следующим образом: 0,2 г хлористого палладия помещают в мерную колбу на 100 мл и добавляют две капли концентрированной HCl и растворяют его, а затем доводят до метки водой. В результате на «флажке», расположенным ближе к началу колонки, образовывался окрашенный участок колонки коричневого цвета на желтом фоне длиной 8 мм - это фосфамид, а на втором «флажке», такая же окраска образовалась на длине 6 мм - это диазинон.
Применение заявленного метода позволяет упростить процесс анализа, упростить его приборную реализацию, при одновременном повышении экономичности за счет использования регулируемого движения подвижной фазы и исключения из состава приборов многих блоков, предназначенных для обеспечения работы колонки.
1. Способ определения состава продуктов, характеризующийся тем, что он предусматривает подготовку анализируемой пробы продукта в виде раствора, введение подготовленной анализируемой пробы в хроматографическую колонку с одновременным введением в нее подвижной фазы, разделение анализируемой пробы на компоненты в процессе перемещения ее по колонке, дальнейшее перемещение подвижной фазы с разделяемыми компонентами по участку колонки, который содержит по меньшей мере одно молекулярное сито, способное впитывать молекулы подвижной фазы и не пропускать молекулы компонентов анализируемой пробы, замедляя линейную скорость движения фронта подвижной фазы по колонке до скорости, меньшей скорости движения молекул одного из компонентов анализируемой пробы, но большей скорости движения молекул последующего за ним компонента анализируемой пробы, в результате чего он концентрируется у фронта подвижной фазы, после чего вступает во взаимодействие с детектором этого компонента.
2. Устройство для определения состава продуктов, характеризующееся тем, что оно содержит хроматографическую колонку, содержащую по меньшей мере одно молекулярное сито, способное впитывать молекулы подвижной фазы и не пропускать молекулы компонентов анализируемой пробы, а после каждого молекулярного сита размещен детектор для определения соответствующего компонента.
