Методы определения содержания тяжелых металлов в различных пищевых продуктах

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Кафедра химии

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

на тему: «Методы определения содержания тяжелых металлов в различных пищевых продуктах.»

 

 

 

 

Студентка

  2 курс специальность  _______________                                    _______________                                                     

                                                                                                  подпись дата

____________________

                              оценка

                                                                                                                                       

 

 Научный  руководитель к.б.н.

________________                                                     

подпись дата

                                                

Ульяновск 2015

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………  3

1.Классификация и методы определения тяжелых металлов в пищевых продуктах……………………………………………………………………………4

  1.1Понятие и методы качественного и количественного анализа......4 
  1.1.2Качественный анализ…………………………………………………..…4 
  1.1.3Количественный анализ………………………………………………………6

2.Классификация и характеристика методов исследования пищевых продуктов…………………………………………………………………………...10

  2.1Физические и физико-химические методы…………………………………10 
2.2Химические и биохимические методы………………………………………12 
2.3Микробиологические методы…………………………………………………13 
2.4Физиологические методы……………………………………………………..13

3.Методы определения тяжёлых металлов в пищевых продуктах……………14

 3.1Методы определения мышьяка………………………………………………14 
3.2 Методы определения кадмия…………………………………………………15 
3.3 Методы определения свинца…………………………………………………15 
3.4 Методы определения ртути…………………………………………………16 
3.5 Методы определения цинка…………………………………………………17 
3.6 Методы определения железа…………………………………………………18

 3.7 Методы определения йода……………………………………………………19 
Заключение…………………………………………………………………………23 
Список литературы…………………………………………………………………25

 

 

 

 

 

Введение.

 

За последнее время большое значение приобрела проблема, связанная с загрязнением пищевых продуктов тяжёлыми металлами и  другими химическими веществами. В атмосферу идет огромный выброс токсичных веществ со всевозможных производств: фабрик, заводов и т.д. Попадая в атмосферу и воду, тем самым они загрязняют и почву, а с ней и растения. Растения, в свою очередь, это основа всех пищевых продуктов. 
Тяжелые металлы также попадают в мясо, молоко, так как животные, употребляя растения, употребляют тем самым и токсичные элементы, то есть тяжелые металлы, которые накапливаются в растениях. Завершающим звеном в этой цепочке, является человек, который потребляет большое разнообразие продуктов. 
Тяжелые металлы способны накапливаться и трудно выводиться из организма. Они пагубно влияют на организм человека и здоровья в целом. 
Поэтому важной задачей является разработка методов определения токсичных веществ в продуктах. При этом весьма важным вопросом является также определение среднего и предельно допустимого содержания концентраций металлов. 
Целью курсовой работы является:

рассмотрение методов определения содержания тяжёлых металлов в различных продуктах; отрицательное влияние тяжелых металлов на организм человека и животных; отрицательное влияние тяжелых металлов на окружающие среду и растения; болезни, возникающие от переизбытка тяжелых металлов в организме человека; поведение тяжелых металлов в воздухе, в воде, в почве.

 

 

 

 

 

1.Классификация и методы определения тяжёлых металлов в пищевых продуктах.

 

1.1 Понятие и методы качественного и количественного анализа.

   Качественный и количественный анализ являются предметом аналитической химии. Аналитическая химия занимается исследованием экспериментальных методов определения состава веществ. Определение состава веществ  включает выявление природы компонентов, из которых состоит исследуемое  вещество, и установление количественных соотношений этих компонентов. 
Сначала устанавливают качественный состав исследуемого объекта, т.е. решают вопрос, из чего он состоит, а затем  приступают к определению количественного  состава, т.е. узнают, в каких количественных соотношениях обнаруженные составные  части находятся в объекте  исследования. 

  1.1.2Качественный анализ.

   Качественный анализ вещества можно проводить химическими, физическими, физико–химическими методами. 
Химические методы анализа основаны на применении характерных химических реакций для установления состава анализируемого вещества. 
  Химический анализ вещества проводят двумя способами: «сухим путем» или «мокрым путем». Анализ сухим путем – это химические реакции, происходящие с веществами при накаливании, сплавлении и окрашивании пламени. 
Анализ мокрым способом – это химические реакции, протекающие в растворах электролитов. Анализируемое вещество предварительно растворяют в воде или других растворителях. В зависимости от массы или объема взятого для анализа вещества, от применяемой техники различают макро–,полумикро– и микрометоды. 
  Макрометод. Для проведения анализа берут 1–2 мл раствора, содержащего не менее 0,1 г вещества, и добавляют не менее 1 мл раствора реактива. Реакции проводят в пробирке, осадок отделяют фильтрованием. Осадок на фильтре промывают. 
   Полумикрометод. Для анализа берут в 10–20 раз меньше вещества (до 0,01 г). Так как в этом методе работают с малыми количествами вещества, то пользуются микропробирками, часовыми или предметными стеклами. Для отделения осадка от раствора применяют центрифугирование. 
   Микрометод. При выполнении анализа данным методом берут одну–две капли раствора, а сухого вещества – в пределах 0,001г. Характерные реакции проводят на часовом стекле или фарфоровой пластинке. 
При проведении анализа пользуются следующими операциями: нагревание и выпаривание, осаждение, центрифугирование, проверка полноты осаждения, отделение  раствора (центрифуга) от осадка, промывание и растворение осадка. 
  Нагревание растворов можно вести непосредственно пламенем газовой горелки, на асбестовой сетке или водяной бане. Небольшое количество раствора нагревают до температуры, не превышающей 100°С, на водяной бане. 
  Для концентрирования растворов применяют водяную баню. Выпаривание раствора до сухого остатка проводят в фарфоровых чашках или тиглях, нагревая их на асбестовой сетке. Если сухой остаток после выпаривания необходимо прокалить для удаления летучих солей, то тигель ставят на фарфоровый треугольник и нагревают пламенем газовой горелки. 
  Осаждение. Реакцию осаждения проводят в конических колбах или цилиндрической пробирках. В исследуемый раствор приливают пипеткой реактив–осадитель.Осадитель берут в избытке. Смесь тщательно перемешивают стеклянной палочкой и потирают о внутренние стенки пробирки, это ускоряет процесс образования осадка.

    Центрифугирование. Осадок отделяют от раствора центрифугированием, используя ручную или электрическую центрифугу. Пробирку с раствором и осадком помещают в гильзу. Центрифуга должна быть загружена равномерно. При быстром вращении центробежная сила отбрасывает частицы осадка на дно и уплотняет его, а раствор (центрифугат) становится прозрачным. Время вращения составляет от 30 с до нескольких минут. 
   Проверка полноты осаждения. Пробирку осторожно вынимают из центрифуги и добавляют по стенке 1–2 капли реактива–осадителя к прозрачному раствору. Если раствор не мутнеет, значит осаждение полное. Если же наблюдается помутнение раствора, то в пробирку еще добавляют осадитель, содержимое перемешивают, нагревают и вновь центрифугируют.

  Отделение раствора (центрифугата) от осадка. Убедившись в полноте осаждения, отделяют раствор от осадка. Раствор от осадка отделяют капельной пипеткой. Пипетку закрывают указательным пальцем и осторожно вынимают из пробирки. Если отобранный раствор необходим для анализа, то его переносят в чистую пробирку. Для полного отделения операцию повторяют несколько раз. При центрифугировании осадок может плотно осесть на дно пробирки, тогда раствор отделяют декантацией (осторожно сливают). 
   Промывание осадка. Осадок (если он исследуется) необходимо хорошо отмыть; для этого приливают промывную жидкость, чаще всего дистиллированную воду. Содержимое тщательно перемешивают стеклянной палочкой и центрифугируют, затем промывную жидкость отделяют.  
   Растворение осадка. Для растворения осадка в пробирку добавляют растворитель, помешивая стеклянной палочкой. Нередко растворение осадка ведут при нагревании на водяной бане.

 

1.1.3 Количественный анализ.

    Для определения количественного состава вещества или продукта используются реакции нейтрализации, осаждения, окисления – восстановления, комплексообразования. Количество вещества можно определить по его массе или объему раствора, затраченного на взаимодействие с ним, а также по показателю преломления раствора, его электрической проводимости.По количеству взятого для исследования вещества аналитические методы количественного анализа  классифицируются следующим образом: макроанализ – 1–10 г твердого вещества, 10–100 мл анализируемого раствора; полумикроанализ – 0,05–0,5 твердого вещества, 1–10 мл анализируемого раствора; микроанализ – 0,001–1–10–4 г твердого вещества, 0,1–1*10–4 мл анализируемого раствора. В товароведной практике часто пользуются гравиметрическим (весовым) и титриметрическим (объемным) методами. 
   Гравиметрический (весовой) анализ – один из методов количественного анализа, который позволяет определять состав анализируемого вещества путем измерения массы. Измерение массы (взвешивание) выполняется на аналитических весах с точностью 0,0002 г. Этот метод часто используется в пищевых лабораториях для определения влажности, зольности, содержания отдельных элементов или соединений. Анализ может быть выполнен одним из способов. 
  Определяемую составную часть количественно (полностью, насколько это возможно) выделяют из исследуемого вещества и взвешивают. Так определяют зольность продуктов. Взвешенный на аналитических весах исходный продукт (навеску) сжигают, полученную золу доводят до постоянной массы (прокаливают до тех пор, пока не перестанет изменяться масса) и взвешивают. 
  Объемный анализ – метод количественного анализа, где искомое вещество определяют по объему реактива с точно известной концентрацией, затраченному на реакцию с этим веществом. 
При определении объемным методом к известному объему раствора определяемого вещества малыми порциями (по каплям) добавляют реактив с точно известной концентрацией до тех пор, пока его количество не будет эквивалентно количеству определяемого вещества. Раствор реактива с точно известной концентрацией называется титрованным, рабочим или стандартным раствором. 
   Процесс медленного прибавления титрованного раствора к раствору определяемого вещества называется титрованием. Момент, когда количество титрованного раствора будет эквивалентно количеству определяемого вещества, называется точкой эквивалентности или теоретической точкой конца титрования. Для определения точки эквивалентности пользуются индикаторами, которые вблизи ее претерпевают видимые изменения, выражающиеся в изменении цвета раствора, появлении помутнения ,выпадения осадка. 
  Важнейшие условия для правильного проведения объемно–аналитических определений: 
1) возможность точного измерения объемов растворов; 
2) наличие стандартных растворов с точно известной концентрацией; 
3) возможность точного определения момента окончания реакции.

В зависимости от того, на какой реакции основано определение, различают следующие разновидности объемного метода:

-метод нейтрализации. 
-метод окисления – восстановления. 
-метод осаждения и комплексообразования.

    В основе метода нейтрализации лежит реакция взаимодействия ионов Н+ и ОН-Метод применяется для определения кислот, оснований и солей (которые реагируют с кислотами или основаниями) в растворе. Для определения кислот используют титрованные растворы щелочей КОН или NаОН, для определения оснований–растворы кислот НС1, Н2SO4. 
   Для определения содержания, например, кислоты в растворе точно отмеренный пипеткой объем раствора кислоты в присутствии индикатора титруют раствором щелочи точно известной концентрации. Точку эквивалентности определяют по изменению цвета индикатора. По объему щелочи, израсходованной на титрование, вычисляют содержание кислоты в растворе. 
   Метод окисления – восстановления основан на окислительно-восстановительных реакциях, происходящих между стандартным раствором и определяемым веществом. Если стандартный раствор содержит окислитель (восстановитель), то определяемое вещество должно содержать соответственно восстановитель (окислитель).

  Метод окисления-восстановления подразделяется, в зависимости от используемого стандартного раствора на метод перманганатометрии и др.

В основе метода осаждения лежат реакции, сопровождающиеся выпадением осадка. В отличие от гравиметрического метода обработку осадка здесь не производят, массу исследуемого вещества определяют по объему реактива,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Классификация и характеристика методов исследования пищевых продуктов.

 
   Лабораторные методы широко применяются для установления химического состава, доброкачественности, физических и других свойств пищевых продуктов, а также для изучения процессов, происходящих в продуктах при технологической обработке и  во время хранения. В зависимости  от способов получения результатов эти методы подразделяют на: физические; физико-химические; химические; биохимические; микробиологические; физиологические;  технологические.

  Осуществляют лабораторные методы с помощью приборов и химических реактивов, поэтому полученные результаты выражают конкретными величинами, которые отличаются большой точностью и выражаются в количественных показателях.

 
2.1 Физические и физико-химические методы.

   Физические и физико-химические методы характеризуются быстротой выполнения анализа, высокой степенью точности и малым количеством продукта, необходимого для анализа. Физические методы основаны на использовании физических свойств объектов исследования. Из физических методов в исследованиях качества продуктов чаще всего применяют поляриметрию, рефрактометрию и реологические методы. Физическими методами определяют относительную плотность продукта, температуры плавления и застывания продуктов, оптические показатели и др. 
  Поляриметрия основана на способности некоторых оптически активных веществ вращать плотность поляризованного луча, проходящего через их растворы, в приборе (поляриметре, сахариметре). Поляриметрию обычно используют для установления вида сахара (сахарозы, глюкозы, мальтозы, фруктозы) и определения его концентрации в растворе. 
С помощью рефрактометрии определяют содержание в продукте жира, влаги, спирта, сахара и других веществ, определяют качество жиров. Этот метод основан на измерении показателя преломления света в рефрактометре при прохождении его через жидкий продукт. 
  Реологические методы применяют для изучения структурно–механических свойств пищевых продуктов. Эти свойства проявляются при механическом воздействии на продукты и характеризуют их поведение под действием, приложенной извне механической энергии. С помощью реологических методов определяют упруговязкие характеристики теста, вязкость мясного фарша, прочность крахмального клейстера, консистенцию маргарина и т.д. 
   Физико-химические методы основаны на изучении зависимости между физическими свойствами и составом анализируемого вещества. Из физико-химических методов для исследования качества продуктов пользуются хроматографическим, потенциометрическим, фотометрическим, люминесцентным, кондуктометрическим, нефелометрическим методами.

С помощью хроматографии изучают содержание и изменение химических веществ в процессе производства и хранения пищевых продуктов, природу и количество ароматических и красящих веществ, аминокислотный состав белков, жирнокислотный состав, содержание витаминов, органических кислот, сахаров, наличие ядохимикатов и фальсификацию пищевых продуктов. 
   Хроматографический метод отличается высокой чувствительностью. Принцип анализа основан на том, что вещества, близкие по своим свойствам, обладают различной  адсорбционной способностью, поэтому при прохождении через сорбент они разделяются.

    Потенциометрический метод основан на определении потенциала между электродом, насыщенным водородом, и жидкостью, имеющей водородные ионы. Этот метод широко используется для измерения рН. 
Концентрация свободных ионов водорода характеризует качество большинства пищевых продуктов. Этот показатель можно применять для контроля биохимических процессов, происходящих при переработке и  хранении пищевых продуктов, с активной кислотностью среды теснейшим образом связана жизнедеятельность микроорганизмов, по величине рН можно судить о свежести мяса и некоторых других продуктов. 
   Фотометрические методы основаны на взаимодействии лучистой энергии с анализируемым веществом. Они позволяют определить компоненты химического состава пищевых продуктов и судить об их свежести, доброкачественности. К этим методам относятся фотоколориметрия, спектрофотометрия, люминесцентный анализ и др. 
     Фотоколориметрический и спектрофотометрический методы основаны на избирательном поглощении света анализируемым веществом. 
Фотоколориметрические методы определения концентрации вещества основаны на сравнении поглощения или пропускания света стандартным и исследуемым окрашенным раствором, причем степень поглощения регистрируется специальным оптическим прибором – колориметром.        Спектрофотометрия основана на измерении оптической плотности и процента пропускания световых потоков определенной длины волны через исследуемый раствор. Спектрофотометры применимы  для анализа как одного вещества, так и систем, содержащих несколько  компонентов. Кроме того, они позволяют работать как с окрашенными растворами, так и с бесцветными. 
Фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методами можно установить содержание, кофеина в чае и кофе, теобромина в какао, красящих веществ в плодах и овощах.

 

2.2 Химические и биохимические методы.

   Химическими методами определяют содержание в пищевых продуктах минеральных веществ, воды, сахаров, жиров, а также витаминов и других компонентов.