Alai

Anvendelser

I dette afsnit behandles ikke anvendelser i forbindelse med drikkevand og mineralvand, da de generelt ikke giver anledning til særlige problemer, og sådanne prøver kan behandles på samme måde som modelopløsninger.

Natrium-, kalium-, calcium-, ammonium-, fluorid-, chlorid- og nitratbestemmelse samt pH-måling er blandt anvendelsesområderne for ISE’er i fødevareanalyser. Natrium- og kaliumbestemmelse er to af de analyser, der er lettest at udføre ved hjælp af ISE’er.

Natrium er normalt til stede i ioniseret form og findes derfor i opløsninger, der skal måles, som den frie hydrerede ion, ofte i høje koncentrationer. Under disse forhold er metoden med tilsætning af analysanden den mest foretrukne. F.eks. skal en analyseret prøve, der indeholder 2 til 200 mg natrium, opløses eller udvaskes med 100 ml destilleret vand. Elektroderne anbringes i en afmålt mængde (10-50 ml) af en baggrundsopløsning med pH 10,2, som indeholder en kendt koncentration af 0,1-10 mmol l-1 natriumchlorid og 0,5 mol l-1 triethanolamin. Efter at potentialet er stabiliseret, tilsættes en lille mængde (0,1-1,0 ml) af prøven. Betingelserne er velegnede til målinger, når potentialændringen efter tilsætning af prøven ligger i intervallet 6-20 mV. Natriumkoncentrationen i prøveopløsningen beregnes ud fra potentialforøgelsen og hældningen af kalibreringskurven for natriumelektroden. Ved lave natriumkoncentrationer kan resultaterne være fejlagtige på grund af uundgåelig forurening med natrium.

Når natrium- og kaliumkoncentrationerne er lavere, foretrækkes metoden med flere kendte tilsætninger. Et eksempel herpå er bestemmelse af natrium og kalium i vin. Tilstedeværelsen af ethanol i et omfang på 10 % kan påvirke præstationen af den opløsningsmiddelpolymermembranelektrode og ændre til en vis grad selektiviteten for alle typer elektroder. Det anbefales derfor, at vinprøverne fortyndes ti gange eller at der tilsættes en tilsvarende mængde alkohol til standarderne. Prøverne kan fortyndes med en triethanolaminopløsning, der giver en passende pH-puffring. En vinprøve kan også blandes med en opløsning til justering af ionstyrken. Der foretages flere tilsætninger af standardopløsning, og resultaterne beregnes ved hjælp af Gran’s metode. Ved bestemmelse af kalium kan resultaterne blive alvorligt forvrænget, hvis diffusion af kaliumioner fra referenceelektroden ikke forhindres ved hjælp af en bro med dobbelt krydsning, der indeholder lithiumacetat.

Bestemmelse af calcium baseres normalt på det samlede calciumindhold, da differentiering mellem frit og bundet calcium kun er mulig, når den oprindelige væskeprøve måles direkte og ikke er blevet modificeret ved pH-justering. Det optimale pH-område ligger normalt i intervallet 5-9. Calcium bestemmes ofte i mælk og mælkeprodukter. Normalt tilsættes en 4 mol l-1 opløsning af KCl til prøven som en ionstyrkejusteringsopløsning. Potentialaflæsningerne sammenlignes med en kalibreringskurve. Til bestemmelse af det samlede calciumindhold askes prøven, og restproduktet opløses i en lille mængde fortyndet saltsyre og ledes gennem en ionbyttersøjle for at fjerne pyrofosfater og hydrerede silikater. Derefter fortyndes den resulterende opløsning, så calciumkoncentrationen ligger i det optimale koncentrationsområde, justeret for pH-værdi og ionstyrke. Potentialet måles og sammenlignes med en kalibreringskurve. Alternativt kan standardtilsætningsmetoden anvendes til begge bestemmelser.

Fluorid er vigtigt for tandsundheden, men i for store mængder er det kendt, at det er giftigt. Den eneste interfererende ion for en fluoridelektrode er hydroxidionen. Bestemmelsen af fluoridionen forstyrres ikke af tilstedeværelsen af de fleste ledsagende ioner, bortset fra dem, der kompleksiserer fluoridioner, som f.eks. aluminium eller jern. For at fjerne sådanne forstyrrelser indeholder ionstyrkejusteringsopløsningen normalt eddikesyrebuffer med en pH-værdi på ∼4,5 og en ligand, f.eks. polyaminopolyacetat eller citrat, som skal kompleksere de forstyrrende metalioner. Da fluoridindholdet i levnedsmidler normalt er lavt, er det eneste problem forberedelsen af prøven, så koncentrationen i den endelige opløsning svarer til det optimale bestemmelsesområde. Det samlede fluoridindhold måles efter fordøjelsen af prøven. Dette kan omfatte askning, fusion, forbrænding i iltkolbe og varm syreopbrydning. De bedste procedurer indebærer anvendelse af lukkede systemer, hvor prøven nedbrydes med koncentreret salpetersyre ved 100-120 °C. Under disse betingelser undgås tab af fluorid fra prøven. De bedste procedurer anvender den multiple standardadditionsmetode til fluoridbestemmelse. Ved analyse af mel eller mælk gør behandling af prøverne med perchlorsyre det muligt at bestemme fluorid på et niveau under 0,4 μg pr. g. Indholdet af frit fluorid kan bestemmes med et minimum af prøvehåndtering og -behandling i en flydende prøve, f.eks. vin.

Kloridindholdet i levnedsmidler kan bestemmes ved titrering med sølvnitrat med enten en klorid-ISE (krystallinsk eller positivt ladet stedmembran) eller en sølvelektrode som indikator. Direkte bestemmelse med ISE’er er praktisk ved lave kloridindhold; begge procedurer påvirkes dog af tilstedeværelsen af bromid eller jodid, når deres koncentrationer er betydeligt større end kloridkoncentrationen. I proteinrige prøver observeres der ofte nogle uregelmæssigheder i elektrodens funktion. Interferens fra bromid og jodid samt fra proteinadsorption kan undgås ved at koge den blandede og blandede prøve med 0,1 mol l-1 salpetersyre. Til komplicerede fødevarematrixer er der anvendt en mikrodiffusionscelleteknik til at forenkle prøven. Fødevareprøven fordøjes med kold koncentreret svovlsyre, og diffusionsprocessen får lov til at foregå i ∼24 timer. Klorid omdannes således til saltsyre, som transporteres i diffusionscellen til det modtagende reagens. Derefter bestemmes chloridindholdet direkte i det modtagende reagens ved sammenligning af et chlorid-ISE-potentiale med kalibreringskurven.

Bestemmelse af nitrat er i princippet enkel; der er dog flere interferenser, hvoraf de vigtigste er chlorider og hydrogencarbonater. De kan elimineres ved at tilsætte en ionstyrkejusteringsopløsning, der består af 0,01 mol l-1 sølvsulfat, 0,06 mol l-1 kaliumsulfat og svovlsyre for at surgøre opløsningen til en pH-værdi på under 4. Bestemmelse i kartofler kræver kun blanding af prøven og ekstraktion med destilleret vand og tilsætning af opløsningen til justering af ionstyrken. Der kan forekomme en vis forstyrrelse, når udstrømning af chlorid fra referenceelektroden ikke forhindres.

Et ret sjældent eksempel, der viser muligheden for speciationsanalyse, er bestemmelse af ionisk kobber i intervallet 20-90 μg l-1 ved hjælp af en kobberselektiv elektrode i en vinprøve, når det samlede kobberindhold er i intervallet 0,10-1 mg l-1. Prøven modificeres meget lidt ved tilsætning af et volumen på 10 % af 1 mol l-1 KNO3, som det bør ske med standardopløsninger.

ISE’er er blevet anvendt til bestemmelse af fødevaretilsætningsstoffer som saccharin og cyklamat. Den anvendte sensor er baseret på en poly(vinylchlorid)-membran, der indeholder analysandets salt i en egnet ionisk form som et positivt ladet sted, f.eks. med et ammonium- eller basisk farvestofkation. Sådanne sensorer er ikke kommercielt tilgængelige, men kan let fremstilles i laboratoriet.

Enzymelektroder, der har et immobiliseret enzym eller en mikrobiel kultur, der indeholder et enzym, fungerer på grundlag af katalytisk aktivitet med efterfølgende påvisning af produktet af den enzymatiske reaktion. Resultatet er, afhængigt af reaktionen, f.eks. et produkt som ammoniak eller en pH-ændring i mediet, som registreres af et tilsvarende følerelement.

Sensorer, der anvendes til bestemmelse af pesticidrester (propoxur, paraoxon) i grøntsager, er enzymatiske multimembrananordninger, hvis funktion er baseret på princippet om hæmning af aktiviteten af et enzym som f.eks. acetylcholinesterase. Denne reaktion overvåges af en pH-sensor. Sådanne biosensorers reaktion på herbicider og pesticider åbner et nyt område for testmuligheder inden for fødevareanalyse.