Применение инверсионной вольтамперометрии при контроле содержания мышьяка в алкогольных напитках

Одной из актуальных социальных проблем на территории Челябинской области, как впрочем, и по всей России, остается «алкоголизация» населения и ее последствия. Основную долю потребления алкогольной продукции составляют крепкие напитки: водка, ликероводочные изделия, коньяк, а также пиво. Одной из причин «алкоголизации» является высокий уровень доступности крепких и слабоалкогольных напитков. «Алкоголизация» населения, особенно молодежи, отрицательно сказывается на генофонде области, деформируется демографический и социальный состав общества. В этой связи проблема предупреждения влияния некачественной и потенциально опасной алкогольной и спиртосодержащей продукции на здоровье населения является актуальной и приоритетной для Челябинской области [2, 6].

Анализ результатов мониторинга качества и безопасности пищевых продуктов 2010–2013 годы показывает, что на потребительский рынок области продолжает поступать продукция, не соответствующая гигиеническим требованиям по показателям безопасности [15–18]. Одной из загрязненных остается группа алкогольных напитков. Наиболее значимыми загрязнителями пищевых продуктов в области остаются токсичные элементы.

Мышьяк — один из тяжелых металлов, обнаруживаемых в продуктах питания, является высокотоксичным кумулятивным ядом. Контроль за его содержанием в пищевых продуктах и продовольственном сырье является обязательным и регулируется законодательством [1, 5, 7–9].

Одним из современных методов исследования пищевых продуктов и продовольственного сырья на содержание мышьяка является инверсионная вольтамперометрия. Практическое применение, анализ данных реализации метода инверсионной вольтамперометрии для осуществления контроля безопасности алкогольных напитков является важной и актуальной задачей. Нами были осуществлены исследования по определению содержания мышьяка в пробах алкогольных напитков методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе «Пан-мышьяк».

Инверсионная вольтамперомерия мышьяка осуществлялась в соответствии со следующими методиками анализа: ГОСТ Р 51962–2002 «Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрический метод определения массовой концентрации мышьяка» и МУ 31–05/04 «Количественный химический анализ проб пищевых продуктов, продовольственного сырья, биологически активных добавок к пище. Методика выполнения измерений массовых концентраций мышьяка методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА».

МУ 31–05/04 устанавливают методику выполнения измерений массовой концентрации мышьяка во всех группах пищевых продуктов и продовольственного сырья, включая алкогольные и безалкогольные напитки, в биологически активных добавках к пище, биологических объектах. Диапазон измерения концентраций мышьяка данным методом составляет от 0,005 мг/кг до 5,0 мг/кг включительно. Предельно-допустимая концентрация мышьяка для алкогольной продукции, а именно: этилового спирта, водки, ликероводочных изделий, бренди (коньяка), вин, слабоалкогольных напитков, пива, составляет 0,2 мг/кг [1, 4].

Для исследовательских целей были использованы стандартные образцы состава раствора ионов мышьяка (ГСО 7264–96 ФГУП «Уральский научно-исследовательский институт метрологии», аттестованное значение образца — 0,1 мг/см³). С целью контроля достоверности результатов анализа осуществлялся оперативный контроль погрешности с применением метода добавок. Анализ выполнялся в условиях повторяемости и внутрилабораторной прецизионности [14].

Измерения массовой концентрации мышьяка выполнялись методом инверсионной вольтамперометрии после предварительной подготовки проб. Использовалась электроактивная форма мышьяка в степени окисления (3+); электронакопление проводилось в форме As (0); аналитический сигнал получали в результате электрохимической реакции As (0) → As (3+). Растворение навески и окисление всех форм мышьяка до As (5+) проводилось при нагревании со смесью азотной кислоты и перекиси водорода в присутствии солей магния. После упаривания раствора осадок помещался в муфельную печь и осуществлялось прокаливание при 500 °С для полного сжигания органических веществ. Неорганический осадок обрабатывался восстановителем (сернокислым гидразином) в концентрированной серной кислоте при нагревании, после чего избыток восстановителя и серной кислоты удалялся нагреванием в муфельной печи.

Из полученного раствора As (3+) осуществлялось накопление в виде As (0) на золото-углеродсодержащем электроде в течение заданного времени накопления ((10–300) секунд) при потенциале минус 1,6 В. Процесс электрорастворения As (0) с поверхности электрода проводился при изменении потенциала в положительную сторону до плюс 0,2 В. Потенциал анодного пика мышьяка: минус (0,20±0,05) В. Массовая концентрация мышьяка в пробе определялась методом добавок аттестованной смеси As в анализируемый раствор [1, 3, 5].

Результат единичного анализа вычислялся по формуле [1]:

где:

Хi — содержание мышьяка в анализируемой пробе, мг/кг;

Сд — концентрация аттестованной смеси мышьяка, из которой делается добавка к анализируемой пробе, мг/дм3;

Vд — объем добавки аттестованной смеси мышьяка, см3;

I1 — величина пика мышьяка в анализируемой пробе, мкА;

Vмин — объем минерализата, полученного растворением золы в известном объеме растворителя, см3;

Vал — объем аликвоты, взятой для анализа из минерализата, см3;

I2 — величина пика мышьяка в пробе с добавкой, мкА;

m — масса пробы, взятой для анализа, г.

Химические помехи, влияющие на результаты определения мышьяка, устранялись в процессе пробоподготовки [1, 5]. Для алкогольных напитков объем пробы, отбираемый для анализа, составляет 2 см³, сам анализ по продолжительности составляет 3,7 часа. Мониторинг результатов анализа проб алкогольных напитков на содержание мышьяка за последние 5 лет представлен в таблице.

Таблица

Мониторинг результатов анализа проб алкогольных напитков на содержание мышьяка за последние 5 лет

Анализ данных мониторинга результатов исследования проб алкогольных напитков на содержание мышьяка показывает, что наибольшее число результатов исследований приходится на диапазон концентраций менее 0,02 мг/кг. Предел обнаружения мышьяка методом инверсионной вольтамперометрии составляет 0,005 мг/кг. В пробах с концентрацией мышьяка менее 0,02 мг/кг метод инверсионной вольтамперометрии, как чувствительный метод, позволял обнаружить содержание мышьяка в исследуемой пробе [1].

В наших работах большое место занимают исследования, проведенные в области инверсионной вольтамперометрии, которая всегда рассматривалась как один из способов повышения чувствительности определений [10–13]. Применение инверсионной вольтамперометрии при мониторинге окружающей среды позволяет обеспечить экспрессный аналитический контроль содержания токсичных элементов в лабораториях, что в свою очередь, позволяет решить проблему предупреждения влияния некачественной и потенциально опасной алкогольной и спиртосодержащей продукции на здоровье населения Челябинской области.

Литература:

1.         Ребезов М. Б., Белокаменская А. М., Максимюк Н. Н., Наумова Н. Л., Зинина О. В. Оценка методов инверсионной вольтамерометрии, атомно-абсорбционного и фотометрического анализа токсичных элементов в продовольственном сырье и пищевых продуктах. Челябинск: ИЦ ЮУрГУ, 2012. 94 с.

2.         Белокаменская А. М., Максимюк Н. Н., Мазаев А. Н., Ребезов М. Б. Контроль качества результатов анализа пищевых продуктов (при реализации методик фотоэлектрической колориметрии и инверсионной вольтамперометрии). Тамақ, жеңiл өнеркәсiптерi мен қонақжайлылық индустриясының, Алматы технологиялық университетiнiң 55 жылдығына арналған: мат. халықаралық ғылыми-тәжірибелік конф. Алматы: АТУ, 2012. С. 284–287.

3.         Белокаменская А. М., Зинина О. В., Прохасько Л. С., Ребезов Я. М. Сравнительная оценка методов исследований содержания токсичных элементов в продовольственном сырье и пищевых продуктах. Экономика и бизнес. Взгляд молодых. Челябинск:, 2012. С. 236–238.

4.         Белокаменская А. М., Ребезов М. Б., Мазаев А. Н., Ребезов Я. М., Зинина О. В. Применение физико-химических методов исследований в лабораториях Челябинской области. Молодой ученый. 2013. № 4. С. 48–53.

5.         Ребезов М. Б., Зыкова И. В., Белокаменская А. М., Ребезов Я. М. Контроль качества результата анализа при реализации методик фотоэлектрической фотометрии и инверсионной вольтамперометрии в исследовании проб пищевых продуктов на содержание мышьяка. Вестник Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого. 2013. Т. 2. № 71. С. 43–48.

6.         Белокаменская А. М., Ребезов М. Б., Зинина О.В, Ребезов Я. М. Методы контроля содержания мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах. Знания молодых для развития ветеринарной медицины и АПК страны. СПб: СПбГАВМ, 2013. С. 20–22.

7.         Чупракова А. М., Ребезов М. Б. Обеспечение экологической безопасности в Челябинской области. Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры. Материалы Всероссийской научно-методической конференции. Оренбург: Оренбургский государственный университет, 2014. С.1090–1094.

8.         Белокаменская А. М., Ребезов М. Б., Соловьева А. А., Доронина А. С. Мониторинг результатов анализа проб пищевых продуктов и продовольственного сырья на содержание свинца, кадмия и мышьяка. Ғылым. Білім. Жастар, Алматы технологиялық университетінің 55-жылдығына арналған респуб-ликалық жас ғалымдар конференциясы. Алматы: АТУ, 2012. Б. 158–160.

9.         Белокаменская А. М., Ребезов М. Б., Мухамеджанова Э. К. Подбор современного оборудования для определения токсичных элементов с целью обеспечения качества испытаний. Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства. 2013. № 1. С. 292–296.

10.     Белокаменская А. М., Ребезов М. Б., Максимюк Н. Н., Асенова БК. Исследование пищевых продуктов и продовольственного сырья на содержание йода методом инверсионной вольтамперометрии. Сборник научных трудов SWorld. 2013. Т. 40. № 2. С. 3–7.

11.     Белокаменская А. М., Ребезов М. Б., Ребезов Я. М., Максимюк Н. Н. Исследование проб воды на содержание йода методом инверсионной вольтамперометрии. Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство. Материалы международной научно-технической конференции. Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2013. С. 736–740.

12.     Ребезов М. Б., Белокаменская А. М., Мазаев А. Н., Ребезов Я. М., Максимюк Н. Н. Контроль качества результатов определения кадмия в пищевых продуктах методом инверсионной вольтамперометрии и атомно-абсорбционной спектрометрии. Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій Міністерство освіти і науки України. Одеса: ОНАХТ, 2012. Вип. 42. Т. 2. С. 378–384.

13.     Белокаменская А. М., Ребезов М. Б., Ребезов Я. М., Максимюк Н. Н. Исследование проб воды на содержание селена методом инверсионной вольтамперометрии. Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство. Материалы международной научно-технической конференции. Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2013. С. 741–744.

14.     Ребезов М. Б., Лукьянов С. И. Обеспечение качества испытаний. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. №. 4. Магнитогорск, 2006. С. 115–117.

15.     Боган В. И., Ребезов М. Б., Гайсина А. Р., Максимюк Н. Н., Асенова Б. К. Совершенствование методов контроля качества продовольственного сырья и пищевой продукции. Молодой ученый. 2013. № 10. С. 101–105.

16.     Ребезов М. Б., Белокаменская А. М., Зинина О. В., Наумова Н. Л., Максимюк Н. Н., Соловьева А. А., Солнцева А. А. Контроль качества результатов исследований продовольственного сырья и пищевых продуктов на содержание свинца. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2012. Т. 2. № 1. С. 157–162.

17.     Богатова О. В., Стадникова С. В., Ребезов М. Б. Накопление тяжелых металлов в молоке кобыл. Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство. Материалы международной научно-технической конференции. Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2013. С. 759–761.

18.     Белокаменская А. М., Ребезов М. Б., Мазаев А. Н., Ребезов Я. М., Максимюк Н. Н., Асенова Б. К. Исследование пищевых продуктов и продовольственного сырья на содержание ртути атомно-абсорбционным методом. Молодой ученый. 2013. № 10. С. 98–101.