CC BY
30
УДК 543-1; 543.427.4
А. С. Мальцев, С. А. Бахтеев, Р. А. Юсупов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ВИНЕ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА С ПОЛНЫМ ВНЕШНИМ ОТРАЖЕНИЕМ
Ключевые слова: рентгенофлуоресцентный анализ с полным внешним отражением (РФА ПВО), вино, напитки, токсичные
элементы.
В работе предложена экспрессная методика определения токсичных элементов без предварительного концентрирования методом РФА ПВО в винодельческой продукции. Объектом измерения является красное вино. Измерения проведены на приборе BRUKER S2 PICOFOX.
Keywords: x-ray fluorescence analysis with total external reflection (TXRF), red wine, toxic elements.
In this paper we propose an express method for the analysis of toxic elements without preconcentration by TXRF in wine products. Object of measurement is red wine. Measurements were performed on the instrument BRUKER S2 PICOFOX.
Введение
Анализ следовых элементов в продукции виноделия - необходимый инструмент для заключения о качестве последней. Так как среди этих элементов присутствуют токсичные, как As, Pb, Cd, Hg, Zn, Cu. Возможный вред от избытка в организме человека перечисленных элементов исчерпывающе описан в работе [1]. Среди существующих методов элементного анализа винной продукции наиболее популярны в использовании масс-спектрометрический анализ и атомно-эмиссионный анализ с индуктивно-связанной плазмой. В работе [2] приведены недостатки вышеперечисленных методов, такие как: высокая стоимость одного анализа, трудоемкость пробоподготовки (разложение органической матрицы мокрым озолением пробы), затраты времени на калибровку для количественного определения каждого элемента. Вследствие вышесказанного предложен альтернативный вариант количественного элементного определения методом рентгенофлуоресцентного анализа c полным внешним отражением на приборе компании Bruker S2 Picofox. Выбранный метод позволяет определять более 80 химических элементов, от бора до урана в различных видах продукции. Методики количественного определения элементов в объектах категории «напитки» не имеют принципиальных расхождений в зависимости от органической матрицы объекта, что является достоинством метода [2-4]. Объект измерения - вино красное полусладкое из сорта винограда Изабелла.
Экспериментальная часть
Растворы:
1. Вино крепостью 9%;
2. Раствор внутреннего стандарта элемента кобальта Co концентрацией 0.5 г/л.
Оборудование:
1. Рентгенофлуоресцентный спектрометр S2 Picofox;
2. Подложки из оксида кремния;
3. Весы аналитические OHAUS Adventurer Pro AV264;
4. Автоматическая микропипетка объемом 0,510 мл, 0,5-10 мкл BRAND GMBH + CO KG;
5. Мерная колба 50,0 мл;
6. Пробирка Bruker 3,6 мл;
6. Лампа для сушки раствора.
Методика выполнения измерений
При проведении измерений соблюдалась следующая последовательность действий:
• прогрев спектрометра S2 Picofox;
• подготовка подложек для анализа и вспомогательных приборов;
• снятие холостых спектров подготовленных подложек;
• калибровка микропипеток;
• отбор пробы вина в пластиковую кювету (3.00 мл);
• добавление внутреннего стандарта (10.0 мкл);
• перемешивание раствора;
• отбор 10.0 мкл конечного раствора пробы на подложку;
• высушивание пробы под лампой накаливания;
• проведение анализа (время анализа 200 с) на спектрометре S2 PICOFOX;
Результаты и обсуждение
Результаты количественного анализа представлены в таблице 1.
На рисунке 1 представлен обзорный спектр в логарифмическом масштабе интенсивности излучения. На рисунке изображены расчетная линия фона, расчетный спектр обнаруженных химических элементов и спектр испытуемого образца. Совпадение расчетного и испытуемого спектров показывает правильность идентификации химических элементов в образце. Вертикальные линии с буквенным обозначением показывают содержащиеся элементы в образце. Наличие нескольких линий одного обозначения свидетельствует о разных сериях спектра (K и L серии).
Таблица 1 - Результаты расчета концентраций и стандартного отклонения
Элемент Концентрации Стандартное
(мг/л) элементов отклонение S (мг/л)
P 36.5 0.5
S 55.8 0.4
Cl 53.5 0.3
K 418 0.6
Ca 42.4 0.2
Mn 1.09 0.013
Fe 4.11 0.023
Co 5.00 0.023
Zn 0.401 0.005
Br 0.188 0.003
Rb 0.712 0.005
Sr 0.885 0.006
Hg 0.371 0.005
Pb 0.062 0.002
В контексте данной работы следует обратить особое внимание на рассчитанные концентрации таких элементов, как Hg, Zn, Pb.
Расчет концентраций проводился программным обеспечением прибора Spectra 7 по следующей формуле:
С * N * S
Q — ^IS "l ^IS
N *S ,
где Ci - концентрация анализируемого элемента;
Cis - концентрация внутреннего стандарта;
Ni - количество импульсов измеряемого элемента в измеряемом спектре;
Sis - относительная чувствительность внутреннего стандарта;
Njs — количество импульсов внутреннего стандарта в измеряемом спектре;
Si — относительная чувствительность i элемента.
Рис. 1 - Обзорный спектр результатов измерения в логарифмическом масштабе интенсивности
Заключение
Исходя из составленной методики анализа, следует заключить, что метод РФА ПВО является экспрессным и экономичным методом анализа.
В результате проведения эксперимента определили содержание химических элементов и их концентрации в вине 9 % крепости (см. табл. 1 и рис. 1). Согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 предельно допустимая концентрация ртути не должна превышать 0,005 мг/л. В результате анализа концентрация ртути в вине составила 0,371 мг/л. Концентрация свинца не превышает ПДК.
Литература
1. M. Sabine. Human Health effects of Heavy Metal/ M. Sabine, G. Wendy// CHSR journal - 2009 - pp.5 - 6.
2. Stosnach H. Lab Report XRF 444 S2 PICOFOX. Analysis of red and white wines// Bruker AXS Microanalysis GmbH, Berlin. [Электронный ресурс]: http://www.bruker-axs.de/uploads/tx_linkselectorforpdfpool/LR_XRF_444_An alysis_of_red_and_white_wines.pdf (дата обращения 13.11.2012)
3. Stosnach H., Gross A. Lab Report XRF 430 S2 PICOFOX. Analysis of mercury in tap water and orange juice by TXRF Spectrometry// Bruker AXS Microanalysis GmbH, Berlin. [Электронный ресурс]: https://www.bruker.com/fileadmin/user_upload/8-PDF-Docs/X-
гауБ1£1хасйоп_Е1ете^а1Апа1у818/ТХКР/ЬаЬКеро11з/ЬК_8 2_р1со£ох_хг£_430_Мегсигу_т_КиЦШоп_геу1_2_1оге8.р(1 f (дата обращения 17.03.2011) 4. Мальцев А.С. Анализ концентраций токсичных элементов в молоке методом РФА ПВО/ А.С.Мальцев, Махмуд Башар Абдулазиз, С.А.Бахтеев, Р.А.Юсупов// Вестник технологического университета. 2015. Т.18. № 20. С .117-118.
Работа выполнена в рамках утвержденного задания № 4.1584.2014/К конкурсной части государственного задания на 2014-2016 гг. Измерения проведены на оборудовании ЦКП КНИТУ.
© А. С. Мальцев - магистрант каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, artemmaltsevl@gmail.com; С. А. Бахтеев - к.х.н., асс. той же кафедры, said-bah@yandex.ru; Р. А. Юсупов - д.х.н., проф. той же кафедры, yusupovraf@yandex.ru.
© A. S. Maltsev - undergraduate of Department of Analytical Chemistry, Certification and Quality Management, artemmaltsevl@gmail.com; S. A. Bakhteev - Ph.D. ass. of the same department, said-bah@yandex.ru; R. A. Yusupov - Dr. Sci. (Chem.), prof. of the same department, yusupovraf@yandex.ru.
