книги из ГПНТБ / Кощеев, А. К. Люминесцентный анализ пищевых продуктов

А. К. КОЩЕЕВ, О, Д. ЛИВШИЦ, И. И. ДОБРОСЕРДОВА

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ

АНАЛИЗ

ПИЩЕВЫХ

ПРОДУКТОВ

ПЕРМСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

1974

613.2 К 55

В книге изложены методы люминесцентного анали­ за пищевых продуктов. Даны краткие сведения о физи­ ческих основах люминесценции, источниках ультрафио­ летовой радиации и аппаратуре, используемой при лю­ минесцентном анализе продуктов питания.

Книга предназначена для работников производствен­ но-технологических и санитарно-гигиенических лабора­ торий, товароведов, технологов, санитарных врачей и других специалистов по гигиене питания. Она адресо­ вана также студентам медицинских и других вузов.

Авторы благодарят работников лабораторий управ­ ления общественного питания и санитарной службы Пермской области за оказанную помощь.

©Пермское книжное издательство. 1974.

5355—88

74

К М152(03)—74

П Р Е Д И С Л О В И Е

Люминесцентные методы исследования, отличаю­ щиеся высокой чувствительностью, специфичностью, бы­ стротой выполнения, находят все более широкое при­ менение в различных областях производственной и на­ учной деятельности человека. Они используются в сель­ ском хозяйстве и металлургии, в геологии и медицине, в криминалистике и биологии, в химии. Сейчас трудно найти такую область, где бы они не находили примене­ ния.

Чувствительность люминесцентных методов исследо­ вания настолько велика, что в ряде случаев они могут быть с успехом применены там, где используются ра­ диоактивные изотопы. Люминесцентный анализ позво­ ляет обнаружить стомиллиардные доли грамма веще­ ства. По чувствительности люминесцентные методы во много раз превосходят химический и абсорбционный. Кроме того, люминесцентные методы исследования от­ вечают требованиям экспресс-метода.

При исследовании пищевых продуктов люминесцент­ ные методы можно использовать для установления пор­ чи и фальсификации продуктов, для обнаружения вита­ минов, ядохимикатов и канцерогенных веществ.

Люминесцентные методы позволяют определить на­ чальную степень порчи продуктов питания. С их по­ мощью не трудно сделать заключение о качестве продук­ тов и, следовательно, предупредить возникновение пище­ вых отравлений, исключить возможный экономический ущерб.

Простые и точные, методы люминесцентного иссле­ дования еще не нашли широкого применения в практи­ ке лабораторий и санитарно-пищевого надзора. Причи­ на — недостаточность информации о существующих ме­ то д ах анализа.

Г л а в а I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНОМ АНАЛИЗЕ

Определение и классификация

Люминесценция — свойство вещества излучать свет под воздействием возбуждающих факторов, при этом, как правило, не наблюдается повышения температуры.

Люминесценцию часто называют «холодным светом». Однако в некоторых случаях люминесценция возникает только при нагревании тела (термолюминесценция или кандолюминесценция).

Научное определение люминесценции исходит из со­ поставления свойств люминесцентного излучения и об­ щих законов так называемого теплового равновесного излучения тел. Научное определение люминесценции дал академик С. И. Вавилов [8, 9]. Согласно его определе­ нию, люминесценцией тела в данной спектральной обла­

5

возбуждение молекул или атомов люминесдирующего вещества.

Свечение, вызванное оптическими частотами, назы­ вается фотолюминесценцией, возбуждением корпуску­ лярными лучами (электронами в разрядной трубке),—

катодолюминесценцией, ионами, — анодолюминесценцией, рентгеновскими лучами, — рентгенолюминесцен-

цией. Свечение, вызванное энергией, образующейся при химических реакциях, называется хемилюминесценцией. Особым видом хемилюминесценции является биолюми­ несценция— свечение живых организмов. Свечение, вы­ званное действием электрических разрядов в разрядных или круксовых трубках, называется электролюминесцен­ цией-, частные случаи электролюминесценции — трибо- и

кристаллолюминесценция.

аккумулирует световую энергию и расходует ее в тече­ ние длительного времени.

Для возбуждения люминесценции чаще всего приме­ няют ультрафиолетовые лучи. При этом происходит пре­ вращение коротковолновых, невидимых, ультрафиоле­ товых лучей в видимые глазом лучи с большей длиной волны (свечение исследуемого объекта).

Люминесцентный анализ основан на различных видах и свойствах люминесценции.

Люминесцентные методы подразделяют на две груп­ пы: 1) основанные на наблюдении собственной люмине­ сценции анализируемого вещества (сортовой анализ); 2) основанные на наблюдении возникновения или гаше­ ния люминесценции в результате взаимодействия анали­ зируемого вещества с реактивами (химический флуорес­ центный анализ).

Между обеими группами люминесцентного анали­ за — сортовым и химическим —нет резкой границы, так как химический флуоресцентный анализ при использо­ вании его как экспресс-метод в значительной мере пе­ реходит в сортовой и наоборот.

По техническим приемам анализа люминесценцию

6

подразделяют на люминесценцию, исследующую круп­ ные объекты, и люминесцентную микроскопию.

Люминесцентный анализ основан на использовании как собственной (первичной), так и наведенной (вторич­ ной) фотолюминесценции. Наведенная люминесценция заключается в проведении анализа с применением флуорохромных индикаторов. При люминесцентном анализе можно приводить визуальные наблюдения, определять спектральный состав и интенсивность свечения.

Люминесцентный анализ — один из самых высоко­ чувствительных физико-химических методов обнаруже­ ния и идентификации органических и неорганических веществ.

Преимущество люминесцентных химических реакций заключается также и в быстроте появления эффекта: максимальная оптическая плотность при использовании колориметрического метода достигается в течение 30— 60 минут, максимальная интенсивность свечения при ис­ пользовании люминесцентного метода — в течение 1—2 минут.

Подготовка и проведение люминесцентных реакций в большинстве случаев не требуют разделения смеси и выделения определяющего вещества, поэтому люмине­ сцентный метод полностью отвечает требованиям экс­ пресс-метода.

Благодаря высокой чувствительности и избиратель­ ности люминесцентные методы во многих случаях не могут быть заменены никакими другими.

Источники ультрафиолетовых лучей

Люминесценция возникает под действием ультрафио­ летовых лучей, которые обладают достаточной энергией возбуждения и не мешают визуальному исследованию.

В качестве источника ультрафиолетовых лучей ис­ пользуют солнце, лампы накаливания, вольтову дугу, конденсированную электрическую искру или газоразряд­ ные лампы [17].

С о л н ц е — сильный источник ультрафиолетовых лу­ чей. Однако использование его зависит от времени суток и погодных условий.

Л а м п ы н а к а л и в а н и я широко применяют как

7

источники сплошного спектра. Они малогабаритны, де­ шевы и удобны для включения в схемы стабилизации. Но применение их для возбуждения люминесценции ограничено спектральным составом излучения. Спектр излучения ламп накаливания в стеклянном баллоне ле­ жит в пределах от 360 ммк до 3 ммк. Источником его служит раскаленная вольфрамовая нить или спираль. Энергия излучения возникает за счет прохождения элек­ трического тока через тело накала (вольфрамовая нить), которое, нагреваясь до определенной температу­ ры, начинает светиться. Вместе с видимым светом лам­ пы накаливания испускают небольшое количество ульт­ рафиолетовых лучей, поэтому для возбуждения люмине­ сценции можно пользоваться только фиолетовыми и си­ ними лучами видимого спектра. Эти лучи применяют главным образом для люминесцентной микроскопии в видимом свете.

Несмотря на простоту и удобство в эксплуатации, лампы накаливания находят применение для возбужде­ ния люминесценции только в том случае, когда можно пользоваться длинноволновым ультрафиолетовым све­ том или коротковолновым видимым светом при условии применения светофильтров.

Лампы накаливания удобны для возбуждения ин­ фракрасной люминесценции, спектр возбуждения кото­ рой лежит в видимой области.

Выпускаются различные типы ламп накаливания с диапазоном мощности от десятых долей ватта до многих киловатт.

Техническая характеристика ламп накаливания, при­ меняемых в аппаратуре для люминесцентного анализа, приведена в табл. 1, некоторые лампы накаливания по­ казаны на рис. 1.

Лампы накаливания типа СМ28-60 и К12-40 имеют зеркальное покрытие на внутренней поверхности колбы. Сила света в осевом направлении для лампы СМ28-60 равна 10 000 кд, для лампы К12-40 — 750 кд, что позво­ ляет концентрировать излучение в пределах небольшо­ го телесного угла. Фокусирующая система лампы про­ ста: при ее конструировании не нужен отражатель.

Лампы накаливания типа ЛЛС-07 и СИ8-200У пред­ назначены для работы в ультрафиолетовой части спект­ ра: у лампы ЛЛС-07 — сапфировое окно, у лампы

8

Т а б л и ц а I

Техническая характеристика ламп накаливания мощностью от 11,5 до 500 Вт

9