Методы определения содержания тяжелых металлов в различных пищевых продуктах

 

4 Методы определения тяжёлых металлов в пищевых продуктах

 

4.1 Метод определения мышьяка

 

Мышьяк – высокотоксичный кумулятивный протоплазматический яд, поражающий нервную систему. Смертельная доза 60—200 мг. Хроническая интоксикация наблюдается при потреблении 1—5 мг в день. ФАО/ВОЗ установлена недельная безопасная доза 50 мкг/кг.

Токсическое действие соединений мышьяка обусловлено блокированием  сульфгидрильных групп ферментов  и других биологически активных веществ.

Определить мышьяк в пределах 1–50 мг/л можно с помощью колориметрических методов анализа на основе диэтилдитиокарбоната серебра. Удобным является метод атомно-абсорбционной спектроскопии. Он основан на определении арсина, полученного при восстановлении соединений мышьяка. Имеющиеся в продаже приборы для выделения арсина используются в сочетании со стандартным оборудованием. При анализе мышьяка рекомендуется использовать пламя закись азота–ацетилена. Из-за молекулярной абсорбции газов пламени могут возникать помехи в верхнем диапазоне ультрафиолетовой части спектра, где находятся наиболее чувствительные линии мышьяка. Эти помехи устраняются при корректировке фона.

Для определения микроколичества мышьяка с успехом использовался нейтронно-активационный анализ. Это позволило провести точные определения мышьяка в очень малых образцах, например в одном волоске.

Часто бывает необходимо установить тип химического соединения мышьяка. Для отличия в водных растворов  трехвалентного мышьяка от пятивалентного использовали инверсионную полярографию. Для разделения органических соединений мышьяка от неорганических использовался метод газожидкостной хроматографии.

Арбитражный метод – колориметрия с диэтилдитиокарбонатом серебра после отгонки мышьяка из гидролизата (или раствора золы) в виде гидрида или трихлорида мышьяка. Атомно-абсорбционное определение возможно только после предварительного концентрирования в виде гидрида AsH3 и использования графитовой кюветы.

 

4.2 Методы определения кадмия

 

Кадмий — высокотоксичный  кумулятивный яд, блокирующий, работу ряда ферментов; поражает почки и  печень. ФАО/ВОЗ установлена недельная  безопасная доза 6,7—8,3 мкг/кг. В устрицах и печени животных и рыб может  накапливаться до значительных величин; в растительных продуктах зависит  от дозы удобрения суперфосфатом.

Токсическое действие соединений кадмия на организм вызывается тем, что  ионы этих металлов вступают во взаимодействие с сульфгидрильными SH–группами белков, ферментов и аминокислот. При взаимодействии ионов металлов с SH–группами образуются слабодиссоциирующие и, как правило, нерастворимые соединения. Поэтому блокирование сульфгидрильных групп приводит к подавлению активности ферментов и свертыванию белков.

В Таблице 2 приведено среднее содержание и ПДК Сd в пищевых продуктах.

 

 

 

 

Таблица 2. Среднее содержание и ПДК Сd в пищевых продуктах

Пищевые продукты и сырье	Среднее содержание, мг/кг	ПДК, мг/кг
Зерновые	0,03	0,1
Зернобобовые	0,03	0,1
Крупы	0,018	0,1
Хлеб	0,023	0,05
Бараночные изделия	0,026	0,1
Отруби пшеничные	0,07	0,1
Соль поваренная	0,05	0,1
Сахар(песок)	0,004	0,05
Желатин	0,01	0,03
Орехи (ядро)	0,03	0,1
Конфеты	0,045	0,1
Какао–порошок и шоколад	0,1	0,5
Печенье	0,03	0,1
Молочные изделия
Молоко, кисломолочные изделия	0,02	0,03
Молоко сгущенное консервированное	0,025	0,1
Молоко сухое	0,025	0,03
Сыры, творог	0,1	0,2
Масло сливочное	0,01	0,03
Растительные продукты
Масло растительное	0,025	0,05
Маргарины и жиры	0,03	0,05
Овощи свежие и свежемороженые	0,02	0,03
Грибы свежие, консервированные и сухие	0,05	0,1

 

Для определения кадмия, как правило, требуется предварительное  концентрирование, так как содержание металла в продуктах питания  обычно мало. Комитет по аналитическим  методам рекомендует проводить  кислотную минерализацию серной кислотой с добавлением перекиси водорода. При сухом озолении могут  быть потери кадмия, так как при  температуре свыше 500ºС он испаряется. Содержание кадмия может быть установлено  и путем образования комплексов с тетраметилендитиокарбонат-аммония, а также экстракцией кадмия изобутилметилкетоном.

Для определения кадмия в  пищевых экстрактах может быть также  использован колориметрический  метод на основе дитизона.

В настоящее время наиболее широко применяется атомно-абсорбционная спектрофотометрия. Использование воздушно–ацетиленового пламени позволяет получить хорошие результаты, однако пламя должно тщательно контролироваться. Беспламенная атомно-абсорбционная спектрофотометрия позволяет определять кадмий на уровне 5 мкг/кг. Однако из-за химического влияния некоторых соединений, например солей калия, результаты могут быть искажены.

Есть данные по определению  кадмия методом вольтамперометрии  с анодным растворением. Результаты хорошо согласуются с данными  атомно-абсорбционной спектрометрии. Достаточно надежные и точные данные удается получить с помощью нейтронно-активационного анализа. С использованием нового оборудования и повышением точности стало ясно, что данные, полученные ранее с помощью атомно-абсорбционной спектрофотомерии и менее точной пламенной фотометрии, не являются достоверными. Это объясняется несовершенством современных аналитических методов.

Определение кадмия в порошковом обезжиренном молоке. Необходимые реактивы. Первичный кислый фосфорнокислый аммоний, 0.5% раствор вес/об. (используется для  химической модификации аналита). Примеси  следов металлов в модификаторе должны быть удалены комплексообразованием  АПДК и экстракцией МИБК.

Растворяют порошок молока (1.25 г) в деионизованной дистиллированной воде (25 мл) при хорошем перемешивании  с использованием магнитной мешалки  или ультразвуковой бани. Немного  ТRITON Х–100 0.01% об. (1 мл) можно добавить для получения лучших диспергирующих свойств.

Приготовление градуировочных растворов. Водные стандарты: исходный стандарт 1000 мкг Cd/л в 1 М азотной кислоте. Готовят градуировочный раствор с концентрацией 10 мкг Cd/л разбавлением исходного раствора.

Процедура градуировки. Методом стандартных добавок с использованием программируемого дозатора образцов. Рекомендуемый объём образца – 10 мкл, объём стандартных добавок – 5 и 10 мкл, 10 мкл модификатора и бланковый раствор до общего для всех растворов объёма 30 мкл.

Этот метод не рекомендуется  для свежего молока или порошков цельных молочных сливок. Для таких  образцов или используют кислотное  разложение или добавляют кислород на стадии озоления при анализе.

Так как Cd обычно присутствует в малых количествах, градуировочный раствор Cd должен иметь концентрацию 5 мкг/л или меньше. Для кадмия температура озоления должна быть не больше 750ºС.

 

 

 

4.3 Методы определения свинца

 

Свинец – высокотоксичный кумулятивный яд, поражающий нервную систему, почки. Хроническая интоксикация наступает при потреблении 1–3 мг в сутки. ФАО/ВОЗ установлена общая недельная безопасная доза 50 мкг/кг массы тела. Так как часть свинца поступает с воздухом и водой, с пищей человек может потреблять 300–400 мкг в день.

В моллюсках содержание свинца может достигать 15 мг/кг. В консервированных (в металлической таре) продуктах, содержащих кислоты, особенно в плодовых и овощных, содержание свинца может  увеличиваться в 10 раз и более  по сравнению с естественным уровнем.

Свинец депонируется в  основном в скелете (до 90%) в форме  труднорастворимого фосфата:

                 

                            (3)

Используют как сухое  озоление с добавкой нитрата магния или алюминия и кальция, так и  мокрое – смесью азотной и хлорной кислот, применение серной кислоты не рекомендуется. Для текущих исследований – колориметрия с дитизоном, в который для устранения мешающего влияния цинка и олова добавляют цианид калия. Теряется в заметном количестве в присутствии хлоридов. Озоление веществ, содержащих свинец, проводится при температуре (500–600)º С. Определение проводят согласно ГОСТ 26932–86, ИСО 6633–84.

 

4.4 Методы определения ртути

 

Ртуть – высокотоксичный, кумулятивный яд, поражающий нервную систему и почки. Наиболее токсичны некоторые органические соединения, особенно метилртуть, составляющая в рыбе от 50 до 90% общей ртути. Установлена недельная безопасная доза общей ртути 5 мкг/кг массы тела, в том числе метилртути 3,3 мкг/кг. В наибольших количествах содержится в рыбе, обычно пропорционально ее возрасту и размеру, и особенно велико ее содержание у хищных рыб. При кулинарной тепловой обработке рыб теряется около 20% ртути.

Токсическое действие соединений ртути на организм вызывается тем, что  ионы этих металлов вступают во взаимодействие с сульфгидрильными SH–группами белков, ферментов и аминокислот. При взаимодействии ионов металлов с SH–группами образуются слабодиссоциирующие и, как правило, нерастворимые соединения. Поэтому блокирование сульфгидрильных групп приводит к подавлению активности ферментов и свертыванию белков.

Из-за летучести элемента возможны потери даже при хранении и сушке образца. Поэтому рекомендуют только мокрое озоление смесями азотной, серной, иногда хлорной кислот с добавкой перманганата или молибдата при невысоких температурах и в специальной герметичной аппаратуре.

Определение ртути в пищевых  продуктах и других биологических  объектах требует точности и высокого мастерства. В настоящие время  ртуть определяют тремя основными  аналитическими методами: колориметрический, методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии и методом нейтронно-активационного анализа.

Колориметрический метод. Этот метод основан на переводе металла, содержащегося в навески, в комплекс с дитизоном, который экстрагируют органическим растворителем и затем  колориметрируют. Эти операции длительны; предел обнаружения составляет около 0,05 мг/кг. Для определения требуется  большая навеска (5 г) образца.

Метод пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии. Методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии в настоящие время широко используется для определения ртути. Имеется оборудование, позволяющее приспособить стандартную атомно-абсорбционную спектрометрию для так называемой техники холодного испарения. При этом используются циркуляционные и нециркуляционные методы. В первом случае содержание ртути в образце измеряют по значению мгновенной абсорбции ртути при прохождении ее паров через абсорбционную ячейку. При циркуляционных методах пары ртути накапливаются постепенно до достижения постоянной абсорбции. Для перевода ионов ртути в молекулярную форму используется хлорид олова. Метод применим для растворов, содержащих ртуть в форме, легко поддающейся восстановлению хлоридом олова.

Для определения ртути  используются и другие аналитические  методы.

Нейтронно-активационный анализ, например, характеризуется высокой селективностью и точностью. Он эффективен для определения ртути в небольших навесках при проведении общего анализа пищи.

Арбитражный метод – атомно-абсорбционный с использованием техники низкотемпературного холодного пара. Для текущих, исследований — колориметрия с йодидом меди. Колориметрия с дитизоном не рекомендуется, так как для большинства продуктов не позволяет определять величины ПДК. Метилртуть определяют методом газожидкостной хроматографии. Также определяют содержание ртути согласно нормативным документам ГОСТ 26927–86.

 

 

 

4.5 Методы определения цинка

 

Цинк – необходимый элемент, участвующий в работе ряда важных ферментов и гормона инсулина. Повышенные количества цинка токсичны. Так, признаки токсичности установлены при длительном потреблений воды с содержанием цинка 0,04 мг/кг. Много содержится в пшеничных отрубях и в устрицах — до 150 мг/кг. При хранении кислых продуктов в оцинкованной таре содержание элемента может увеличиваться в несколько раз.