Prev
Next 
1. Kényelmi élelmiszerek kálium- és nátrium tartalmának meghatározása lángfotometriás eljárással, zárt terű „teflon-bombás” és mikrohullámú roncsoláson alapuló mintaelőkészítést követően
Tanulási célok
Kényelmi élelmiszerek kálium- és nátrium tartalmának meghatározása lángfotometriás eljárással, zárt terű „teflon-bombás” és mikrohullámú roncsoláson alapuló mintaelőkészítést követően

Bevezetés, lángfotometria

Bevezetés

A fejlett országok élelmiszerfogyasztási szokásai folytonos változásban vannak, aminek egyik jele a kényelmi élelmiszerek egyre növekvő népszerűsége. A kényelmi élelmiszerek olyan, általában magas feldolgozottságú termékek, amelyek gyorsan, egyszerűen hozhatók étkezésre kész állapotba. A kényelmi élelmiszerek iránti igényt elsősorban az táplálja, hogy a háziasszonyok minél kevesebb időt legyenek kénytelenek a konyhában főzéssel tölteni. Ide tartoznak a pl. a levesporok, az előre elkészített szószok, salátaöntetek, a konzervek, a sütés-főzésre kész panírozott-, pácolt húsok is.

Biológiai tanulmányainkból tudjuk, hogy a nátrium- és a kálium ionok fontos szerepet játszanak az emberi szervezet működésében, pl. az idegrendszeri jelek továbbításában, az izom-összehúzódás elindításában, a szívritmus és a vérnyomás szabályozásában, és a sejtek tápanyagfelvételében. Egy felnőtt átlagos napi kálium szükséglete 2-5 g, míg nátriumból 0,5-2 g közötti érték. Normális esetben átlagos táplálkozás mellett nátrium- ill. káliumhiány nem alakul ki, hiszen megfelelő mennyiségben vesszük őket magunkhoz (1. táblázat). Hiány csak speciális esetekben jelentkezik pl. erős hasmenés, izzadás, hányás esetén. A nátrium esetében inkább a túlfogyasztás jellemző, hiszen ételeink sózásával gyakran túlzott mennyiséget viszünk be a szervezetünkbe. (Az alacsony nátrium-tartalmú, speciális diétás élelmiszer-készítményekre vonatkozó előírásokat a Codex Alimentarius CODEX STAN 53-1981 részletezi.) Az élelmiszer alapanyagok nátrium- ill. kálium-tartalmát számos tényező befolyásolja (pl. műtrágyázás, talaj, takarmány stb.), emellett jelentős mennyiségű só kerülhet ételeinkbe a tartósítószerek révén is. A kényelmi élelmiszerek többsége jelentős mennyiségű nátriumot /részben tartósítási, részben ízesítési okból, pl. Na-glutamátként/ ill. káliumot tartalmaz.
1. Táblázat Néhány élelmiszeripari alapanyag és termék Na- és K-tartalma
Na mg/100g
K mg/100 g
Burgonya
3
340
Paradicsom
5
240
Banán
22
500
Rizs
6
103
Csirkehús
50
360
Szárított élesztő
50
2000
Tonhalkonzerv
420
280
Teljeskiőrlésű liszt
3
370
Doughnut
60
110
Sonkakonzerv
1250
280
Mogyoróvaj
350
700
Halkrém
600
300
Zöldségleves (konzerv)
500
140
Asztali só
38850
20
Lángfotometria

Na- ill. K-tartalom meghatározásakor a műszeres spektrometriai megoldások közül szóba jöhet az ICP-AES/OES, az atomabszorpciós technikák és a lángfotometria is. A lángfotométer elsősorban alkálifémek és alkáliföldfémek mérésére kifejlesztett atomemissziós spektrométer. Egyszerűsége, gyorsasága, rutin mérésekre való alkalmassága és költséghatékonysága miatt a lángfotometria alkalmazása kézenfekvő megoldásnak tűnik jelen feladathoz. A módszer mérési tartománya készüléktől függően természetesen mutathat eltéréseket, de általában a mg/L-es (ppm) koncentráció tartományban, közepes pontosságú (1-3 % hiba) eredményeket adnak. A mi esetünkben elegendő a lángfotométerrel elérhető precizitású mérés, mintáink várható Na- és K-tartalma is megfelel ahhoz, hogy lángfotometriásan határozzuk meg őket.
A lángfotometria olyan emissziós színképelemzési módszer, ahol a mérés során a folyékony mintát gáz-lángba porlasztva a minta atomjai (ionok, molekulák) a láng hőmérsékletén termikusan gerjesztődnek. A láng kettős szerepet lát el, atomizál és gerjeszt is (ellentétben az atomfloureszcenciával, ahol a gerjesztést külső forrás biztosítja). A gerjesztett állapot foton emisszió útján szűnik meg. A kibocsátott (emittált) elektromágneses sugárzás hullámhossza az atom, illetve molekula elektronszerkezetétől függ és az anyagi minőségre jellemző, a sugárzás intenzitása –megfelelően megválasztott körülmények között- arányos a gerjesztett atomok ill. molekulák mintabeli koncentrációjával. A lángban lejátszódó főbb folyamatokat az alábbi ábra szemlélteti.
A folyékony halmazállapotú mintát általában egy pneumatikus porlasztó segítségével juttatjuk be a lángba. Az acetilén/levegő láng hőmérséklete elegendő az alkáli- és alkáliföldfémek atomizálásához és gerjesztéséhez, a mintából származó egyéb atomok gerjesztése csak kismértékben következik be (ezek emissziós vonalai amúgy is többnyire a 400 nm alatti tartományban jelentkeznének). Az alkálifém atomok könnyen, alacsony hőmérsékleten is atomizálhatók ill. gerjeszthetők, emissziós spektrumuk viszonylag egyszerű, elsősorban 400 nm-nél nagyobb hullámhosszú vonalakból áll, ezért a mérést spektrális zavaró hatás kevéssé befolyásolja. A vonalszegény spektrum lehetővé teszi, hogy egy egyszerű színszűrő (Na 589 nm, K 766 nm) alkalmazásával válasszuk ki a mérendő elem vonalát a láng spektrumából. A színszűrőn átjutott, a vizsgált elem mintabeli koncentrációjával arányos intenzitású fényt detektáljuk, elektromos jellé alakítjuk.

Mint említettük, spektrális zavaró hatással nemigen kell számolnunk (a CaOH sávrendszere 543-622 nm-ig zavarhat), alkálifémeknél azonban jelentős lehet az ionizációs zavaró hatás. Magasabb hőmérsékletű lángban az ionizáció miatt nagymértékben csökkenhet a szabad atomok száma és ezáltal a jelintenzitás. Ezt a hatást szükség esetén a láng elektron-koncentrációjának növelésével (ionizációs puffer adagolása [1] ), esetleg a láng hőmérsékletének csökkentésével szoríthatjuk vissza. Kémiai zavaró hatásról akkor beszélünk, ha a lángban lezajló reakciók eredményeként a meghatározandó elemünk nehezen párolgó ill. bomló vegyületeket képez. Ezek a vegyületek (pl. szulfát-, foszfát-) csökkentik a szabad atomok koncentrációját a lángban, ami jelcsökkenést okoz. A hatás kiküszöbölése történhet a zavaró ionok eltávolításával (pl. ioncsere, extrakció), magasabb hőmérsékletű vagy reduktívabb láng használatával, illetve mentesítő reagens hozzáadásával [2] . Fizikai zavarás akkor léphet fel, ha a kalibráló- és minta oldatok fizikai tulajdonságai (viszkozitás, felületi feszültség) eltérőek, hiszen ezek befolyásolják a porlasztási hatásfokokat. Ez utóbbi zavarás a kalibráló- és minta oldatok összetételének közelítésével, illetve standard addíciós módszerrel küszöbölhető ki.

[1] Fölöslegben (kb. 100-szoros) könnyen ionizálódó elemet adunk az oldathoz
[2] Olyan reagens, amely stabilabb vegyületet képez a zavaró ionnal, mint a meghatározandóval.

Mintaelőkészítés, Na- és K-tartalom mérése lángfotométerrel

Mintaelőkészítés

A mintaelőkészítés az élelmiszeranalitikai mérések egyik kritikus pontja. Célja, hogy a mintát a mérőrendszer számára alkalmas állapotba hozza. A mintafeltárás célja hogy a meghatározandót (itt Na, K) a minta szerkezetének roncsolásával, feltárásával kiszabadítsa a mintamátrixból [1] . Mintáinkat a lángfotometriás meghatározáshoz folyékony halmazállapotba kell hozni. Nem feledkezhetünk el a minták homogenitásának biztosításáról sem, amely pl. készétel-konzerv esetében nem is olyan nyilvánvaló dolog. Mivel a mintánkban jelenlévő összes Na- ill. K tartalmat szeretnénk meghatározni, ez a minta teljes roncsolását, mineralizációját igényli. A gyakorlat során két, gyakran alkalmazott, zárt terű, nedves feltárási eljárás összehasonlítására nyílik lehetőségünk. Az ún. „teflon-bombás” és a mikrohullámú roncsolóberendezéssel végzet feltárás fontosabb lépéseit a 2. táblázat tartalmazza. A kuktában történő roncsolás során csak feleannyi mintát mérhetünk be a teflon-bombák kisebb térfogata és nyomástűrése miatt. A kétféle mintafeltárás eredményeként 10 ill. 50 ml feltárt mintát kapunk, a hígítási faktor mindkét esetben 50-szeres.
2. Táblázat A “teflon-bombás” és a mikrohullámú roncsoló berendezéssel végzett minta-előkészítés műveleti lépései.
Roncsolás kuktában, teflon-bombákban [2]
Mikrohullámú roncsolás [3]
Minta előkészítése roncsoláshoz
homogenizálás mintától függően (darálás, rázás, keverés)
homogenizálás mintától függően (darálás, rázás, keverés)
Minta bemérés
0,2 g
0,5 g
Roncsolás
2 ml cc. HNO_3
+ 2 ml H_2O_2
8 óra előroncsolás szobahőmérsékleten
5 ml cc. HNO_3
8 óra előroncsolás szobahőmérsékleten
+ 3 ml H_2O_2
Roncsolási időprogram
forrástól számított 1 óra
20 perc – felfűtés (250 psi–ig [4] )
15 perc – roncsolás
20 perc – hűtés
Feldolgozás
roncsolmány hígítása, átmosása 10,0 ml végtérfogatra ioncserélt vízzel
roncsolmány hígítása, átmosása 25,0 ml végtérfogatra ioncserélt vízzel
A mérési eredmények megbízhatóságának növelése érdekében párhuzamos minták analízisére is sor kerülhet (ugyanabból a mintából több roncsolást végzünk). Kontroll minták roncsolása minden esetben szükséges. Ekkor a roncsolást savakkal, a minta bemérése nélkül végezzük.

Mérés megvalósítása
A kibocsátott fény intenzitása és az oldat koncentrációja között egyenes arányosság áll fenn, ha zavaró tényezők nem érvényesülnek. Általánosan érvényes, gyakorlati összefüggés a Scheibe-Lomakin összefüggés:
I = ac^b
ahol „I” a meghatározandó elem emissziójának intenzitása, „c” a koncentráció, „a” és „b” állandók, adott kísérleti körülmények és koncentráció-tartományok esetén. A lángfotometria relatív módszer, a minta mennyiségi összetételének meghatározásához összehasonlító (kalibráló) oldatokat használunk. Minimum három pontos kalibráció szükséges az analitikai görbe felvételéhez, ha nem lineáris (nagyobb koncentrációk felé hajló, illetve konvex) kiértékelő görbét kapunk, két pontos kalibráció megfelelő lineáris kapcsolat esetén. A kalibráló oldatok koncentrációit az adott élelmiszer várható koncentráció tartományához érdemes igazítani, nagyobb nátrium koncentrációkra számíthatunk pl. ételízesítők esetén, kisebbekre pl. bébiételek esetén. A kalibráló oldatok sav-tartalmát az eltérő porlasztási hatásfokokból adódó hiba kiküszöbölésére a minta oldat savtartalmához igazítjuk.
A végeredmény kiszámításánál a hígítási faktorok figyelembevétele szükséges.
Kérdések:
  1. Mit gondol, milyen (nem feltétlenül csak élelmiszeripari) minták esetében alkalmazható még sikerrel a lángfotometria?
  2. Hasonlítsa össze a két feltárási móddal kapott eredményeket!
  3. Sorolja fel, milyen zavaró hatások léphetnek fel lángfotometriás meghatározásoknál?

[1] mintamátrix: a vizsgálandó minta meghatározandó komponensén/komponensein kívüli összetevők
[2] A teflon-bombás roncsolás során saját tervezésű, csavarmenettel záródó teflon edényekbe mérjük be a roncsolandó mintákat illetve a savakat. Az edényeket lezárt állapotban egy közönséges kuktába helyezzük némi vízzel, lezárjuk, majd melegítjük
[3] A mikrohullámú roncsolás műveleti lépései a CEM Mars 5 típusú roncsoló berendezésére vonatkoznak.
[4] psi – nyomás mértékegység (pound-force per square inch), 1 psi ≈ 6,89 kPa; 250 psi ≈ 17,2 BAR ≈ 1,7 MPa
 Prev
Next