Исследование влияния высокочастотных магнитных полей на качество пищевых продуктов

Липецкий государственный технический университет



Институт (факультет)

физико-технологический





Кафедра

физики и биомедицинской техники



полное или сокращённое название кафедры



ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ

РАБОТА БАКАЛАВРА

по направлению

12.03.04 «Биотехнические системы и технологии»



шифр и наименование направления подготовки

тип программы

академическая



академическая/прикладная

профиль

инженерное дело в медико-биологической практике



наименование профиля программы бакалавриата (магистратуры)

«Исследование влияния высокочастотных магнитных полей на качество пищевых продуктов»









Студент







Беляков П.В.





подпись, дата



фамилия, инициалы

Группа

БМ-13-1



















Руководитель









д.ф.-м.н., профессор







Осинин В.Ф.

	учёная степень, учёное звание



подпись, дата



фамилия, инициалы



Рецензент









к.х.н., эксперт-химик          







Денисов И.С.

	учёная степень, учёное звание



подпись, дата



фамилия, инициалы

Заведующий кафедрой









к.ф.-м.н., доцент







Шарапов С.И.

	учёная степень, учёное звание



подпись, дата



фамилия, инициалы















Липецк 2016г.

Липецкий государственный технический университет



Факультет   физико-технологический

Кафедра физики и биомедицинской техники                            Зав. Кафедрой Шарапов С. И.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

	  «       » __________________2016   г.

	

ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ



Студенту  Белякову Павлу Валерьевичу  

   Группа БМ-13-1



1 Тема работы: «Исследование влияния высокочастотных магнитных полей на качество пищевых продуктов»   



1.  Исходные данные 

	3.   Содержание расчетно-пояснительной записки 

4.  Перечень графического материала 

5.   Срок сдачи проекта руководителю           октябрь  2016г.

6.    Дата выдачи задания                                  июль      2016г.

7.    Руководитель проекта  Осинин В.Ф.



8.    Задание принял к исполнению студент  Беляков П.В.















Аннотация



С. 54. Ил. 26. Табл.5. Литература 20 назв.



Выпускная квалификационная работа выполнена на тему: «Исследование влияния высокочастотных магнитных полей на качество пищевых продуктов».  

В работе отражена актуальность выбора данной темы, рассмотрен принцип действия хроматомасс-спектрометра;  на основе литературно - патентного анализа  рассчитаны геометрические размеры виол с исследуемыми образцами масел растительной продукции и разработана установка с переменным по частоте и амплитуде магнитным  полем;  проведён цикл экспериментальных исследований на установке на предмет поиска корреляционных связей между необлучёнными и облучёнными виолами магнитным полем. 













































Оглавление



                                                                                                                 



Введение……………………………………………………………………………...5

1.Информационно-измерительная система контроля качества пищевых продуктов с помощью газового хроматографа ГХ-QP2010………………………8

    1.1. Состав информационно-измерительной системы………………………….8

    1.2. Алгоритм функционирования системы……………………………………11

2. Назначение и принцип работы газового хроматограф ГХ-QP2010…………..11

    2.1. Технические характеристики  и область применения....…………………14

          2.1.1. Конструкция прибора...……………………………………………….16

3. Хроматографические методы анализа исследуемых материалов…………….19

    3.1.Виды хроматографических методов………………………..........................20

4. Методика эксперимента…………………………………………………………27

4.1.Описание методики эксперимента по исследованию влияния высокочастотных магнитных полей на качество пищевых продуктов…….…...27

4.2.Результаты экспериментальных исследований.........……………………...28

Заключение………………………………………………………………………….39

Библиографический список……………….……………………………………….42





























Введение



Для создания особого рода водорастворимых лекарственных веществ, пищевых добавок применяются липиды, которыми обладают многие виды природного сырья. Эти липиды биологически активны и поэтому используются в различных видах человеческой деятельности - в таких как грязелечение и косметология.

Известно, что биологическое действия липидов вызвано присутствием в их структуре свободных и связанных жирных кислот (ЖК). Основным методом выделения ЖК является экстракция с использованием разного рода органических растворителей. Чаще всего для этих целей применяется метод Фолча, где в качестве экстрагента используют спирт-хлорофорные смеси. Основной приоритетной задачей в этом направлении является разработка экологически безопасных ресурсо-эффективных методов экстракта на основе воды в качестве экстрагента, однако, здесь следует отметить, что меньшая экстракционность воды по сравнению с органическими растворителями требует других более жёстких условий для эффективного изучения других компонентов. Это означает, что поиск оптимальных условий экстракций ЖК затруднителен без создания и разработки новых экспрессных и высокочувствительных методов их аналитического контроля. Одним из таких методов является метод хромато-масс-спектрометрии.

Для достижения поставленной задачи по разработки методики определения ЖК в сапропелях методом хромато-масс-спектрометрии с применением водной вибромагнитной экстракции необходимо решить следующие задачи: 

– для интенсификации стадии выделения жирных кислот из сапропели для определении методом хромато-масс-спектрометрии применять водную вибромагнитную экстракцию;

– оценить эффективность извлечения ЖК из сапропели посредством водной вибромагнитной экстракции с использованием гравиметрии и хромато-масс-спектрометрии;

– разработать алгоритм и методику определения состава ЖК на основе хромато-масс-спектрометрии с использованием известных образцов фирмы Sigma;

– применить разработанную методику для оценки содержания свободных и связанных жирных кислот в сапропеле растительного масла и экстрактах на его основе.

По рассматриваемому направлению исследований известен целый ряд опубликованных работ [1-20], однако, наибольшего внимания заслуживают работы [1-4], в которых различными авторами приведены результаты теоретических и прикладных исследований. 

В, частности, [1] описывается  возможность использования электромагнитного поля в процессе вымораживания подсолнечного масла. При этом вымораживание оценивали по изменению электрофизических характеристик суспензий воска и воскоподобных веществ в подсолнечном масле. В [1] так же показана интенсификация технологических процессов кристаллизация восковых соединений и фильтрации суспензии под действием электромагнитного поля. В [2] авторы используют микроволновые поля для экстрагирования масел из растительного сырья, в работе также указывается, что за счет влияния электромагнитного поля при экстрагировании можно получить больший процентный выход масла с наиболее ценными компонентами, сократить длительность технологического процесса и интенсифицировать его, а так же снизить затраты энергии, в работе [2] отмечено, что экстрагирование с помощью микроволновой техники является революционным методом извлечения целевых компонентов, основанном на селективном и органическом нагревании остаточной влаги в растительном материале. Этот локализованный нагрев идёт очень быстро и завершается разрушением физической структуры исходного материала, что ведёт к прямому перемещению целевых компонентов в растворитель. Описанный процесс даёт возможность извлекать более широкий диапазон растворимых веществ, подбирая необходимый растворитель.

В [3] приводится результат исследований зависимости электропроводности растительных масел от частоты электромагнитного поля и температуры. Здесь отмечается, что при исследованиях использовался метод определения электропроводности с помощью трехэлектродного датчика с контролируемой частотой электромагнитного поля в диапазоне (10 – 100) кГц при температуре изменения масла от 20 до 70 ?С. В [4] описывается патент на способ по целенаправленному разрушению молекулярной структуры вещества, где указывается, что целенаправленное селективное разрушение молекулярных структур вещества осуществляется по определённым межатомным связям без какого либо существенного затрагивания остальных связей. Рассматриваемый диапазон электромагнитных волн охватывает частоты 1011 – 1018 Гц.

Таким образом, из литературного обзора следует, что растительное масло в силу своей важности представляет собой сырьё, которое требует детального расширенного исследования его свойств вышеизложенными экспериментальными методами.

Настоящий диплом направлен на исследование растительного масла методами хромато-масс-спектрометрии в сочетании с водной вибромагнитной его экстракцией.





	

	

	

	

	

	

	

1 Информационно-измерительная система контроля качества пищевых продуктов с помощью газового хроматографа ГХ-QP2010



Состав информационно-измерительной системы (ИИС) контроля 

качества пищевых продуктов



На рисунке 1 приведена функциональная схема ИИС, которая включает в себя: 

– объект исследования (блок 1); 

– газовый хроматограф ГХ-QP2010 (блок 2);

– магнитный облучатель (блок 3) с управлением частотой и амплитудой переменного магнитного поля (блок 4).

– необлучённый (блок 5) и облучённый (блок 6) спектры;

– коррелятор (блок 7).

Внешний вид хроматографа представлен на рисунке 2, а его схема – на рисунке 3, внешний вид магнитного облучателя – на рисунке 4.

                            

	

   Исследуемый    объект

  Необлучённый спектр

                                 1                                     1 

1                                     2   Хроматограф           5

                                                                  



Магнитный    облучатель

Облучённый спектр                              2                                     2

                                  3                                    6







Управление частотой и амплитудой

                                  4                                    7    Коррелятор





Рисунок 1 – Функциональная схема ИИС







1.2 Алгоритм функционирования системы



Система контроля качества пищевых продуктов на ИИС выполняется следующим образом (рис. 1):

- при реле в положении 1 на выходе хроматографа (блок 2) регистрируется  необлучённый исследуемый объект (блок 1), спектр которого записывается в блоке 5;

- при реле в положение 2 на выход хроматографа регистрируется облучённый магнитным полем (блоки 3,4) исследуемый объект, спектр которого записывается в блоке 6;

- в блоке №7 рассчитывается корреляционная функция для оценки статистической связи между спектрами пищевых продуктов до и после обработки магнитным полем, при этом в процессе эксперимента осуществляется выбор амплитуды и частоты магнитного поля, существенно влияющих на корреляционную функцию.































Назначение и принцип работы газового хроматографа ГХ-QP2010

 

Новая конструкция ионного источника и мощная дифференциальная система вакуумирования обеспечивают высочайшую чувствительность. Расширение массового диапазона до 1090 а.е.м. и увеличение максимальной температуры ионного источника до 300 градусов открывают дополнительные возможности для анализа высококипящих образцов.

Система электронного контроля газовых потоков высокого давления (AFC-H) гарантирует высочайший уровень воспроизводимости для всех типов прикладных задач, а режим поддержания постоянной линейной скорости позволяет получать оптимальное разделение на всем протяжении хроматограммы.

Газовый хроматограф ГХ-QP2010, входящий в систему, позволяет проводить хроматографический анализ при высоких давлениях (до 970 кПа) и высоких скоростях потока газа-носителя (до 1200 мл/мин). В сочетании с высокоэффективной системой вакуумирования это обеспечивает возможность проведения анализа в режиме быстрой хромато-масс-спектрометрии. 

На газовый хроматограф можно устанавливать до 4-х дополнительных газохроматографических детекторов, которые работают совместно с масс-спектрометром с использованием единого программного обеспечения. Это позволяет увеличить гибкость и аналитические возможности системы.
Два независимых филамента снабжены системой настройки энергии ионизации в диапазоне от 10 до 200 eV с установкой тока от 10 до 250 мкА. Хроматограф ГХ-QP2010 позволяет проводить анализы в режимах ионизации электронным ударом, а также методом химической ионизации с регистрацией положительных и отрицательных ионов. Имеется возможность прямого ввода проб в масс-спектрометр, что позволяет проводить анализ термолабильных или высокомолекулярных соединений. При этом устройство прямого ввода можно устанавливать одновременно с хроматографическим интерфейсом, а выбор режима ввода осуществляется с помощью программного обеспечения.

Хроматограф ГХ-QP2010 оснащен квадруполем с максимальной скоростью сканирования 10000 а.е.м/с и частотой сбора данных 50 сканирований/сек. Этот квадруполь является одним из самых быстрых в мире. Широкий диапазон регистрируемых масс (1,5 – 1090 а.е.м.) позволят решать широкий круг практических задач. Регистрация хроматограмм может осуществляться одновременно в режимах SCAN и SIM. Причем, эти оба режима могут быть заданы в одном файле метода.

Программное обеспечение GCMSsolution включает функции управления всеми параметрами хроматографа и масс-спектрометра, обработку и оформление результатов, систему контроля качества, обслуживания прибора в соответствии с требованиями GLP/GMP, а также автоматизацию выполнения анализов при использовании автоинжектора [21].



2.1 Устройство, область применения и техническая

характеристика газового хроматографа ГХ-QP2010



Хромато-масс-спектрометр, представляющий собой комбинацию газового хроматографа и масс-спектрометра, предназначен для обнаружения и определения веществ и соединений, входящих в состав медицинской, пищевой, сельскохозяйственной и других видов продукции, лекарственных, психотропных и наркотических средств, биологических систем, контроля экологической обстановки [21]. Технические характеристики газового хроматографа ГХ-QP2010 приведены в таблице 1.



Таблица 1 – Технические характеристики газового хроматографа ГХ-QP2010



Масс-спектрометр

ГХ-QP2010

Диапазон регистрируемых масс

m/z 1.5 – 1090 

Максимальная скорость сканирования

10000 а.е.м/с

Источник ионнов

Двойной филамент

Температура ионного источника

100 - 300 0С

Энергия ионизации

10 - 200 эВ

Способы ионизации

Электронный удар, положительная и отрицательная химическая ионизация.

Система вакуумирования

Дифференциальная, два турбомолекулярных насоса (179 л/с и 185 л/с).

Максимальная скорость потока газа носителя через колонку

15 мл/мин

Масс-спектрометр

Квадрупольный с системой “pre-rod”, препятствующей загрязнению квадруполя и уменьшающей шум.

Чувствительность

EI Режим SCAN: 1 пг октафторнафталина (S/N і 160)

Режим SIM: 100 фг октафторнафталина (S/N і 160)

СI Режим SCAN: 100 пг бензофенона (S/N і 150)

Режим SIM: 10 пг бензофенона (S/N і 150)

NCI Режим SCAN: 100 фг октафторнафталина (S/N і 300)

Режим SIM: 10 фг октафторнафталина (S/N і 300)

Библиотеки спектров

Универсальные: NIST, WILEY.

Специальные: Pfleger, Maurer, Weber (лекарства и пестициды), FFNSC (натуральные и синтетические вкусы и ароматы, содержит информацию об индексах удерживания), библиотека пестицидов «Shimadzu» (содержит спектры электронного удара и отрицательной хим-ионизации), библиотека VW/Shimadzu (содержит спектры добавок в полимеры), базы данных соединений для полуколичественного анализа природных образцов (включая калибровочные кривые).

Возможно создание собственных библиотек.

Газовый хроматограф

ГХ-QP2010, полный электронный контроль потоков.

Инжекторы split/splitless, PTV, Wide bore.





Конструкция прибора



Как следует из рисунков (5-10) конструкция газового хромато-масс-спектрометра  ГХ-QP2010,  достаточно сложна и содержит целый ряд устройств, обладающих уникальными свойствами: высокой чувствительностью, достоверностью, надежностью, высокой воспроизводимостью и точностью результатов анализа. Все элементы системы управляются автоматически с помощью вычислительной техники программное обеспечение которой охватывает всю функциональную структуру прибора [21].



3 Хроматографические методы анализа 

 

Хроматография – процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента. Разделение сложных смесей хроматографическим способом основано на различной  сорбируемости компонентов смеси. В процессе хроматографирования так называемая подвижная фаза (элюент), содержащая анализируемую пробу, перемещается через неподвижную фазу. Обычно неподвижная фаза представляет собой вещество с развитой поверхностью, а подвижная – поток газа или жидкости, фильтрующейся через слой сорбента. При этом происходит многократное повторение актов сорбции – десорбции, что является характерной особенностью хроматографического процесса и обуславливает эффективность хроматографического разделения. 

	Качественный хроматографический анализ, т.е. идентификация  вещества  по его  хроматограмме, может быть выполнена сравнением хроматографических характеристик, чаще всего удерживаемого объема (т.е. объема подвижной фазы, пропущенной через колонку от начала ввода смеси до появления данного компонента на выходе из колонки), найденных при определенных условиях для компонентов анализируемой смеси и для эталона.

Количественный хроматографический анализ основан на измерении различных параметров хроматографического пика, зависящих от концентрации хроматографируемых веществ – высоты, ширины, площади и удерживаемого объема или произведения удерживаемого объема на высоту пика.

В количественной газовой хроматографии применяют методы абсолютной градуировки и внутренней нормализации, или нормировки. Используется также метод внутреннего стандарта. При абсолютной градуировке экспериментально определяют зависимость высоты или площади пика от концентрации вещества и строят градуировочные графики или рассчитывают соответствующие коэффициенты. Далее определяют те же характеристики пиков в анализируемой смеси, и по градуировочному графику находят концентрацию анализируемого вещества. Этот простой, и точный метод является основным при определении микропримесей.

При использовании метода внутренней нормализации принимают сумму каких-либо параметров пиков, например сумму высот всех пиков или сумму их площадей, за 100%. Тогда отношение высоты отдельного пика к сумме высот или отношение площади одного пика к сумме площадей при умножении на 100 будет характеризовать массовую долю (%) компонента в смеси. При таком подходе необходимо, чтобы зависимость величины измеряемого параметра от концентрации была одинаковой для всех компонентов смеси [22].



3.1 Виды хроматографических методов

 

Хроматография впервые была введена в аналитическую практику русским ботаником М.С. Цветом. В первых же работах с помощью этого метода М.С. Цвет установил, что считавшийся однородным зеленый пигмент растений хлорофилл на самом деле состоит из нескольких веществ. При пропускании экстракта зеленого листа через колонку, заполненную порошком мела, и промывании петролейным эфиром он получил несколько окрашенных зон, что несомненно говорило о наличии в экстракте нескольких веществ. Впоследствии это было подтверждено другими исследователями. Этот метод он назвал хроматографией, хотя сам же указал на возможность разделения и бесцветных веществ.

Вещество подвижной фазы непрерывно вступает в контакт с новыми участками адсорбента и частью адсорбируется, а адсорбированное вещество контактирует со свежими порциями подвижной фазы и частично десорбируется.

Таким образом, создателю хроматографического метода был известен один механизм взаимодействия разделяемых веществ с материалом колонки – молекулярная адсорбция.

М.С. Цвет сформулировал закон, который назвал законом адсорбционного замещения:

«Вещества, растворенные в определенной жидкости, образуют определенный адсорбционный ряд А, В, С,…, выражающий относительное адсорбционное сродство его членов к адсорбенту. Каждый из членов адсорбционного ряда, обладая большим адсорбционным сродством, чем последующий, вытесняет его из соединения и в свою очередь вытесняется предыдущим».

Таким образом, основным условием для осуществления хроматографического процесса – процесс разделения веществ на колонке – М.С. Цвет считал различие в адсорбируемости.

В современной хроматографии для разделения веществ кроме молекулярной адсорбции используют и другие физико-химические явления. Имеется несколько классификаций, основанных на различных принципах. Общепринятыми являются следующие.

По агрегатному состоянию применяемых фаз. Согласно этой классификации хроматографию подразделяют на газовую и жидкостную. 

 По механизмам разделения, т.е. по характеру взаимодействия между сорбентом и сорбатом. По этой классификации хроматографию подразделяют на следующие виды:

1. адсорбционная хроматография – разделение основано на различии в адсорбируемости разделяемых веществ твердым адсорбентом;

2. распределительная хроматография – разделение основано на различии в растворимости разделяемых веществ в неподвижной фазе (газовая хроматография) и на различии в растворимости разделяемых веществ в подвижной и неподвижной жидких фазах;

Следует иметь в виду, что очень часто процесс разделения протекает по механизму колоночной хроматографии – разделение веществ проводится в    специальных колонках;

По способу относительного перемещения фаз различают фронтальную, или элюэнтную, и вытеснительную хроматографию.

Фронтальный метод. Это простейший по методике вариант хроматографии. Он состоит в том, что через колонку с адсорбентом непрерывно пропускают анализируемую смесь, например, компонентов А и В в растворителе Solv. В растворе, вытекающем из колонки, определяют концентрацию каждого компонента и строят график в координатах концентрация вещества – объем раствора, прошедшего через колонку. Эту зависимость обычно и называют хроматограммой или выходной кривой.

Вследствие сорбции веществ А и В сначала из колонки будет вытекать растворитель Solv, а затем растворитель и менее сорбирующийся компонент А, затем и компонент В и, таким образом, через некоторое время состав раствора при прохождении через колонку меняться не будет. Метод применяется, например, для очистки раствора от примесей, если они сорбируются существенно лучше, чем основной компонент, или для выделения из смеси наиболее слабо сорбирующегося вещества.



Элюентный метод



Элюентный метод. При работе по этому методу в колонку водят порцию анализируемой смеси, содержащей компоненты А и В в растворителе Solv, и колонку непрерывно промывают газом-носителем или растворителем Solv. При этом компоненты анализируемой смеси разделяются на зоны: хорошо сорбирующееся вещество В занимает верхнюю часть колонки, а менее сорбирующийся компонент А будет занимать нижнюю часть.

В газе или растворе, вытекающем из колонки, сначала появляется компонент А, далее – чистый растворитель, а затем компонент В.

Чем больше концентрация компонента, тем выше пик и больше его площадь, что составляет основу количественного хроматографического анализа. 

Проявительный метод дает возможность разделять сложные смеси, он наиболее часто применяется в практике. Недостатком метода является уменьшение концентрации выходящих растворов за счет разбавления растворителем или газом-носителем.

Вытеснительный метод. В этом методе анализируемую смесь компонентов А и В в растворителе Solv вводят в колонку и промывают раствором вещества D (вытеснитель), которое сорбируется лучше, чем любой из компонентов анализируемой смеси. 

Концентрация раствора при хроматографировании не уменьшается, в отличие от проявительного метода. 

Существенным недостатком вытеснительного метода является возможное наложение зоны одного вещества на зону другого, поскольку зоны компонентов в этом методе не разделены зоной растворителя. 

В хроматографии чаще всего используют методику проявительного (элюентного) анализа, в этом случае наблюдаемый пик в координатах концентрация – объём называют хроматографическим пиком и характеризует высотой, шириной и площадью. 

В аналитической практике широко используют метод газожидкостной хроматографии (ГЖХ). Это связано с чрезвычайным разнообразием жидких неподвижных фаз, что облегчает выбор селективной для данного анализа фазы. Для обеспечения селективности колонки важно правильно выбрать неподвижную жидкую фазу. Эта фаза должна быть хорошим растворителем для компонентов смеси (если растворимость мала, компоненты выходят из колонки очень быстро), нелетучей (чтобы не испарялась при рабочей температуре колонки), химически инертной, должна обладать небольшой вязкостью (иначе замедляется процесс диффузии) и при нанесении на носитель образовывать равномерную пленку, прочно с ним связанную. Разделительная способность неподвижной фазы для компонентов данной пробы должна быть максимальной.

Носители неподвижных жидких фаз. Твердые носители для диспергирования неподвижной жидкой фазы в виде однородной тонкой пленки должны быть механически прочными с умеренной удельной поверхностью (порядка 20 м2/г), небольшим и одинаковым размером частиц, а также быть достаточно инертными, чтобы адсорбция на поверхности раздела твердой и газообразной фаз была минимальной. Самая слабая адсорбция наблюдается на носителях из силанизированного хромосорбата, стеклянных гранул и флуоропака (фторуглеродный полимер). Кроме того, твердые носители не должны реагировать на повышение температуры и должны легко смачиваться жидкой фазой. 

Газожидкостная хроматография (ГЖХ) – один из самых современных методов многокомпонентного анализа. Его отличительные черты – экспрессность, высокая точность, чувствительность, возможность автоматизации. Метод позволяет решить многие аналитические проблемы. Количественный ГЖХ анализ можно рассматривать как самостоятельный аналитический метод, более эффективный при разделении веществ, относящихся к одному и тому же классу.

Хотя в качестве подвижной и неподвижной фаз выбираются растворители, не смешивающиеся между собой, все же во многих системах наблюдается некоторая взаимная растворимость. Чтобы предотвратить процессы взаимного растворения жидкостей в ходе хроматографирования, подвижную фазу предварительно насыщают неподвижной. Для сохранения неизменного состава фаз применяют также метод химического закрепления неподвижной фазы на сорбенте. При этом используют взаимодействие растворителя с группами ОН- на поверхности носителя. Адсорбенты с закрепленной на их поверхности жидкой фазой выпускаются промышленностью.

Эффективность колонки связана с вязкостью, коэффициентом диффузии и другими физическими свойствами жидкостей. Носитель неподвижной фазы должен обладать достаточно развитой поверхностью, быть химически инертным, прочно удерживать на своей поверхности жидкую фазу и не растворяться в применяемых растворителях. В качестве носителей используют вещества различной химической природы: гидрофильные носители – силикагель, целлюлоза и др. и гидрофобные – фторопласт, тефлон и другие полимеры.

В выбранных растворителях компоненты пробы должны иметь разную растворимость, иначе разделения вообще не произойдет. В растворителе, являющемся подвижной фазой, растворимость каждого компонента должна быть меньшей, чем в растворителе неподвижной фазы, но все же составлять вполне заметное значение. Это ограничение связано с тем, что если растворимость вещества будет очень велика, вещество будет двигаться вместе с фронтом растворителя, а если растворимость будет мала, вещество останется на начальной линии.

Индивидуальные растворители в распределительной хроматографии используют относительно редко. Чаще для этой цели применяют смеси веществ, например бутилового или амилового спирта с метиловым или этиловым, насыщенные водные растворы фенола, крезола и др., смеси бутилового спирта с уксусной кислотой, аммиаком т.д. Применение различных смесей растворителей позволяет плавно изменять Rf и тем самым создавать наиболее благоприятные условия разделения.

 

Тонкослойная хроматография

 

Метод тонкослойной хроматографии (ТСХ), получивший в настоящее время широкое распространение, был разработан Н.А. Измайловым и М.С. Шрайбер в 1938 г.

В методе ТСХ неподвижная твердая фаза тонким слоем наносится на стеклянную, металлическую или пластмассовую пластинку. В 2–3 см от края пластинки на стартовую линию вносят пробу анализируемой жидкости и край пластинки погружают в растворитель, который действует как подвижная фаза жидкостной адсорбционной хроматографии. Под действием капиллярных сил растворитель движется вдоль слоя сорбента и с разной скоростью переносит компоненты смеси, что приводит к их разделению. Диффузия в тонком слое происходит в продольном и поперечном направлениях, поэтому процесс следует рассматривать как двумерный.

Сорбционные свойства системы в ТСХ характеризуются подвижностью, т.е. величиной Rf, которая рассчитывается из экспериментальных данных по уравнении:  

Rf = Хi / Xf

где Хi  - расстояние от стартовой линии до центра зоны i-го компонента; Xf - расстояние, пройденное за это же время растворителем. 

Основные элементы установок ТСХ: пластинки для сорбента обычно изготавливают из стекла, алюминиевой фольги или полиэфирной пленки. В качестве сорбента в ТСХ применяют силикагели, оксид алюминия, крахмал, целлюлозу. Выбор растворителя зависит от природы сорбента и свойств анализируемых соединений. Часто применяют смеси растворителей из двух или трех компонентов. По окончании хроматографирования непроточным методом зоны на хроматограмме проявляют химическим или физическим способом. При химическом способе пластинку опрыскивают раствором реактива, взаимодействующего с компонентами смеси. В физических способах проявления используется способность некоторых веществ флуоресцировать под действием ультрафиолетового излучения, часто при добавлении флуоресцирующего индикатора, взаимодействующего с компонентами смеси. После проявления хроматограммы приступают к идентификации веществ и дальнейшему анализу.

Наиболее общий подход к качественному анализу ТСХ основан на значениях Rf. Хроматографическая подвижность является чувствительной характеристикой вещества, однако она существенно зависит от условий определения. При соблюдении стандартных условий получаются воспроизводимые значения Rf, которые можно использовать в аналитических целях при сравнении с табличными, если они получены в тех же условиях опыта.

Самым надежным является методом свидетелей, когда на стартовую линию рядом с пробой наносятся индивидуальные вещества, соответствующие предполагаемым компонентам смеси. Влияние различных факторов на все вещества будут одинаковым, поэтому совпадение Rf компонента пробы и одного из свидетелей дает основание для отожествления веществ с учетом возможных наложений. Несовпадение Rf интерпретируется более однозначно: оно указывает на отсутствие в пробе соответствующего компонента. На практике стандартное вещество (свидетель) в том же растворителе наносится на стартовую линию вместе с анализируемой пробой и хроматографируется в тех же условиях.

Количественные определения в ТСХ могут быть сделаны непосредственно на пластинке, либо после удаления вещества с пластинки. При непосредственном определении на пластинке измеряют тем или иным методом площадь пятна (например, с помощью миллиметровой кальки) и по заранее построенному градуировочному графику находят количество вещества.

Наиболее точным считается метод, в котором вещество после разделения удаляется с пластинки и анализируется спектрофотометрическим или иным методом. Удаление вещества с пластинки обычно производят механическим путем, хотя иногда применяют вымывание подходящим растворителем.



Ионообменная хроматография 



Ионообменная хроматография основана на обратимом стехиометрическом обмене ионов, находящихся в растворе, на ионы, входящие в состав ионообменника.

Применяемые в настоящее время синтетические ионообменники обладают рядом важных достоинств: они имеют высокую обменную емкость и воспроизводимые ионообменные и другие свойства, устойчивы к действию кислот и оснований, не разрушаются в присутствии многих окислителей и восстановителей. Обычно синтетический ионообменник представляет собой высокополимерное соединение, например поперечно-сшитый полистирол, содержащий различные функциональные группы, которые и определяют наиболее характерные свойства смол. 

В зависимости от знака разряда функциональных групп ионообменные смолы являются катионитами или анионитами. Катиониты содержат функциональные кислотные группы -SO3-; -COO-; -PO3-; -N(CH2CO2-)2. Функциональными группами каркаса анионитов являются четвертичные –NR3+, третичные –NR2H+ или первичные –NH3+аммониевые, пиридиновые или другие основания.

Важной характеристикой ионообменника является его обменная емкость. Обменную емкость ионита численно можно выразить количеством молей эквивалента противоиона на единицу массы или объема смолы.

Методы ионообменной хроматографии используют преимущественно для разделения ионов. Количественные определения компонентов после разделения могут быть выполнены любым подходящим методом.

Простейшая методика ионообменного разделения состоит в поглощении компонентов смеси ионитом и последовательном элюировании каждого компонента подходящим растворителем.

Методами ионообменной хроматографии определяют очень многие анионы в питьевой и технической воде, в продуктах технологической переработки в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Методами ионообменной хроматографии определяют главным образом катионы щелочных и щелочноземельных металлов, а также органические катионы замещенных солей аммония [22].



Методика эксперимента



4.1 Описание методики эксперимента по исследованию влияния высокочастотных магнитных полей на качество пищевых продуктов



С применением газового хроматографа ГХ-QP2010 в работе проводилось определение жирно-кислотного (ЖК) состава нерафинированного льняного масла (р.......................