Способ количественного определения фурана и метилфурана в детских кашах на основе зерна газохроматографическим методом с использованием парофазного анализа Российский патент 2023 года по МПК G01N33/02 G01N30/00 G01N30/94 

Изобретение относится к медицинским токсикологическим исследованиям, в частности к санитарной токсикологии и может быть использовано для количественного определения фурана и метилфурана в продуктах питания, в частности, в детских кашах на основе круп.

Химическая безопасность пищевых продуктов является темой, вызывающей растущее беспокойство как в Российской Федерации, так и в Европейских странах. Высказано предположение, что химические загрязнители, обнаруженные в пищевых продуктах (и кормах) при низких уровнях концентраций, могут быть этиологическими факторами, стоящими за некоторыми заболеваниями (например, раком), причины которых до сих пор в значительной степени неизвестны.

Фуран и метилфуран - это ароматические гетероциклические соединения, которые отличаются высокой летучестью.

В последние годы изучению фурана и его производных в пищевых продуктах уделяется особое внимание. Из-за своей токсичности и канцерогенности фуран включен Международным агентством по изучению рака в группу 2 В как потенциально канцерогенный для человека. Наибольшее воздействие фурана было установлено на детях до года, в рационе которых преобладают готовые детские зерновые каши и детские пищевые продукты на основе зерна. Референтная доза (RfD) для фурана и метилфурана при хроническом пероральном поступлении составляет 0,001 мг/кг.

В связи с вышеизложенным, для решения проблемы канцерогенной безопасности пищи необходимо обеспечить их надежный контроль. Однако анализ фурана и метилфурана в пищевых продуктах является сложным из-за их высокой летучести, низкого молекулярного веса и низких уровней концентрации содержания в пищевых продуктах.

Из уровня техники не известны способы определения фурана, известны только способы определения некоторых его производных.

Было установлено, что, например, в авт. свид-ве СССР №1697000 описан способ качественного определения производных 5-нитрофурана с помощью роданида аммония.

Также известен Способ определения карбофурана и его метаболитов в воздухе методом тонкослойной хроматографии (Авт. свид-во СССР №1390562).

Но эти известные способы не могут быть использованы для определения фурана и метилфурана в кашах из крупы.

Из документа МУ 2711-83 «Методические указания по газохроматографическому определению фурана, тетрагидрофурана и сильвана в воздухе» (утверждены заместителем главного государственного санитарного врача СССР А.И. Заиченко 21 апреля 1983 г. N 2711-83) известен способ определения фурана методом газожидкостной хроматографии на приборе с пламенно-ионизационным детектором. Согласно этому способу воздух аспирируют через поглотительные сосуды с бутиловым спиртом, далее эту пробу микрошприцем вводят в испаритель хроматографа и определение производят методом абсолютной калибровки по высоте пиков. Однако указанный способ применим только для определения фурана в воздушной среде и неприменим для анализа фурана в каше.

При этом из уровня техники не были выявлены известные способы количественного определения фурана и метилфурана в детских кашах, поэтому сделать выбор ближайшего аналога к заявляемому изобретению не представляется возможным.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в разработке достоверного и селективного способа количественного определения фурана и метилфурана в детских кашах парофазным методом.

Указанный технический результат достигается предлагаемым способом количественного определения фурана и метилфурана в детских кашах на основе зерна газохроматографическим методом с использованием парофазного анализа, заключающимся во введении исследуемой пробы каши массой 5 г во флакон, установкой флакона в дозатор равновесного пара, выполнением нагрева до температуры 80°С и выдерживанием при этой температуре 20-30 минут для установления фазового равновесия, далее осуществляют отбор из флакона шприцем 1 см³ образующейся паровой фазы, выполняют ее ввод в колонку хроматографа и анализируют на газовом хроматографе с масс-селективным детектором, снимают при этом хроматограмму, определяя площадь пика, причем время удерживания для фурана составляет 8,809 мин, для метилфурана - 10,997 мин, а концентрацию фурана и метилфурана определяют с использованием градуировочного графика, характеризующего зависимость площади пика от содержания исследуемого компонента на хроматограмме, при этом газохроматографический анализ проводят на капиллярной колонке VOC-5MS 90m⋅0,250 mm⋅0,250 μm длиной 90 метров, внутренним диаметром 0,250 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,250 μm.

Поставленный технический результат достигается за счет следующего.

Парофазный газохроматографический анализ основан на сочетании газовой экстракции (ее разнообразных статических и динамических версий) с хроматографией. Этот вариант газовой хроматографии дает возможность получать химическую информацию, содержащуюся в газовой фазе, которая используется для суждения о качественном и количественном составе контактирующей с ней конденсированной фазы, а также о физико-химических параметрах гетерогенных равновесий конденсированная фаза - пар [Виттенберг А.Г. Статический парофазный газохроматографический анализ. Рос.хим. ж. (Ж. Рос, хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2003, т. XLVII, №1, с. 7-22].

К особенностям парофазного анализа при газохроматографическом методе, радикально отличающим его от методов традиционной экстракции, относится отсутствие обязательного или весьма желательного требования полноты извлечения определяемого вещества из исследуемого объекта. Высокая чувствительность

газохроматографического детектирования позволяет определять с помощью газовой экстракции даже микропримеси летучих веществ, содержащихся в жидких или твердых объектах, при очень незначительной доле извлеченного вещества, а также осуществление непосредственного дозирования в хроматографическую колонку равновесной паровой фазы без ее промежуточной конденсации.

Для выполнения газохроматографического анализа равновесной паровой фазы использовали герметичный термостатируемый сосуд, закрытый непроницаемой для паров мембраной, медицинский шприц для отбора паровой фазы и технику парофазного анализа для измерения летучих компонентов методом статического равновесия паровой фазы.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

- при открытии коробки каши, берут навеску каши массой 5 г, производят введение исследуемой пробы каши во флакон, например, объемом 20 см³.

Флакон закрывают септой и алюминиевой крышкой с помощью кримпера;

- устанавливают флакон в дозатор равновесного пара (далее - ДРП);

- выполняют нагрев до температуры +80°С и выдерживают при этой температуре 20-30 минут для установления фазового равновесия;

- осуществляют отбор из флакона шприцем 1 см³ образующейся паровой фазы, - выполняют ее ввод в колонку хроматографа и анализируют на газовом хроматографе с масс-селективным детектором, причем используют капиллярную колонку VOC-5MS 90m⋅0,250 mm⋅0,250 μm длиной 90 метров, внутренним диаметром 0,250 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,250 μm,

- снимают хроматограмму, определяя площадь пика,

- причем время удерживания для фурана составляет 8,809 мин, для метилфурана - 10,997 мин,

- а концентрацию фурана и метилфурана определяют с использованием градуировочного графика, характеризующего зависимость площади пика от содержания исследуемого компонента на хроматограмме.

Чувствительность и точность парофазного анализа лимитируется, прежде всего, процессом газовой экстракции. Константа распределения вещества между конденсированной и газовой фазами очень чувствительна к температуре. Это накладывает довольно жесткие ограничения на стабильность температуры в процессе распределения вещества между фазами при количественных измерениях, что значительно влияет на точность анализа и открывает дополнительные возможности повышения чувствительности парофазного анализа.

Следующий этап исследования заключался в изучении эффективности полноты извлечения фурана и метилфурана из образцов каши и селективности определения. Для этого варьировали временем экстракции 10-20-30 минут, чтобы определить максимальную концентрацию фурана и метилфурана в парогазовой фазе. Во флакон объемом 20 см³ помещали 5 г каши и добавляли стандартный раствор фурана и метилфурана. Флакон закрывали септой и алюминиевой крышкой с помощью кримпера и ставили в дозатор равновесного пара. По истечении 10-20-30 мин отбирали шприцем из флакона 1 см³ парогазовой фазы и через испаритель вводили ее в колонку хроматографа и анализировали на газовом хроматографе с масс-селективным детектором. В исследованиях изучали влияние температуры и время экстракции фурана и метилфурана из образца каши на чувствительность парофазного анализа. Результаты полноты экстракции фурана и метилфурана при различной температуре и времени выдержки из образца каши представлены в таблице 1.

В процессе проведенных исследований (таблица 1) установлено, что наибольшая степень извлечения фурана и метилфурана из образцов пищевой продукции предлагаемым методом анализа равновесной паровой фазы достигается при температуре нагрева пробы в ДРП до +80°С и времени нагрева в течении 20-30 минут и составила для фурана 99,35% и метилфурана 99,57%.

В процессе разработки методики хромато-масс-спектрометрического анализа фурана и метилфурана в пробах пищевой продукции учитывали факторы, влияющие на разделение изучаемых и матричных соединений: характеристики колонки (ее геометрические размеры: длина и внутренний диаметр), тип неподвижной фазы, толщину пленки в колонке, природу газа-носителя и его скорость, температуру колонки. Изучены условия разделения на капиллярных колонках с различными характеристиками неподвижных жидких фаз: DB-624, HP-FFAP, DB-5MS, VOC-5MS.

Для повышения чувствительности и оптимизации селективности определения варьировали температуру колонки, скорость нагревания, расход газа-носителя и использовали различные режимы ввода пробы в испаритель хроматографа.

Режимы ввода пробы в испаритель хроматографа представлены в таблице 2.

Эффективное разделение фурана и метилфурана с матричными компонентами было достигнуто на капиллярной колонке серии VOC-5MS 90 m⋅0,250 mm⋅0,250 длиной 90 метров, внутренним диаметром 0,250 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,250 μm.

Оптимальную температуру газохроматографического анализа определяли путем подбора, ориентируясь на температуры кипения и летучесть исследуемых соединений и свойства сорбента капиллярной колонки. Газохроматографические параметры для определения фурана и метилфурана в пробах стандартных смесей на капиллярной колонке серии VOC-5MS 90 m⋅0,250 mm⋅0,250 μm представлены в таблице 3.

При температуре колонки серии VOC-5MS 90m⋅0,250 mm⋅0,250 μm в режиме линейного программирования 50-240°С со скоростью нагревания 10°С/мин, расходе газа-носителя 30 мл/мин, режим ввода пробы в испаритель хроматографа с делением потока в соотношении 20:1 не наблюдалось интерференций с компонентами матрицы (доказательством является хроматограмма на Рис. 1).

Оптимальные параметры газового хроматографа и MCD: колонка - от 50°С - 3 мин. скорость нагрева 10°С/мин до 180°С-0 мин. до 240°С- 0 мин.; общее время анализа - 16,75 мин, метод: режим импульсный без деления потока (1 мин), температура ионного источника 230°С, температура квадрупольного масс-анализатора 150°С, ток эмиссии 70 эВ, режим сканирования фурана по масс-селективным ионам 39, 68 режим сканирования метилфурана по масс-селективным ионам 53, 82, 81 (эти ионы необходимы при доказательстве присутствия фурана и метилфурана в реальных образцах каш. Эти ионы как метки говорят о присутствии этих соединений в каше).

Масс-спектрометрическое детектирование выполнялось в режиме полного сканирования (SCAN), при этом регистрировались масс-спектры, по которым проводилась идентификация компонентов исследуемых проб каш по совпадению библиотечного и полученного при анализе масс-спектра.

При оптимально установленных условиях парофазного анализа и параметров хромато-масс-спектрометрического анализа при реализации предлагаемого способа была достигнута высокая эффективность разделения фурана и метилфурана, что наглядно иллюстрирует хроматограмма, приведенная на Рис. 1.

Эта хроматограмма показывает, что в стандартном растворе содержатся следующие вещества: содержание фурана (С_ф=1,0 мкг/см³), содержание метилфурана (С_мф=1,0 мкг/см³), причем время удерживания фурана составляет (8,809±0,050) мин., а время удерживания метилфурана (10,997±0,020) мин. На этом рис. 1 пик «1» для фурана, пик «2» для метилфурана.

Градуировочные характеристики в виде линейной зависимости между площадью пика молекулярных ионов фурана и метилфурана на хроматограмме (мВ) и количеством определяемого компонента в растворе (мкг) устанавливали методом абсолютной градуировки. Она выражает зависимость площади пика на хроматограмме (мм²) от массы компонента (мкг) и строится по 5 сериям стандартных растворов для градуировки в диапазоне концентраций для фурана 0,1874-46,8 нг (0,00003748-0,00936 мг/кг), метилфурана от 0,1826 до 45,6 нг (0,00003652-0,00912 мг/кг).

Каждую серию, состоящую из 5 стандартных растворов, готовят в виалах объемом 20 см³. Для этого в каждую виалу вносят по 5 г каши и добавляют градуировочный раствор.

Градуировка признается стабильной при выполнении условия [ГОСТ Р ИСО 5725-1÷ГОСТ Р ИСО 5725-5-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений»]:

где m_ГХ - расчетное содержание фурана и метилфурана в градуировочном растворе, мкг;

m_ГХm - результат измерения содержания фурана и метилфурана в образце для градуировки, мкг.

Предлагаемый способ был опробован для различных видов детских каш на основе зерна, а именно: Каша гречневая с черносливом «Малютка», Овсяная молочная каша банан, яблоко, земляника, Мультизлаковая каша яблоко, банан, земляника ФрутоНяня, Овсяная каша с грушей и бананом молочная Nestle, Многозерновая кашка яблоко, вишня Heinz, HiPP organic baby cereal, Каша молочная Альпийский вечер (Fleur Alpine) Heinz.

Исследования проводили путем определения для фурана и метилфурана «введено-найдено». Введено-найдено делается по стандартным растворам для установления полноты извлечения. Анализ реальных каш выполнялся без добавления стандартного раствора с целью обнаружения искомых аналитов.

Полученные результаты, представленные в таблице 4, соответствуют установленному диапазону определения фурана и метилфурана по предлагаемому способу.

Результаты исследования, приведенные в таблице 4, показывают, что фуран и метилфуран присутствуют в исследуемых образцах каш в диапазоне концентраций 0,000062-0,003 мг/кг и 0,000736-0,001068 мг/кг соответственно.

Проведенные исследования показали, что наибольшая степень извлечения фурана и метилфурана из образцов каш достигнута предлагаемым методом анализа равновесной паровой фазы при температуре нагрева пробы в ДРП +80°С и времени нагрева в течении 20-30 минут и составила для фурана 99,6% и метилфурана 99,5%.

При оптимально установленных условиях предлагаемого способа (парофазного анализа и параметров хромато-масс-спектрометрического анализа) была достигнута высокая эффективность разделения фурана и метилфурана, что наглядно иллюстрирует хроматограмма, приведенная на Рис. 1.

31 октября 2022 г.

Изобретение относится к области медицинских токсикологических исследований, а именно к способу количественного определения фурана и метилфурана в детских кашах на основе зерна. Способ количественного определения фурана и метилфурана в детских кашах на основе зерна газохроматографическим методом с использованием парофазного анализа, который характеризуется введением исследуемой пробы каши массой 5 г во флакон, установкой флакона в дозатор равновесного пара, выполнением нагрева до температуры 80°C и выдерживание при этой температуре 20-30 минут для установления фазового равновесия, далее осуществляют отбор из флакона шприцем 1 см³ образующейся паровой фазы, выполняют ее ввод в колонку хроматографа и анализируют на газовом хроматографе с масс-селективным детектором, снимают при этом хроматограмму, определяя площадь пика, причем время удерживания для фурана составляет 8,809 мин, для метилфурана - 10,997 мин, а концентрацию фурана и метилфурана определяют с использованием градуировочного графика, характеризующего зависимость площади пика от содержания исследуемого компонента на хроматограмме, при этом газохроматографический анализ проводят на капиллярной колонке VOC-5MS 90 m⋅0,250 mm⋅0,250 μm длиной 90 метров, внутренним диаметром 0,250 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,250 μm. Технический результат вышеописанного решения заключается в разработке достоверного и селективного способа количественного определения фурана и метилфурана в детских кашах парофазным методом. 1 ил., 4 табл.

Способ количественного определения фурана и метилфурана в детских кашах на основе зерна газохроматографическим методом с использованием парофазного анализа, характеризующийся введением исследуемой пробы каши массой 5 г во флакон, установкой флакона в дозатор равновесного пара, выполнением нагрева до температуры 80°C и выдерживание при этой температуре 20-30 минут для установления фазового равновесия, далее осуществляют отбор из флакона шприцем 1 см³ образующейся паровой фазы, выполняют ее ввод в колонку хроматографа и анализируют на газовом хроматографе с масс-селективным детектором, снимают при этом хроматограмму, определяя площадь пика, причем время удерживания для фурана составляет 8,809 мин, для метилфурана - 10,997 мин, а концентрацию фурана и метилфурана определяют с использованием градуировочного графика, характеризующего зависимость площади пика от содержания исследуемого компонента на хроматограмме, при этом газохроматографический анализ проводят на капиллярной колонке VOC-5MS 90 m⋅0,250 mm⋅0,250 μm длиной 90 метров, внутренним диаметром 0,250 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,250 μm.