Разработан высокочувствительный и селективный вольтамперометрический сенсор на основе нетканого углеволоконного материала, модифицированного фитосинтезированными наночастицами серебра и графеновыми нанопластинами, для определения пищевого синтетического красителя синий блестящий FCF (Е133). Наночастицы серебра получены в результате простого, быстрого и экологически безопасного фитосинтеза с применением экстракта листьев облепихи без использования токсичных химических реагентов. Модифицирование углеволоконного электрода фитонаночастицами серебра и графеновыми нанопластинами способствовало увеличению активной площади поверхности электрода, возрастанию максимального тока окисления красителя Е133 и снижению перенапряжения этого процесса относительно немодифицированного электрода. Выбраны условия формирования максимального аналитического сигнала красителя, включающие состав нанокомпозитного модификатора (массовая доля наночастиц серебра и графеновых нанопластин составляет 4.4 % и 95.6 % соответственно) и кислотность фонового электролита (фосфатный буферный раствор рН 5). Установлено, что процесс электроокисления красителя Е133 на модифицированном углеволоконном электроде является необратимым, двухэлектронным, протекает без участия протонов и контролируется диффузией. Предложена схема электродного процесса, согласующаяся с литературными данными. Сенсор характеризуется низким пределом обнаружения (6.1 нМ), широким диапазоном определяемых концентраций (0.06 - 40 мкМ) и хорошей повторяемостью аналитического сигнала красителя sr < 7 %. Показано, что изученные мешающие вещества не оказывают существенного влияния на аналитический сигнал красителя Е133. Разработанный сенсор успешно применен для анализа напитков и карамели без предварительной пробоподготовки. Степень открытия красителя Е133 в реальных образцах составляет 97 - 103 %, что свидетельствует об отсутствии значимой систематической погрешности.
Идентификаторы и классификаторы
В пищевой промышленности для сохранения физико-химических и сенсорных (органолептических) свойств пищевых продуктов используют различные вещества, такие как консерванты, загустители, разрыхлители, пеногасители и красители. Пищевые красители применяют для усиления или изменения цвета продуктов питания и напитков во время хранения и переработки. Относительно низкая себестоимость, устойчивость к изменениям рН, температуры и интенсивности света обеспечивают конкурентные преимущества синтетическим пищевым красителям. Они встречаются практически во всех видах обработанной продукции: напитках, конфетах, молочной продукции. В частности, синтетический пищевой краситель синий блестящий FCF (Е133) широко используют в безалкогольных напитках, сиропах, лекарственных средствах.
Список литературы
1. Silva M. M., Reboredo F. H., Lidon F. C. Food colour additives: A synoptical overview on their chemical properties, applications in food products, and health side effects // Foods. 2022. V.11. Article 379. EDN: CBERDS
2. Food additives and hyperactive behaviour in 3-year-old and 8/9-year-old children in the community: a randomised, double-blinded, placebo-controlled trial / D. McCann [et al.] // Lancet. 2007. V. 370. P. 1560-1567.
3. Inetianbor J. E., Yakubu J. M., Ezeonu S. C. Effects of food additives and preservatives on man - A review // Asian J. Sci. Technol. 2015. V. 6, № 2. P. 1118-1135.
4. Safety evaluation of certain contaminants in food: prepared by the eighty fourth meeting of the joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA). WHO Food additive series; 75, 2019. 234 p.
5. Simultaneous determination of synthetic dyes in foodstuffs and beverages by high-performance liquid chromatography coupled with diode-array detector / S. Bonan [et al.] // Dyes Pigm. 2013. V. 99, № 1. P. 36-40.
6. Mathiyalagan S., Kumar Mandal B., Ling Y.-C. Determination of synthetic and natural colorants in selected green colored foodstuffs through reverse phase-high performance liquid chromatography // Food Chem. 2019. V. 278. P. 381-387.
7. Sensitive simultaneous determination of synthetic food colorants in preserved fruit samples by capillary electrophoresis with contactless conductivity detection / J.Yi [et al.] // Food Anal. Methods. 2018. V. 11. P. 1608-1618. EDN: XFDZDT
8. Dispersive solid-phase microextraction and capillary electrophoresis separation of food colorants in beverages using diamino moiety functionalized silica nanoparticles as both extractant and pseudostationary phase / F. J. Liu [et al.] // Talanta. 2015. V. 132. P. 366-372.
9. He S. H., Jiang H. Qualitative and quantitative analysis of some co-existing colorants in some hard candies // J. Food Compos. Anal. 2022. V. 109. Article 104475. EDN: BDCOWE
10. Red-emitting carbon dots as fluorescent probes for the rapid detection of brilliant blue FCF in foods / Q. Wu [et al.] // Food Control. 2023. V. 149. Article 109719.
11. Dual-emission color-controllable nanoparticle based molecular imprinting ratiometric fluorescence sensor for the visual detection of Brilliant Blue / Q. Yang [et al.] // Sens. Actuators, B. 2019. V. 284. P. 428-436.
12. MWCNT-modified Electrode for Voltammetric Determination of Allura Red and Brilliant Blue FCF in Isotonic Sport Drinks / P. Sierra-Rosales [et al.] // Electroanalysis. 2019. V. 31, № 5. P. 1-9. EDN: TTKCOT
13. Khan K. A., Shah A., Nisar J. Electrochemical detection and removal of brilliant blue dye via photocatalytic degradation and adsorption using phyto-synthesized nanoparticles // RSC Adv. 2024. V. 14. P. 2504-2517. EDN: ENZNAF
14. Simultaneous voltammetric determination of Brilliant Blue FCF and Tartrazine for food quality control / Lipskikh O. I. [et al] // Talanta. 2020. V. 218. Article 121136. EDN: AGMNUN
15. Ghoreishi S. M., Behpour M., Golestaneh M. Simultaneous voltammetric determination of Brilliant Blue and Tartrazine in real samples at the surface of a multi-walled carbon nanotube paste electrode // Anal. Methods. 2011. V. 3, № 12. P. 2842-2847.
16. Electrochemical Determination of Brilliant Blue and Tartrazine Based on an Ionic Liquid-Modified Expanded Graphite Paste Electrode / W.Wang [et al.] // J. AOAC Int. 2015. V. 98, № 3. P. 817-821. EDN: VFNFCD
17. Development of a facile sensor for the determination of Brilliant Blue FCF in beverages / Wang M. [et al.] // Int. J. Environ. Anal. Chem. 2015. V. 95, № 11. P. 969-979.
18. An ultrasensitive electrochemical platform based on copper oxide nanoparticles and poly (crystal violet) for the detection of brilliant blue FCF from soft drinks / Ion B.-C. [et al.] // Food Chem. 2024. V. 437. Article 137751. EDN: WYRTAI
19. Gimadutdinova L., Ziyatdinova G., Davletshin R. Selective Voltammetric Sensor for the Simultaneous Quantification of Tartrazine and Brilliant Blue FCF // Sensors. 2023. V. 23. Article 1094. EDN: HINWKG
20. Carbon Paper Modified with Functionalized Poly(diallyldimethylammonium chloride) Graphene and Gold Phytonanoparticles as a Promising Sensing Material: Characterization and Electroanalysis of Ponceau 4R in Food Samples / N.Y. Stozhko [et al.] // Nanomater. 2022. V. 12, № 23. Article 4197. EDN: UHOHPN
21. Highly sensitive voltammetric determination of allura red (e129) food colourant on a planar carbon fiber sensor modified with shungite / M. A. Bukharinova [et al.] // Anal. Chim. Acta. 2023. V. 1272. Article. 341481. EDN: TONXXK
22. A review on biological synthesis of silver nanoparticles and their potential applications / A. Dhaka [et al.] // Results Chem. 2023. V. 6. Article 101108. EDN: QYQLPN
23. Potentiometry in antioxidant activity evaluation of microsuspensions, extracts and living plants / Kh. Z. Brainina [et al.] // J. Plant Biochem. Physiol. 2018. V. 6. P. 86-87.
24. Potentiometric method of plant microsuspensions antioxidant activity determination / K. Brainina [et al.] // Food Chem. 2019. V. 278. P. 653-658. EDN: NKVXSQ
25. Film Carbon Veil-Based Electrode Modified with Triton X-100 for Nitrite Determination / N. Y. Stozhko [et al.] // Chemosensors. 2020. V. 8. Article 78. EDN: SRCYDL
26. Spectrophotometry and Electrochemistry of Brilliant Blue FCF in Aqueous Solution of NaX / B. Tutunaru [et al.] // Int. J. Electrochem. Sci. 2017. V. 12, № 1. P. 396-412.
27. Flury M., Flühler H. Brilliant Blue FCF as a Dye Tracer for Solute Transport Studies - A Toxicological Overview // J. Environ. Qual. 1994. V. 23, № 5. P. 1108-1112.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Составлен иллюстрированный библиографический указатель печатных изданий (монографии, учебники, сборники статей, материалы симпозиумов и конференций, стандарты, научные отчеты, учебные пособия) по развитию и применению современного аналитического метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП). Временной диапазон указателя охватывает период от публикации первых печатных изданий, посвященных АЭС-ИСП, по настоящее время. В указателе представлены значимые для научной и практической работы аналитиков печатные издания, опубликованные в различных странах. Для каждого печатного издания приведены полное библиографическое описание и краткая аннотация. Большинство печатных изданий в указателе сопровождены иллюстрациями обложек или титульных листов, а также электронными адресами или идентификаторами. Это позволяет легко и быстро найти издание в сети Интернет. Указатель предназначен для научной и практической деятельности аналитиков, специализирующихся в области атомного спектрального анализа.
Тонкослойные плоские сорбенты на основе диоксида марганца на полимерных пленках, позволяющие совмещать в одну стадию выделение радия и формирование тонкого счетного образца, используют в альфа-спектрометрическом определении изотопов радия. В работе было исследовано применение таких сорбентов, синтезированных на пленках полиэтилена и триацетатцеллюлозы (ТАЦ). Было показано, что в случае сорбента MnO2-ТАЦ со сплошным слоем диоксида марганца толщиной порядка 0.45 мкм при увеличении времени сорбции радия происходило уширение альфа-пиков, которое можно связать с диффузией радия вглубь слоя диоксида марганца. Дополнительные эксперименты подтвердили диффузионный характер уширения альфа-пиков и показали, что диффузия происходит по границам зерен фазы диоксида марганца. На трех природных изотопах радия (Ra-226, Ra-224, Ra-223) показано, что эффект эманации изотопов радона может привести к существенным ошибкам в интерпретации альфа-спектров как за счет нарушения равновесия между радием и его дочерними продуктами распада, так и за счет загрязнения детектора изотопами радона.
При разработке и производстве спектральных приборов, выполненных по схеме Пашена-Рунге с неклассическими вогнутыми дифракционными решетками, часто возникает вопрос о допустимых пределах отклонения параметров схемы (передний отрезок, угол падения излучения, смещение фотодетектора из плоскости дисперсии) от расчётных, при которых спектральное разрешение ухудшается незначительно. Исследование проведено на примере двух решёток, используемых в спектральном приборе «Гранд-2» (предприятие ООО «ВМК-Оптоэлектроника»), с помощью компьютерного моделирования в программном обеспечении «Zemax», адекватность которого проверена экспериментально. Показано, что предел спектрального разрешения увеличивается не более чем на 10 % в следующем диапазоне параметров схемы для решётки с криволинейными штрихами: передний отрезок - 895 ±6 мм, угол падения лучей на решётку - (26.5 ± 0.4)о, смещение линейного фотодетектора из плоскости дисперсии ± 0.6 мм; для решётки с криволинейными штрихами и переменным шагом: передний отрезок - (987.5 ± 9.0) мм, угол падения лучей на решётку (20.3 ± 2.2)о, смещение линейного фотодетектора из плоскости дисперсии ± 1.15 мм. Эти допуски легко выдерживаются в конструкции спектрального прибора, в результате чего практически достигнуты прекрасные характеристики его разрешения, составляющие 8 пм в диапазоне 190-350 нм и 25 пм в диапазоне 350-855 нм.
В 2023 году в Госреестр средств измерений РФ под № 89108-23 был включён новый тип «Спектрометры оптические Гранд», как средство измерения массовых долей определяемых элементов в природных и промышленных материалах. Спектрометры выпускает предприятие «ВМК-Оптоэлектроника» в десяти модификациях, девять из которых являются атомно-эмиссионными спектрометрами и одна атомно-абсорбционным: 1. Атомно-эмиссионные спектрометры a. Гранд-Глобула, Гранд-Кристалл и Гранд-Экспресс с дуговым и искровым разрядами для прямого (без предварительной химической подготовки) анализа порошковых проб и металлов; b. Гранд-Поток с дуговым разрядом для экспресс-анализа порошковых проб методом просыпки; c. вакуумные спектрометры Гранд-Эксперт и Гранд-Фаворит с искровым разрядом в атмосфере аргона для экспресс-анализа металлов и сплавов; d. Гранд-СВЧ с азотной микроволновой плазмой и Гранд-ИСП с аргоновой индуктивно связанной плазмой для анализа жидкостей; e. Гранд-Павлин с фотометрией пламени для определения щелочных и щелочноземельных элементов в растворах. 2. Атомно-абсорбционный спектрометр Гранд-ААС высокого спектрального разрешения с источником непрерывного спектра и электротермическим атомизатором (ЭТА) для одновременного определения элементов в жидкости. Атомно-эмиссионные спектрометры отличаются источниками возбуждения спектров, которые реализуют практически все известные в атомно-эмиссионной спектрометрии способы атомизации и возбуждения анализируемого вещества. Атомно-абсорбционный спектрометр Гранд-ААС является первым в мире серийным прибором, на котором возможно одновременное определение более 40 элементов в жидкости за один цикл ЭТА с аналитическими характеристиками, близкими к характеристикам современных ААС-ЭТА с последовательным определением элементов.
В статье изложены результаты наукометрического исследования лексики, относящейся к заголовкам наиболее цитируемых публикаций по аналитической химии в 2019-23 гг., и очерчены наиболее актуальные для этого времени области исследований. Они согласуются с современными тенденциями развития аналитики - миниатюризацией аналитической техники и приложением химического анализа к биомедицине и охране окружающей среды. Развитие сенсорной техники, применимой, в частности, в диагностике коронавирусных заболеваний, соответствует обеим тенденциям. Экологические аспекты аналитики проявляются в определении микропластика и становлении зеленой аналитической химии. Лексический мониторинг массивов научных статей удобен своей экспрессностью.
Редкоземельные металлы и соединения на их основе востребованы в разработке и производстве функциональных материалов, таких как оптическая керамика, постоянные магниты, люминофоры, катализаторы, стекла, сплавы и др. Уникальные физические и химические свойства данных материалов во многом зависят от элементного состава (панорамного и целевого), который нужно контролировать на всех стадиях производства, от исходных соединений до промежуточных и конечных продуктов. Метод масс-спектрометрии с различными источниками ионизации (индуктивно связанная плазма, вакуумный искровой разряд, тлеющий разряд, лазерный источник, источник вторичных ионов) и системами ввода образца (распыление растворов, лазерный пробоотбор, электротермическое испарение) является одним из перспективных и востребованных при определении целевых элементов в материалах сложного состава с высокой чувствительностью. Есть ряд других преимуществ, которые обеспечивает данный метод, а именно: селективность сигнала определяемых элементов, возможность проведения многоэлементного анализа, точность результатов анализа. Однако материалы сложного состава, в том числе содержащие редкоземельные металлы в качестве основных элементов, требуют изучения влияния условий анализа и других факторов для получения достоверных результатов и разработки методик. В данной статье проведен обзор публикаций, содержащих методические решения и подходы для преодоления ограничений метода масс-спектрометрии с различными источниками ионизации применительно к анализу редкоземельных металлов и функциональных материалов на их основе. Обзор включает в себя российские и зарубежные публикации с 2014 по 2023 года.
Издательство
- Издательство
- УрФУ
- Регион
- Россия, Екатеринбург
- Почтовый адрес
- 620002, Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19
- Юр. адрес
- 620002, Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19
- ФИО
- Кокшаров Виктор Анатольевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@urfu.ru
- Контактный телефон
- +7 (343) 3754507
- Сайт
- https://urfu.ru/ru