Alai

Aplicații

În această secțiune nu sunt discutate aplicațiile legate de apa potabilă și apa minerală, deoarece, în general, acestea nu ridică probleme speciale și astfel de probe pot fi tratate în mod similar ca soluții model.

Determinarea sodiului, potasiului, calciului, amoniului, fluorurilor, clorurilor și nitraților și măsurarea pH-ului se numără printre aplicațiile ISE-urilor în analiza produselor alimentare. Determinările de sodiu și potasiu sunt două dintre analizele care se realizează cel mai ușor cu ajutorul ISE-urilor.

Sodul este de obicei prezent în formă ionizată și, în consecință, în soluțiile care urmează să fie măsurate ca ion hidratat liber, adesea în concentrații mari. În aceste condiții, metoda de adăugare a analitului este cea mai preferată. De exemplu, o cantitate de probă analizată care conține între 2 și 200 mg de sodiu trebuie dizolvată sau lichefiată cu 100 ml de apă distilată. Electrozii sunt plasați într-un volum măsurat (10-50 ml) dintr-o soluție de fond cu pH 10,2, care conține o concentrație cunoscută de 0,1-10 mmol l-1 de clorură de sodiu și 0,5 mol l-1 de trietanolamină. După ce potențialul se stabilizează, se adaugă un volum mic, 0,1-1,0 ml, de eșantion. Condițiile sunt adecvate pentru măsurători atunci când modificarea potențialului după adăugarea probei se situează în intervalul 6-20 mV. Concentrația de sodiu din soluția de probă se calculează din creșterea potențialului și din panta curbei de calibrare a electrodului de sodiu. La niveluri scăzute de sodiu, rezultatele pot fi eronate din cauza contaminării inevitabile cu sodiu.

Când nivelurile de sodiu și potasiu sunt mai scăzute, se preferă metoda adăugării multiple cunoscute. Un exemplu este în determinarea sodiului și potasiului în vin. Prezența etanolului la un nivel de 10% poate afecta performanța electrodului cu membrană polimerică cu solvent și poate modifica într-o anumită măsură selectivitatea fiecărui tip de electrod. Prin urmare, se recomandă o diluție de zece ori a probelor de vin sau adăugarea unei cantități comparabile de alcool la standarde. Probele pot fi diluate cu o soluție de trietanolamină care asigură o tamponare adecvată a pH-ului. O probă de vin poate fi, de asemenea, amestecată cu o soluție de ajustare a puterii ionice. Se fac mai multe adăugiri de soluție etalon, iar rezultatele se calculează folosind metoda lui Gran. În cazul determinării potasiului, rezultatele pot fi serios distorsionate atunci când difuzia ionilor de potasiu de la electrodul de referință nu este împiedicată cu ajutorul unei punți cu dublă joncțiune care conține acetat de litiu.

Determinarea calciului se bazează de obicei pe conținutul total de calciu, deoarece diferențierea între calciul liber și cel legat este posibilă numai atunci când proba lichidă inițială este măsurată direct și nu a fost modificată prin ajustarea pH-ului. Intervalul optim de pH este, de obicei, cuprins între 5 și 9. Calciul este adesea determinat în lapte și în produsele lactate. De obicei, în probă se adaugă o soluție de 4 mol l-1 de KCl ca soluție de ajustare a puterii ionice. Citirile de potențial sunt comparate cu o curbă de calibrare. Pentru determinarea conținutului total de calciu, proba este cenușată, iar reziduul se dizolvă într-un volum mic de acid clorhidric diluat și se trece printr-o coloană de schimb de ioni pentru a elimina pirofosfații și silicații hidratați. Apoi, soluția rezultată se diluează pentru a avea o concentrație de calciu în intervalul optim de concentrație, ajustată în funcție de valoarea pH-ului și de puterea ionică. Se măsoară potențialul și se compară cu o curbă de calibrare. Alternativ, metoda de adiție standard poate fi utilizată pentru ambele determinări.

Fluorul este important pentru sănătatea dentară, dar în cantități excesive este cunoscut ca fiind toxic. Singurul ion care interferează pentru un electrod de fluorură este ionul hidroxid. Determinarea ionului de fluorură nu este perturbată de prezența majorității ionilor însoțitori, cu excepția celor care complexează ionii de fluorură, cum ar fi aluminiul sau fierul. Pentru a elimina astfel de interferențe, soluția de ajustare a tăriei ionice conține, de obicei, soluție tampon de acid acetic cu pH ∼4,5 și un ligand, cum ar fi poliaminopoliacetatul sau citratul, care ar trebui să complexeze ionii metalici perturbatori. Deoarece nivelul de fluorură din produsele alimentare este de obicei scăzut, singura problemă este pregătirea probei pentru a potrivi concentrația din soluția finală cu intervalul optim de determinare. Conținutul total de fluorură se măsoară după digestia probei. Aceasta poate include cenușarea, fuziunea, combustia în balon cu oxigen și digestia acidă la cald. Cele mai bune proceduri implică utilizarea unor sisteme închise în care proba este descompusă cu acid azotic concentrat la 100-120°C. În aceste condiții, se evită pierderea de fluorură din eșantion. Cele mai bune proceduri utilizează metoda de adiție standard multiplă pentru determinarea fluorurii. În analiza făinii sau a laptelui, tratarea probelor cu acid percloric face posibilă determinarea fluorurii la un nivel mai mic de 0,4 μg per g. Conținutul de fluorură liberă poate fi determinat cu un minim de manipulare și tratare a probei într-o probă lichidă, de exemplu, vin.

Conținutul de clorură din produsele alimentare poate fi determinat prin titrare cu nitrat de argint, folosind ca indicator fie un ISE de clorură (membrană cristalină sau cu site încărcate pozitiv), fie un electrod de argint. Determinarea directă cu ISE este convenabilă pentru conținuturi scăzute de clorură; cu toate acestea, ambele proceduri sunt afectate de prezența bromurii sau iodurii atunci când concentrațiile acestora sunt semnificativ mai mari decât cea a clorurii. În probele bogate în proteine se observă adesea unele neregularități de funcționare a electrodului. Interferențele cauzate de bromură și iodură, precum și de adsorbția proteinelor pot fi evitate prin fierberea probei amestecate și mixate cu acid azotic 0,1 mol l-1 . În cazul matricelor alimentare complicate, a fost utilizată o tehnică de microdifuzie pentru a simplifica proba. Proba alimentară este digerată cu acid sulfuric concentrat la rece, iar procesul de difuzie este lăsat să se desfășoare timp de ∼24 h. Astfel, clorura este transformată în acid clorhidric, care este transportat în celula de difuzie în reactivul receptor. Apoi, conținutul de clorură este determinat direct în reactivul receptor prin compararea unui potențial ISE de clorură cu curba de calibrare.

Determinarea nitraților este în principiu simplă; cu toate acestea, există mai multe interferențe, principalele fiind clorurile și hidrocarbonatele. Acestea pot fi eliminate prin adăugarea unei soluții de ajustare a tăriei ionice care este compusă din 0,01 mol l-1 de sulfat de argint, 0,06 mol l-1 de sulfat de potasiu și acid sulfuric pentru a acidifica soluția până la o valoare a pH-ului mai mică de 4. Determinarea în cartofi necesită doar amestecarea probei și extracția cu apă distilată și adăugarea soluției de ajustare a tăriei ionice. Pot apărea unele perturbări atunci când nu se împiedică ieșirea clorurii din electrodul de referință.

Un exemplu destul de rar care indică posibilitatea analizei de speciație este determinarea cuprului ionic, în intervalul de la 20 la 90 μg l-1, folosind un electrod selectiv pentru cupru, într-o probă de vin, atunci când conținutul total de cupru este în intervalul de la 0,10 la 1 mg l-1. Proba este modificată foarte puțin prin adăugarea unui volum de 10% din 1 mol l-1 KNO3, așa cum ar trebui să se facă cu soluțiile standard.

ISE-urile au fost utilizate pentru determinarea aditivilor alimentari, cum ar fi zaharina și ciclamatul. Senzorul utilizat se bazează pe o membrană de poli(clorură de vinil) care conține sarea analitului într-o formă ionică adecvată ca un situs încărcat pozitiv, de exemplu, cu un cation de amoniu sau cu un cation de colorant bazic. Astfel de senzori nu sunt disponibili în comerț, dar pot fi realizați cu ușurință în laborator.

Electrozii enzimatici, având o enzimă imobilizată sau o cultură microbiană care conține o enzimă, funcționează pe baza activității catalitice cu detectarea ulterioară a produsului reacției enzimatice. Rezultatul, în funcție de reacție, este, de exemplu, un produs cum ar fi amoniacul sau o modificare a pH-ului în mediu, care este detectat de un element de detecție corespunzător.

Senzorii utilizați pentru determinarea reziduurilor de pesticide (propoxur, paraoxon) în legume sunt dispozitive enzimatice multimembranare a căror funcționare se bazează pe principiul inhibării activității unei enzime cum ar fi acetilcolina esterază. Această reacție este monitorizată de un senzor de pH. Răspunsul unor astfel de biosenzori la erbicide și pesticide deschide o nouă zonă de posibilități de testare în analiza alimentelor.

Un alt exemplu în analiza alimentelor este utilizarea electrozilor de cupru și argint în stare solidă pentru evaluarea prospețimii cărnii. Acest lucru se datorează modificării putrezinei și a sulfurii de dimetil, a căror concentrație se modifică în timpul putrefacției cărnii. Astfel de aplicații indică varietatea de aplicații ale ISE în controlul și analiza alimentelor.

.