Помощь студентам в учебе
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИНИНА И ИНДИГОКАРМИНА В ПРОДУКЦИИ ПИЩЕВОЙ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ МЕТОДОМ ФЛУОРИМЕТРИИ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1. Пищевые добавки. Классификация и номенклатура 9
1.1.1. Вкусоароматические пищевые добавки 13
1.1.2. Синтетические пищевые красители 15
1.2. Методы пробоподготовки продукции пищевой и фармацевтической
промышленности для определения пищевых добавок 18
1.2.1. Твердофазная экстракция 19
1.2.2. Экстракция органическими растворителями 24
1.2.3. Гомогенная экстракция 26
1.3. Методы определения хинина и индигокармина 28
1.3.1. Спектрофотометрические методы 28
1.3.2. Электрохимические методы 30
1.3.3. Капиллярный электрофорез 31
1.3.4. Хроматографические методы 32
1.3.5. Флуориметрические методы 33
ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 37
2.1. Оборудование 37
2.2. Объекты исследования и реактивы 39
2.3. Методика эксперимента 40
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ ХИНИНА 42
3.1. Поиск рабочих условий определения хинина в модельных средах
методом флуориметрии 42
3.2. Расчет квантового выхода люминесценции хинина 45
3.3. Исследование природы сигнала люминесценции хинина 49
3.4. Исследование мешающего влияния сопутствующих компонентов
матрицы пищевых продуктов и фармацевтических препаратов на сигнал люминесценции хинина 51
3.5. Исследование мешающего влияния пищевых красителей на сигнал
люминесценции хинина 54
3.6. Разработка методики количественного определения хинина в
исследуемых объектах 57
3.7. Оценка метрологических характеристик методики определения
хинина в исследуемых объектах 60
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ ИНДИГОКАРМИНА (Е132) 65
4.1. Поиск рабочих условий определения индигокармина в модельных
средах методом флуориметрии 65
4.2. Расчет квантового выхода люминесценции индигокармина 71
4.3. Исследование природы сигнала люминесценции индигокармина .... 74
4.4. Исследование мешающего влияния сопутствующих компонентов
матрицы объектов пищевой и фармацевтической промышленности на сигнал люминесценции индигокармина 75
4.5. Исследование мешающего влияния пищевых красителей на сигнал
люминесценции индигокармина 78
4.6. Разработка методики количественного определения индигокармина в
исследуемых объектах 82
4.7. Оценка метрологических характеристик методики определения
индигокармина в исследуемых объектах 84
ВЫВОДЫ 88
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 90
Приложение 1 103
Приложение 2
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1. Пищевые добавки. Классификация и номенклатура 9
1.1.1. Вкусоароматические пищевые добавки 13
1.1.2. Синтетические пищевые красители 15
1.2. Методы пробоподготовки продукции пищевой и фармацевтической
промышленности для определения пищевых добавок 18
1.2.1. Твердофазная экстракция 19
1.2.2. Экстракция органическими растворителями 24
1.2.3. Гомогенная экстракция 26
1.3. Методы определения хинина и индигокармина 28
1.3.1. Спектрофотометрические методы 28
1.3.2. Электрохимические методы 30
1.3.3. Капиллярный электрофорез 31
1.3.4. Хроматографические методы 32
1.3.5. Флуориметрические методы 33
ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 37
2.1. Оборудование 37
2.2. Объекты исследования и реактивы 39
2.3. Методика эксперимента 40
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ ХИНИНА 42
3.1. Поиск рабочих условий определения хинина в модельных средах
методом флуориметрии 42
3.2. Расчет квантового выхода люминесценции хинина 45
3.3. Исследование природы сигнала люминесценции хинина 49
3.4. Исследование мешающего влияния сопутствующих компонентов
матрицы пищевых продуктов и фармацевтических препаратов на сигнал люминесценции хинина 51
3.5. Исследование мешающего влияния пищевых красителей на сигнал
люминесценции хинина 54
3.6. Разработка методики количественного определения хинина в
исследуемых объектах 57
3.7. Оценка метрологических характеристик методики определения
хинина в исследуемых объектах 60
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ ИНДИГОКАРМИНА (Е132) 65
4.1. Поиск рабочих условий определения индигокармина в модельных
средах методом флуориметрии 65
4.2. Расчет квантового выхода люминесценции индигокармина 71
4.3. Исследование природы сигнала люминесценции индигокармина .... 74
4.4. Исследование мешающего влияния сопутствующих компонентов
матрицы объектов пищевой и фармацевтической промышленности на сигнал люминесценции индигокармина 75
4.5. Исследование мешающего влияния пищевых красителей на сигнал
люминесценции индигокармина 78
4.6. Разработка методики количественного определения индигокармина в
исследуемых объектах 82
4.7. Оценка метрологических характеристик методики определения
индигокармина в исследуемых объектах 84
ВЫВОДЫ 88
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 90
Приложение 1 103
Приложение 2
Актуальность работы
Пищевыми добавками называют вещества, которые добавляют в продукты питания в процессе их производства, упаковки, транспортировки и хранения для придания им определенных желаемых свойств [1]. Например, необходимого аромата (ароматизаторы), определенного цвета (красители), длительного срока хранения (консерванты), вкуса, нужной консистенции и так далее. В настоящее время пищевые добавки используют не только в пищевой промышленности, но и в фармацевтической. Наибольшую популярность в фармацевтической промышленности получили красители, их используют для окрашивания капсул и таблеток в различные цвета.
Самыми распространенными и многочисленными классами пищевых добавок являются красители и ароматизаторы. Поэтому для исследований выбраны две пищевые добавки из этих классов - это вкусоароматическая добавка хинин и синтетический пищевой краситель индигокармин (Е132).
В связи с токсичностью пищевых добавок, в последние годы контроль их применения в пищевой и фармацевтической промышленности усиливается. Анализ литературных данных показал, что на сегодняшний день для определения пищевых добавок самыми распространенными являются хроматографические методы определения, также используются спектрофотометрические, электрохимические методы анализа и капиллярный электрофорез. Использование известных методов определения пищевых добавок зачастую осложнено ограниченностью области применения, а также некоторыми метрологическими показателями. Согласно распоряжению Правительства РФ № 1364-р от
29.06.2016г. требуется совершенствование существующей системы методов контроля пищевых добавок в пищевой промышленности.
Флуориметрические методы привлекательны за счет распространенности применения в современных испытательных лабораториях и центрах, поэтому исследования в области качественного и количественного определения пищевых добавок методом флуориметрии актуальны.
Использование флуориметрической методики при определении пищевых добавок перспективно ввиду имеющихся возможностей метода, таких как высокая чувствительность, широкий диапазон определяемых концентраций, экспрессность, простота и невысокая стоимость аппаратурного оформления.
Цель работы
Исследовать люминесцентные свойства хинина и индигокармина с целью разработки методик их количественного определения в продукции пищевой и фармацевтической промышленности.
Для достижения данной цели в работе поставлено несколько задач:
1. Исследовать люминесцентные свойства анализируемых пищевых добавок хинина и индигокармина в модельных средах, рассчитать квантовый выход их люминесценции и установить природу сигнала.
2. Исследовать мешающее влияние сопутствующих компонентов пищевой и фармацевтической матрицы объектов на люминесценцию определяемых пищевых добавок. Выбрать условия пробоподготовки исследуемых объектов.
3. Разработать флуориметрические методики определения пищевой вкусоароматической добавки хинина и синтетического пищевого красителя индигокармина в продукции пищевой (напитки и конфеты) и фармацевтической (таблетки и витамины) промышленности. Определить метрологические характеристики методик.
4. Провести сличительные испытания хинина и индигокармина в пищевых продуктах и фармацевтических препаратах с использованием независимых методов - спектрофотометрии (напитки) и высокоэффективной жидкостной хроматографии (конфеты, таблетки и витамины).
Научная новизна
1. Изучена природа сигнала люминесценции хинина. По типу возбужденного электронного состояния установлен фосфоресцентный тип люминесценции.
2. Проведена оценка квантового выхода люминесценции хинина в различных концентрациях серной кислоты. Установлено, что максимальный квантовый выход наблюдается в присутствии 0,01 М серной кислоты.
3. Впервые исследованы люминесцентные свойства лейкосоединения индигокармина в щелочи. Показано, что сигнал люминесценции лейкосоединения имеет флуоресцентную природу. Определен квантовый выход лейкосоединения индигокармина в щелочи.
4. Разработан новый подход к определению синтетического пищевого красителя индигокармина в пищевых продуктах и лекарственных препаратах по сигналу люминесценции его лейкосоединения в щелочи методом флуориметрии.
Практическая значимость
1. Установлен экспрессный алгоритм пробоподготовки, исключающий сорбцию и десорбцию определяемых пищевых добавок хинина и индигокармина в пищевых продуктах и лекарственных препаратах методом флуориметрии.
2. Впервые разработана методика определения хинина в лекарственных препаратах методом флуориметрии.
3. На основании выбранных условий пробоподготовки разработаны флуориметрические методики определения хинина и индигокармина в продукции пищевой и фармацевтической промышленности.
4. Подтверждена правильность результатов флуориметрического определения хинина и индигокармина в напитках, лекарствах и витаминах с результатами независимых методик спектрофотометрии и хроматографии.
5. Предложенные методики могут быть использованы для контроля качества и безопасности продуктов питания и фармацевтических препаратов.
Личный вклад автора
Анализ и систематизация литературных данных по методам определения пищевых добавок, проведение экспериментальных исследований, обработка и представление результатов, публикация полученных результатов в виде статей и тезисов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования люминесцентных свойств хинина: подбор концентрации серной кислоты, расчет квантового выхода хинина в различных концентрациях серной кислоты, подбор параметров строба, установление природы сигнала.
2. Флуориметрическая методика определения пищевой
вкусоароматической добавки хинина в газированных напитках и лекарственных препаратах.
3. Результаты исследования люминесцентных свойств лейкосоединения индигокармина в щелочи: подбор необходимой концентрации щелочи для образования лейкосоединения, расчет квантового выхода лейкосоединения в различных концентрациях щелочи, подбор параметров строба, установление природы сигнала.
4. Флуориметрическая методика определения пищевого синтетического красителя индигокармина в продукции пищевой и фармацевтической промышленности.
5. Результаты исследований по оценке мешающего влияния сопутствующих компонентов пищевой и фармацевтической матрицы, а также мешающее влияние синтетических и натуральных пищевых красителей на флуориметрическое определение хинина и индигокармина.
6. Результаты сличительных испытаний с использованием независимых методов (спектрофотометрия и хроматография) определения хинина и индигокармина в пищевых продуктах и лекарственных препаратах для оценки правильности разрабатываемых флуориметрических методик.
Апробация результатов работы
Основные результаты исследовательской работы доложены на: XXII Всероссийской конференции молодых ученых-химиков с международным участием (г. Нижний Новгород, 2019), XX Международной научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых (г. Томск, 2019), 15th International Students Conference ‘Modern Analytical Chemistry’ (Prague, 2019), IV Всероссийской конференции «Химия и химическая технология: достижения и перспективы» (г. Кемерово, 2018).
Публикации:
Результаты проведенных исследований отражены в 18 печатных работах, в том числе в 15 тезисах докладов на всероссийских и международных конференциях, в 3 статьях научных журналов, из них 2 статьи, индексируемые базами Web of Science и Scopus, 1 статья в рецензируемом научном издании, рекомендованными ВАК.
Структура и объем работы:
Диссертационная работа выполнена на 125 страницах машинописного текста, включает 30 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 110 наименований.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта Государственного задания РФ "Наука" № 4.5752.2017. Исследования проводились с использованием оборудования Центра коллективного пользования "Физико-химические методы анализа" Томского политехнического университета.
Пищевыми добавками называют вещества, которые добавляют в продукты питания в процессе их производства, упаковки, транспортировки и хранения для придания им определенных желаемых свойств [1]. Например, необходимого аромата (ароматизаторы), определенного цвета (красители), длительного срока хранения (консерванты), вкуса, нужной консистенции и так далее. В настоящее время пищевые добавки используют не только в пищевой промышленности, но и в фармацевтической. Наибольшую популярность в фармацевтической промышленности получили красители, их используют для окрашивания капсул и таблеток в различные цвета.
Самыми распространенными и многочисленными классами пищевых добавок являются красители и ароматизаторы. Поэтому для исследований выбраны две пищевые добавки из этих классов - это вкусоароматическая добавка хинин и синтетический пищевой краситель индигокармин (Е132).
В связи с токсичностью пищевых добавок, в последние годы контроль их применения в пищевой и фармацевтической промышленности усиливается. Анализ литературных данных показал, что на сегодняшний день для определения пищевых добавок самыми распространенными являются хроматографические методы определения, также используются спектрофотометрические, электрохимические методы анализа и капиллярный электрофорез. Использование известных методов определения пищевых добавок зачастую осложнено ограниченностью области применения, а также некоторыми метрологическими показателями. Согласно распоряжению Правительства РФ № 1364-р от
29.06.2016г. требуется совершенствование существующей системы методов контроля пищевых добавок в пищевой промышленности.
Флуориметрические методы привлекательны за счет распространенности применения в современных испытательных лабораториях и центрах, поэтому исследования в области качественного и количественного определения пищевых добавок методом флуориметрии актуальны.
Использование флуориметрической методики при определении пищевых добавок перспективно ввиду имеющихся возможностей метода, таких как высокая чувствительность, широкий диапазон определяемых концентраций, экспрессность, простота и невысокая стоимость аппаратурного оформления.
Цель работы
Исследовать люминесцентные свойства хинина и индигокармина с целью разработки методик их количественного определения в продукции пищевой и фармацевтической промышленности.
Для достижения данной цели в работе поставлено несколько задач:
1. Исследовать люминесцентные свойства анализируемых пищевых добавок хинина и индигокармина в модельных средах, рассчитать квантовый выход их люминесценции и установить природу сигнала.
2. Исследовать мешающее влияние сопутствующих компонентов пищевой и фармацевтической матрицы объектов на люминесценцию определяемых пищевых добавок. Выбрать условия пробоподготовки исследуемых объектов.
3. Разработать флуориметрические методики определения пищевой вкусоароматической добавки хинина и синтетического пищевого красителя индигокармина в продукции пищевой (напитки и конфеты) и фармацевтической (таблетки и витамины) промышленности. Определить метрологические характеристики методик.
4. Провести сличительные испытания хинина и индигокармина в пищевых продуктах и фармацевтических препаратах с использованием независимых методов - спектрофотометрии (напитки) и высокоэффективной жидкостной хроматографии (конфеты, таблетки и витамины).
Научная новизна
1. Изучена природа сигнала люминесценции хинина. По типу возбужденного электронного состояния установлен фосфоресцентный тип люминесценции.
2. Проведена оценка квантового выхода люминесценции хинина в различных концентрациях серной кислоты. Установлено, что максимальный квантовый выход наблюдается в присутствии 0,01 М серной кислоты.
3. Впервые исследованы люминесцентные свойства лейкосоединения индигокармина в щелочи. Показано, что сигнал люминесценции лейкосоединения имеет флуоресцентную природу. Определен квантовый выход лейкосоединения индигокармина в щелочи.
4. Разработан новый подход к определению синтетического пищевого красителя индигокармина в пищевых продуктах и лекарственных препаратах по сигналу люминесценции его лейкосоединения в щелочи методом флуориметрии.
Практическая значимость
1. Установлен экспрессный алгоритм пробоподготовки, исключающий сорбцию и десорбцию определяемых пищевых добавок хинина и индигокармина в пищевых продуктах и лекарственных препаратах методом флуориметрии.
2. Впервые разработана методика определения хинина в лекарственных препаратах методом флуориметрии.
3. На основании выбранных условий пробоподготовки разработаны флуориметрические методики определения хинина и индигокармина в продукции пищевой и фармацевтической промышленности.
4. Подтверждена правильность результатов флуориметрического определения хинина и индигокармина в напитках, лекарствах и витаминах с результатами независимых методик спектрофотометрии и хроматографии.
5. Предложенные методики могут быть использованы для контроля качества и безопасности продуктов питания и фармацевтических препаратов.
Личный вклад автора
Анализ и систематизация литературных данных по методам определения пищевых добавок, проведение экспериментальных исследований, обработка и представление результатов, публикация полученных результатов в виде статей и тезисов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования люминесцентных свойств хинина: подбор концентрации серной кислоты, расчет квантового выхода хинина в различных концентрациях серной кислоты, подбор параметров строба, установление природы сигнала.
2. Флуориметрическая методика определения пищевой
вкусоароматической добавки хинина в газированных напитках и лекарственных препаратах.
3. Результаты исследования люминесцентных свойств лейкосоединения индигокармина в щелочи: подбор необходимой концентрации щелочи для образования лейкосоединения, расчет квантового выхода лейкосоединения в различных концентрациях щелочи, подбор параметров строба, установление природы сигнала.
4. Флуориметрическая методика определения пищевого синтетического красителя индигокармина в продукции пищевой и фармацевтической промышленности.
5. Результаты исследований по оценке мешающего влияния сопутствующих компонентов пищевой и фармацевтической матрицы, а также мешающее влияние синтетических и натуральных пищевых красителей на флуориметрическое определение хинина и индигокармина.
6. Результаты сличительных испытаний с использованием независимых методов (спектрофотометрия и хроматография) определения хинина и индигокармина в пищевых продуктах и лекарственных препаратах для оценки правильности разрабатываемых флуориметрических методик.
Апробация результатов работы
Основные результаты исследовательской работы доложены на: XXII Всероссийской конференции молодых ученых-химиков с международным участием (г. Нижний Новгород, 2019), XX Международной научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых (г. Томск, 2019), 15th International Students Conference ‘Modern Analytical Chemistry’ (Prague, 2019), IV Всероссийской конференции «Химия и химическая технология: достижения и перспективы» (г. Кемерово, 2018).
Публикации:
Результаты проведенных исследований отражены в 18 печатных работах, в том числе в 15 тезисах докладов на всероссийских и международных конференциях, в 3 статьях научных журналов, из них 2 статьи, индексируемые базами Web of Science и Scopus, 1 статья в рецензируемом научном издании, рекомендованными ВАК.
Структура и объем работы:
Диссертационная работа выполнена на 125 страницах машинописного текста, включает 30 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 110 наименований.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта Государственного задания РФ "Наука" № 4.5752.2017. Исследования проводились с использованием оборудования Центра коллективного пользования "Физико-химические методы анализа" Томского политехнического университета.
1. Исследованы основные характеристики и люминесцентные свойства пищевых добавок хинина (вкусоароматическая добавка) и индигокармина (синтетический пищевой краситель) в модельных средах. Установлена природа сигнала люминесценции исследуемых веществ. Показано, что для хинина в 0,01 М серной кислоте характерен процесс фосфоресценции. Для индигокармина в 1,0 М гидроксиде натрия характерен процесс флуоресценции.
2. Оценено мешающее влияние сопутствующих компонентов пищевой и фармацевтической матрицы, а также мешающее влияние синтетических и натуральных пищевых красителей на аналитический сигнал определяемых пищевых добавок хинина и индигокармина.
3. Разработана флуориметрическая методика определения пищевой вкусоароматической добавки хинина в продукции пищевой и фармацевтической промышленности.
4. Разработан новый подход для флуориметрического определения синтетического пищевого красителя индигокармина в пищевых продуктах и лекарственных препаратах по сигналу люминесценции его лейкосоединения в щелочи. Рассчитаны основные метрологические характеристики разрабатываемых методик.
5. Проведены сличительные испытания хинина и индигокармина в
пищевых продуктах и фармацевтических препаратах с использованием независимых методов: спектрофотометрической для хинина и высокоэффективной жидкостной хроматографии для индигокармина.
2. Оценено мешающее влияние сопутствующих компонентов пищевой и фармацевтической матрицы, а также мешающее влияние синтетических и натуральных пищевых красителей на аналитический сигнал определяемых пищевых добавок хинина и индигокармина.
3. Разработана флуориметрическая методика определения пищевой вкусоароматической добавки хинина в продукции пищевой и фармацевтической промышленности.
4. Разработан новый подход для флуориметрического определения синтетического пищевого красителя индигокармина в пищевых продуктах и лекарственных препаратах по сигналу люминесценции его лейкосоединения в щелочи. Рассчитаны основные метрологические характеристики разрабатываемых методик.
5. Проведены сличительные испытания хинина и индигокармина в
пищевых продуктах и фармацевтических препаратах с использованием независимых методов: спектрофотометрической для хинина и высокоэффективной жидкостной хроматографии для индигокармина.