Alai

Alkalmazások

Ebben a fejezetben az ivóvízzel és ásványvízzel kapcsolatos alkalmazásokat nem tárgyaljuk, mivel ezek általában nem jelentenek különleges problémát, és az ilyen minták hasonlóan kezelhetők, mint a modelloldatok.

A nátrium, kálium, kalcium, ammónium, fluorid, klorid és nitrát meghatározása és a pH mérése az ISE-k élelmiszeranalitikai alkalmazásai közé tartozik. A nátrium és a kálium meghatározása a két legkönnyebben elvégezhető analízis az ISE-kkel.

A nátrium általában ionizált formában van jelen, következésképpen a mérendő oldatokban szabad hidratált ionként van jelen, gyakran nagy koncentrációban. Ilyen körülmények között az analit hozzáadásának módszere a legelőnyösebb. Például egy 2-200 mg nátriumot tartalmazó elemzett minta mennyiségét 100 ml desztillált vízzel kell feloldani vagy kioldani. Az elektródákat egy kimért térfogatú (10-50 ml) 10,2 pH-jú háttéroldatba helyezzük, amely 0,1-10 mmol l-1 nátrium-klorid és 0,5 mol l-1 trietanolamin ismert koncentrációját tartalmazza. Miután a potenciál stabilizálódott, kis mennyiségű, 0,1-1,0 ml mintát adunk hozzá. A körülmények akkor alkalmasak a mérésekre, ha a minta hozzáadása utáni potenciálváltozás 6-20 mV tartományban van. A nátrium koncentrációját a mintaoldatban a potenciálnövekedésből és a nátrium-elektród kalibrációs görbéjének meredekségéből kell kiszámítani. Alacsony nátriumtartalom esetén az eredmények hibásak lehetnek a nátriummal való elkerülhetetlen szennyeződés miatt.

Ahol a nátrium- és káliumtartalom alacsonyabb, ott a többszörös ismert hozzáadás módszere előnyösebb. Erre példa a borban lévő nátrium és kálium meghatározása. Az etanol jelenléte 10%-os szinten befolyásolhatja az oldószeres polimer membránelektród teljesítményét, és bizonyos mértékig megváltoztathatja minden elektródtípus szelektivitását. Ezért ajánlott a borminták tízszeres hígítása vagy hasonló mennyiségű alkohol hozzáadása a standardokhoz. A minták hígíthatók trietanolamin-oldattal, amely megfelelő pH-pufferelést biztosít. A bormintát ionerősség-beállító oldattal is össze lehet keverni. A standard oldatot többször kell hozzáadni, és az eredményeket a Gran-módszerrel kell kiszámítani. A kálium meghatározásánál az eredmények súlyosan torzulhatnak, ha a káliumionok diffúzióját a referenciaelektródról nem akadályozzák meg lítium-acetátot tartalmazó kettős átmenetű híddal.

A kalcium meghatározását általában az összes kalciumtartalom alapján végzik, mivel a szabad és a kötött kalcium megkülönböztetése csak akkor lehetséges, ha a kiindulási folyékony mintát közvetlenül mérik, és azt nem módosították pH-beállítással. Az optimális pH-tartomány általában az 5 és 9 közötti tartományban van. A kalciumot gyakran tejben és tejtermékekben határozzák meg. Általában 4 mol l-1 KCl-oldatot adnak a mintához ionerősség-beállító oldatként. A leolvasott potenciált egy kalibrációs görbével hasonlítják össze. Az összes kalciumtartalom meghatározásához a mintát elhamvasztják, a maradékot kis mennyiségű híg sósavban feloldják, majd ioncserélő oszlopon vezetik át a pirofoszfátok és a hidratált szilikátok eltávolítására. Ezután az így kapott oldatot úgy hígítjuk, hogy a kalciumkoncentráció az optimális koncentrációtartományban legyen, a pH-értéket és az ionerősséget pedig beállítjuk. A potenciált megmérik és összehasonlítják egy kalibrációs görbével. Alternatív megoldásként mindkét meghatározásnál alkalmazható a standard addíciós módszer.

A fluorid fontos a fogak egészségének szempontjából, de túlzott mennyiségben köztudottan mérgező. A fluorid-elektród egyetlen zavaró ionja a hidroxidion. A fluoridion meghatározását a legtöbb kísérőion jelenléte nem zavarja, kivéve azokat, amelyek komplexet képeznek a fluoridionokkal, mint például az alumínium vagy a vas. Az ilyen zavarok kiküszöbölésére az ionerősség-beállító oldat általában ∼4,5 pH-jú ecetsav puffert és egy ligandumot, például poliaminopoliacetátot vagy citrátot tartalmaz, amely komplexet képez a zavaró fémionokkal. Mivel az élelmiszerekben a fluoridszint általában alacsony, az egyetlen probléma a minta előkészítése, hogy a végső oldatban lévő koncentráció megfeleljen az optimális meghatározási tartománynak. Az összes fluoridtartalom mérése a minta feltárása után történik. Ez magában foglalhatja a hamvasztást, az olvasztást, az oxigénes lombikban történő égetést és a forró savas feltárást. A legjobb eljárások zárt rendszerek használatát foglalják magukban, ahol a mintát 100-120 °C-on tömény salétromsavval bontják. Ilyen körülmények között elkerülhető a fluoridveszteség a mintából. A legjobb eljárások a fluorid meghatározására a többszörös standard addíciós módszert alkalmazzák. Liszt vagy tej elemzésekor a minták perklórsavval történő kezelése lehetővé teszi a fluorid meghatározását 0,4 μg/g alatti szinten. A szabad fluoridtartalom minimális mintakezeléssel és -kezeléssel meghatározható folyékony mintában, pl. borban.

Az élelmiszerek kloridtartalmát ezüst-nitráttal történő titrálással lehet meghatározni, vagy klorid ISE (kristályos vagy pozitív töltésű oldalmembrán) vagy ezüst elektróda mint indikátor segítségével. Az ISE-vel történő közvetlen meghatározás alacsony kloridtartalom esetén kényelmes; azonban mindkét eljárást befolyásolja a bromid vagy jodid jelenléte, ha ezek koncentrációja jelentősen nagyobb, mint a kloridé. Fehérjében gazdag mintákban gyakran megfigyelhetők az elektródok működésének bizonyos szabálytalanságai. A bromid és jodid, valamint a fehérjeadszorpció okozta zavarok elkerülhetők, ha a kevert és kevert mintát 0,1 mol l-1 salétromsavval forraljuk. Bonyolult élelmiszermátrixok esetében mikrodiffúziós cellás technikát alkalmaztak a minta egyszerűsítésére. Az élelmiszermintát hideg tömény kénsavval feltárják, és a diffúziós folyamatot ∼24 órán keresztül hagyják lezajlani. Így a klorid sósavvá alakul, amely a diffúziós cellában a befogadó reagensbe kerül. Ezután a kloridtartalom közvetlenül meghatározható a fogadó reagensben a klorid-ISE-potenciál és a kalibrációs görbe összehasonlításával.

A nitrát meghatározása elvileg egyszerű, azonban számos interferencia van, amelyek közül a legfontosabbak a kloridok és a hidrogénkarbonátok. Ezek kiküszöbölhetők egy ionerősség-beállító oldat hozzáadásával, amely 0,01 mol l-1 ezüstszulfátból, 0,06 mol l-1 kálium-szulfátból és kénsavból áll, hogy az oldatot 4-nél kisebb pH-értékre savanyítsuk. A burgonyában történő meghatározáshoz csak a minta összekeverése és desztillált vízzel történő extrakciója, valamint az ionerősség-beállító oldat hozzáadása szükséges. Némi zavar előfordulhat, ha nem akadályozzák meg a klorid kiáramlását a referenciaelektródból.

A speciációs analízis lehetőségére utaló, meglehetősen ritka példa az ionos réz meghatározása 20 és 90 μg l-1 közötti tartományban rézszelektív elektród segítségével egy bormintában, amikor az összes réztartalom 0,10 és 1 mg l-1 közötti tartományban van. A minta nagyon kis mértékben módosul 1 mol l-1 KNO3 10%-os térfogatának hozzáadásával, ahogyan azt a standard oldatoknál kell tenni.

ISE-t használtak olyan élelmiszer-adalékanyagok meghatározására, mint a szacharin és a ciklamát. Az alkalmazott érzékelő alapja egy poli(vinil-klorid) membrán, amely az analit sóját megfelelő ionos formában tartalmazza pozitív töltésű helyként, pl. ammónium- vagy bázikus festékkationnal. Ilyen szenzorok a kereskedelemben nem kaphatók, de laboratóriumban könnyen elkészíthetők.

Az enzimelektródok, amelyek egy immobilizált enzimet vagy egy enzimet tartalmazó mikrobiális kultúrát tartalmaznak, katalitikus aktivitás alapján működnek az enzimatikus reakció termékének későbbi kimutatásával. Az eredmény a reakciótól függően pl. egy olyan termék, mint az ammónia vagy a közeg pH-változása, amelyet egy megfelelő érzékelő elem érzékel.

A zöldségekben található növényvédőszer-maradékok (propoxur, paraoxon) meghatározására használt érzékelők olyan enzimatikus multimembrános eszközök, amelyek működése egy enzim, például az acetilkolin-észteráz aktivitásának gátlásán alapul. Ezt a reakciót pH-érzékelővel figyelik. Az ilyen bioszenzorok herbicidekre és peszticidekre adott válasza az élelmiszeranalitikában a vizsgálati lehetőségek új területét nyitja meg.

Egy másik példa az élelmiszeranalitikában a szilárd állapotú réz- és ezüstelektródák használata a hús frissességének értékelésére. Ez a putreszcin és a dimetil-szulfid változásának köszönhető, amelyek koncentrációja a hús rothadása során változik. Az ilyen alkalmazások jelzik az ISE-k sokféle alkalmazási lehetőségét az élelmiszerellenőrzésben és -elemzésben.