Классификация измерительных методов исследования состава и свойств вещества

Лекция 7

Инструментальные методы исследования продуктов растительного и животного происхождения

Физико-химические методы исследования пищевых продуктов. Физико-химические методы исследования химического состава сырья и пищевых продуктов. Оптические свойства вещества. Практическое применение этих методов для исследований пищевых смесей.

Электрохимические методы исследования. Общие вопросы. Виды электродов, применяемых для анализа пищевых объектов. Примеры потенциометрических расчетов. Методы измерения рН в пищевых экстрактах. Определение минеральных составляющих сырья растительного и животного происхождения с помощью индикаторных электродов.

Спектроскопия. Спектральный анализ как экспресс-метод определения химического состава пищевых объектов. Волновые и квантовые характеристики электромагнитного излучения (ЭМИ). Атомно-эмиссионная и атомно-абсорбционная спектроскопия. Молекулярная спектроскопия. Окраска вещества. Абсорбционный анализ в видимой и в ультрафиолетовой (УФ) областях спектра. Закон Ламберта–Бугера–Бера. Примеры фотометрических определений для установления химического состава и пищевой ценности продуктов.

Первоочередными задачами любого пищевого производства с учетом нынешней стоимости сырья следует считать:

– организацию контроля технологического процесса;

– управление качеством и безопасностью продукции;

– снижение потерь сырья.

Современные аналитические методы исследования незаменимы для установления безвредности пищевого сырья и продуктов в связи с возможным попаданием в них различных химических соединений, применяемых для борьбы с вредителями сельского хозяйства (пестициды), радиоактивных изотопов, полициклических ароматических углеводородов, а также искусственных красителей, химических консервантов и т. д.

Применение современных инструментальных методов исследования пищевых продуктов позволяет не только изучить их свойства, но и получить информацию об изменениях их состава, не обнаруживаемых органолептическими методами, а также прогнозировать изменение качества при технологической обработке и хранении продуктов для установления способов и режимов хранения и сроков годности.

В настоящее время система управление качеством пищевых продуктов тесно взаимосвязана с дистанционными методами определения температуры, влажности, освещенности, состава и движения воздуха и других режимных параметров, на основе которых могут быть обеспечены оптимальные технологические режимы.

Применяемые в настоящее время инструментальные методы исследования состава и свойств пищевых продуктов весьма разнообразны. Они основываются на использовании физических, химических, биохимических и других эффектов взаимодействия исследуемого объекта с первичными преобразователями (датчиками). Сигналы от датчиков воспринимаются вторичными приборами и преобразуются в информацию.

Многообразие применяемых схем и конструкций датчиков и вторичных приборов обусловливает необходимость классификации этих методов и их систематизации.

Для практического использования наиболее удобной является классификация методов исследования состава и свойств вещества, приведенная в таблице

Классификация измерительных методов исследования состава и свойств вещества

 

Измеряемые	Определяемые	Методы
параметры	свойства	исследования
Механические	Плотность, удельный вес,	Поплавковый
	коэффициент динами-	Весовой
	ческой и кинематической	Гидростатический
	вязкости	Динамический
		Капиллярный
Термодина-	Тепловой эффект реакции,	Термохимический
мические	упругость паров	Манометрический
Электро-	Электрическая	Кондуктометрический
химические	проводимость,	Потенциометрический
	электродный потенциал,	Деполяризационный
	сдвиг электродного	Гальванический
	потенциала, потенциал	Полярографический
	выделения ионов,	Кулонометрический
	предельная плотность
	тока, скорость электролиза
Волновые	Интенсивность излучения,	Фотометрический
	рассеяния и поглощения	Фотоколориметрический
	света; показатель прелом-	Нефелометрический
	ления света; вращение	Спектрометрический
	плоскости поляризации;	Оптико-акустический
	интенсивность	Квантометрический
	взаимодействия со средой	Рефрактометрический
	рентгеновских и	Интерферометрический
	радиоактивных излучений;	Поляриметрический
	скорость распространения	Рентгеноспектрометрический
	и поглощения	Радиоизотопный
	ультразвука;	Ультразвуковой
	интенсивность	Ядерного магнитного резонанса
	поглощения	Электронный
	электромагнитных	Парамагнитного резонанса
	колебаний
Электрические	Электрическая	Термическая ионизация
и магнитные	проводимость газов	Ионизация радиоактивными
	и паров, диэлектрическая	излучениями
	проницаемость, удельная	Фотоионизация
	магнитная восприим-	Диэлькометрический
	чивость, удельный заряд	Емкостный
	частиц	Термомагнитный
		Магнитоэффузионный
		Магнитомеханический
		Масс-спектрометрический

 

 

В основе всех методов анализа лежит измерение либо химического, либо физического свойства вещества, называемого аналитическим сигналом, зависящего от природы вещества и его содержания в пробе.

В химических методах анализа для получения аналитического сигнала используется химическая реакция. В качестве аналитического сигнала в химических методах выступает либо масса вещества (гравиметрический метод анализа), либо объем реактива - титранта (титриметрические методы).

 

Физико - химические методы анализа основаны на регистрации аналитического сигнала какого-то физического свойства (потенциала, тока, количества электричества, интенсивности излучения света или его поглощения и т. д.) при проведении химической реакции.

 

Физические методы - методы, при реализации которых регистрируется аналитический сигнал каких-то физических свойств (ядерные, спектральные, оптические) без проведения химической реакции.

Деление методов на физические и физико - химические часто условно, так как бывает трудно отнести метод к той или иной группе. Физические и физико - химические методы называют еще инструментальными методами анализа, поскольку они требуют использования специальной аппаратуры. Кроме того, деление методов на химические и инструментальные осуществляют на основе типа взаимодействия: в химических методах - взаимодействие вещества с веществом, в инструментальных - вещества с энергией. В зависимости от вида энергии в веществе происходит изменение энергетического состояния составляющих его частиц (атомов, молекул, ионов); при этом меняется физическое свойство, которое может быть использовано в качестве аналитического сигнала.

В последнее время в отдельную группу методов анализа выделяют так называемые биологические методы, в которых для получения аналитического сигнала используются реакции, протекающие в живых организмах или с участием выделенных из них биологических субстратов (ферментов, антител и др.).

 

С помощью физических методов определяют относительную плотность и удельную массу, температуру плавления и затвердевания, концентрацию водородных ионов, показатель преломления света, механическую устойчивость и прочность, эластичность и пористость, наличие примесей и другие показатели.

 

Несомненное значение для оценки свойств мяса и мясопродуктов имеют реологические методы, позволяющие определять зависимость структурно-механических свойств мясных продуктов от различных факторов.

 

Химические методы используются для идентификации и количественного определения отдельных органических или неорганических компонентов продукта. Химические методы основаны на специфических для исследуемого компонента качественных химических реакциях с определенными реактивами.

 

Физико-химические методы применяются для количественного определения основных компонентов продуктов: углеводов, липидов, белков, минеральных веществ, витаминов.

 

С помощью спектральных методов определяют элементарный и молекулярный состав продуктов, в том числе содержание микро- и макроэлементов, витаминов А, К, В₁, В₆ и др.

 

С помощью хроматографических методов определяют амино-кислотный и жирно-кислотный состав продуктов, содержание летучих органических токсических веществ – нитрозаминов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).

 

С помощью метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) можно

 

определять состояние свободной и связанной влаги в пищевых продуктах.

 

 

В практике определения показателей свежести мяса широко используют потенциометрический метод, позволяющий оценивать концентрацию ионов водорода и, наряду с другими показателями, прогнозировать стабильность свойств мяса в отношении развития микробиологических процессов, окислительных изменений, а также судить об уровне гидратации белков, их способности удерживать влагу.

 

 

Наибольшее распространение в производственных и научных лабораториях среди физических и физико-химических методов контроля качества пищевых продуктов получили оптические и хроматографические методы. А также методы измерения массы, плотности и др.

Среди химических методов наиболее распространены объемные методы анализа. Как правило, химические методы не нуждаются в каких-либо специальных приборах. Для их выполнения нужны химические реактивы, набор химической посуды, химические стеклянные приборы, технические или аналитические весы.