Alai

Användningar

I det här avsnittet diskuteras inte tillämpningar som rör dricks- och mineralvatten, eftersom de i allmänhet inte ger upphov till några särskilda problem och sådana prover kan behandlas på samma sätt som modellösningar.

Natrium-, kalium-, kalcium-, ammonium-, fluorid-, klorid- och nitratbestämningar samt mätning av pH är några av tillämpningarna av ISE vid analys av livsmedel. Natrium- och kaliumbestämningar är två av de analyser som är lättast att utföra med hjälp av ISE.

Natrium förekommer vanligen i joniserad form och följaktligen i lösningar som skall mätas som fri hydrerad jon, ofta i höga koncentrationer. Under dessa förhållanden är metoden med tillsats av analyten den mest föredragna. Exempelvis bör en mängd analyserat prov som innehåller mellan 2 och 200 mg natrium lösas upp eller lakas ut med 100 ml destillerat vatten. Elektroderna placeras i en uppmätt volym (10-50 ml) av en bakgrundslösning med pH 10,2 som innehåller en känd koncentration av 0,1-10 mmol l-1 natriumklorid och 0,5 mol l-1 trietanolamin. Efter att potentialen stabiliserats tillsätts en liten volym, 0,1-1,0 ml, av provet. Förhållandena är lämpliga för mätningar när potentialförändringen efter tillsats av provet ligger i intervallet 6-20 mV. Koncentrationen av natrium i provlösningen beräknas från potentialökningen och lutningen på kalibreringskurvan för natriumelektroden. Vid låga natriumhalter kan resultaten bli felaktiga på grund av oundviklig kontaminering med natrium.

När natrium- och kaliumhalterna är lägre är metoden med flera kända tillsatser att föredra. Ett exempel är bestämning av natrium och kalium i vin. Närvaron av etanol på en nivå av 10 % kan påverka prestandan hos lösningsmedelspolymermembranelektroden och i viss mån ändra selektiviteten hos varje typ av elektrod. Därför rekommenderas en tiofaldig utspädning av vinproverna eller en tillsats av en jämförbar mängd alkohol till standarderna. Proverna kan spädas med en trietanolaminlösning som ger lämplig pH-buffring. Ett vinprov kan också blandas med en lösning för justering av jonstyrkan. Flera tillsatser av standardlösningen görs och resultaten beräknas med hjälp av Grans metod. Vid kaliumbestämning kan resultaten bli allvarligt förvrängda när diffusion av kaliumjoner från referenselektroden inte förhindras med hjälp av en dubbelförbindelsebrygga som innehåller litiumacetat.

Bestämning av kalcium baseras vanligen på det totala kalciuminnehållet eftersom differentiering mellan fritt och bundet kalcium endast är möjlig när det ursprungliga vätskeprovet mäts direkt och inte har modifierats genom pH-justering. Det optimala pH-området ligger vanligtvis mellan 5 och 9. Kalcium bestäms ofta i mjölk och mjölkprodukter. Vanligtvis tillsätts en 4 mol l-1 lösning av KCl till provet som en lösning för justering av jonstyrkan. Potentialavläsningarna jämförs med en kalibreringskurva. För bestämning av den totala kalciumhalten askas provet och resterna löses upp i en liten volym utspädd saltsyra och passerar genom en jonbyteskolonn för att avlägsna pyrofosfater och hydrerade silikater. Den resulterande lösningen späds sedan ut så att kalciumkoncentrationen ligger inom det optimala koncentrationsintervallet, justerat för pH-värde och jonstyrka. Potentialen mäts och jämförs med en kalibreringskurva. Alternativt kan standardadditionsmetoden användas för båda bestämningarna.

Fluorid är viktigt för tandhälsan men i för stora mängder är det känt att det är giftigt. Den enda störande jonen för en fluoridelektrod är hydroxidjonen. Bestämningen av fluoridjonen störs inte av närvaron av de flesta medföljande joner utom de som komplexerar fluoridjoner, t.ex. aluminium eller järn. För att eliminera sådana störningar innehåller lösningen för justering av jonstyrkan vanligtvis ättiksyrabuffert med pH ∼4,5 och en ligand, t.ex. polyaminopolyacetat eller citrat, som ska komplexera de störande metalljonerna. Eftersom fluoridhalten i livsmedel vanligtvis är låg är det enda problemet att förbereda provet så att koncentrationen i den slutliga lösningen stämmer överens med det optimala bestämningsområdet. Den totala fluoridhalten mäts efter att provet har spjälkats upp. Detta kan innefatta askning, smältning, förbränning i syrekolv och nedbrytning i heta syror. De bästa förfarandena innebär användning av slutna system där provet bryts ned med koncentrerad salpetersyra vid 100-120 °C. Under dessa förhållanden undviks förlust av fluorid från provet. De bästa förfarandena använder den multipla standardadditionsmetoden för fluoridbestämning. Vid analys av mjöl eller mjölk gör behandlingen av proverna med perklorsyra det möjligt att bestämma fluorid på en nivå under 0,4 μg per g. Innehållet av fri fluorid kan bestämmas med ett minimum av provhantering och behandling i ett flytande prov, t.ex. vin.

Kloridhalten i livsmedel kan bestämmas genom titrering med silvernitrat med användning av antingen en klorid-ISE (kristallint eller positivt laddat platsmembran) eller en silverelektrod som indikator. Direktbestämning med ISE är bekvämt för låga kloridhalter; båda förfarandena påverkas dock av närvaron av bromid eller jodid när deras koncentrationer är betydligt större än kloridkoncentrationen. I proteinrika prover observeras ofta vissa oegentligheter i elektrodfunktionen. Störningar från bromid och jodid samt från proteinadsorption kan undvikas genom att koka det blandade och blandade provet med 0,1 mol l-1 salpetersyra. För komplicerade matriser har en mikrodiffusionscellteknik använts för att förenkla provet. Livsmedelsprovet smälts med kall koncentrerad svavelsyra och diffusionsprocessen tillåts fortgå i ∼24 timmar. Klorid omvandlas således till saltsyra, som transporteras i diffusionscellen till den mottagande reagensen. Därefter bestäms kloridhalten direkt i mottagarreagenset genom jämförelse av en klorid-ISE-potential med kalibreringskurvan.

Bestämning av nitrat är i princip enkel, men det finns flera interferenser, varav de viktigaste är klorider och vätekarbonater. De kan elimineras genom tillsats av en lösning för justering av jonstyrkan som består av 0,01 mol l-1 silversulfat, 0,06 mol l-1 kaliumsulfat och svavelsyra för att surgöra lösningen till ett pH-värde som är lägre än 4. Vid bestämning i potatis behövs endast blandning av provet och extraktion med destillerat vatten samt tillsats av lösningen för justering av jonstyrkan. Vissa störningar kan uppstå när utflödet av klorid från referenselektroden inte förhindras.

Ett ganska sällsynt exempel som visar på möjligheten till speciationsanalys är bestämning av jonisk koppar i intervallet 20-90 μg l-1 med hjälp av en kopparselektiv elektrod i ett prov av vin när den totala kopparhalten är i intervallet 0,10-1 mg l-1. Provet modifieras mycket lite genom tillsats av 10 volymprocent 1 mol l-1 KNO3, vilket bör göras med standardlösningar.

ISEs har använts för bestämning av livsmedelstillsatser som sackarin och cyklamat. Den sensor som används är baserad på ett poly(vinylklorid)membran som innehåller analytens salt i en lämplig jonisk form som en positivt laddad plats t.ex. med en ammonium- eller basisk färgämneskatjon. Sådana sensorer är inte kommersiellt tillgängliga men kan enkelt tillverkas i laboratoriet.

Enzymelektroder, som har ett immobiliserat enzym eller en mikrobisk kultur som innehåller ett enzym, fungerar på grundval av katalytisk aktivitet med efterföljande detektion av produkten av den enzymatiska reaktionen. Resultatet, beroende på reaktionen, är t.ex. en produkt som ammoniak eller en pH-ändring i mediet, som registreras av ett motsvarande sensorelement.

Sensorer som används för bestämning av bekämpningsmedelsrester (propoxur, paraoxon) i grönsaker är enzymatiska multimembrananordningar vars funktion bygger på principen om hämning av aktiviteten hos ett enzym, t.ex. acetylkolinesteras. Denna reaktion övervakas av en pH-sensor. Sådana biosensors respons på herbicider och bekämpningsmedel öppnar ett nytt område för testmöjligheter inom livsmedelsanalysen.