способ определения органических кислот в безалкогольных и алкогольных напитках методом капиллярного электрофореза

Формула изобретения

Способ определения органических кислот в безалкогольных и алкогольных напитках методом КЭ, включающий приготовление разбавленной дистиллированной водой пробы; ее электрофоретическое разделение в кварцевом капилляре, заполненном ведущим электролитом, при подаче высокого напряжения таким образом, чтобы на конце капилляра, в который вводится проба, был отрицательный потенциал относительно противоположного конца капилляра; детектирование органических кислот в косвенном варианте; идентификацию и определение концентрации каждого компонента по предварительно построенному градуировочному графику, отличающийся тем, что полное разделение всех исследуемых компонентов осуществляют в ведущем электролите следующего состава: 5-20 ммоль/л бензойной кислоты, 8-10 ммоль/л диэтаноламина, 0,25-1,0 ммоль/л цетилтриметиламмония бромида, 0,05-0,5 ммоль/л Трилона Б, рН 4,95-5,60.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано как в технологическом контроле при производстве напитков, так и в контроле качества готовой продукции, оценке ее подлинности и выявлении фальсификатов.

Метод капиллярного электрофореза (КЭ) для анализа органических кислот основан на их миграции в форме анионов в кварцевом капилляре и разделении под действием электрического поля высокого напряжения вследствие различной электрофоретической подвижности. Пробу анализируемого раствора вводят в капилляр, предварительно промытый и заполненный раствором электролита. После подачи к концам капилляра высокого напряжения компоненты смеси начинают двигаться в капилляре с разной скоростью. Одновременно с движением заряженных частиц в капилляре возникает электроосмотический поток (ЭОП) - пассивное течение жидкости, участвующее в переносе зоны пробы. В этом случае ЭОП направлен в сторону, противоположную движению анионов. Для того чтобы оба эти направления совпадали, используют специальные добавки в ведущий электролит, которые обращают только ЭОП.

Известен способ определения органических кислот методом КЭ, в котором разделение компонентов пробы происходит в ведущем электролите на основе раствора 2,6-пиридиндикарбоновой кислоты с молярной концентрацией 7,5 ммоль/л. Значение рН электролита составляет 5,60 и достигается добавлением раствора щелочи. Также в состав ведущего электролита включают добавку 0,5 ммоль/л цетилтриметиламмония бромида (ЦТАБ), позволяющую модифицировать поверхность капилляра и обращать ЭОП, и добавку 0,5 ммоль/л Трилона Б, необходимую для связывания катионов металлов в комплексы и тем самым улучшающую форму пиков щавелевой и лимонной кислот [1].

Однако этот способ позволяет разделить только такие кислоты, как винная, яблочная, янтарная, лимонная, уксусная и молочная. Объектами для исследования являются вина и виноматериалы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения органических кислот, который включает в себя приготовление образцов напитков разбавлением дистиллированной водой; электрофоретическое разделение в кварцевом капилляре с использованием в качестве ведущего электролита 7,5 ммоль/л раствора пара-аминобензойной кислоты, обеспечивающего детектирование кислот в косвенном варианте [2]. Косвенный вариант детектирования применяется для регистрации компонентов, не имеющих собственного поглощения в УФ-диапазоне. В этом случае в состав ведущего электролита вводят вещество, поглощающее на требуемой длине волны. При разделении непоглощающие ионы пробы замещают строго эквивалентно поглощающий ион ведущего электролита и в зоне детектирования наблюдается уменьшение оптической плотности. На электрофореграмме появляются отрицательные пики, площади которых пропорциональны концентрациям определяемых ионов.

Необходимое значение рН ведущего электролита, равное 5,75, достигается добавлением к нему по каплям раствора гистидина с контролем значения рН по рН-метру. Также в состав ведущего электролита включают добавку 0,12 ммоль/л тетрадецилтриметиламмония бромида (ТТАБ), являющегося модификатором ЭОП. Определение концентрации органических кислот проводят по предварительно построенным градуировочным зависимостям. Использование такого состава ведущего электролита позволяет разделять щавелевую, муравьиную, яблочную, лимонную, янтарную, молочную и уксусную кислоты не менее чем за 8 минут. Предложенный способ определения применяют только для анализа образцов пива и пивного сусла.

Недостатком прототипа является ограниченное число одновременно определяемых органических кислот и узкий круг объектов анализа.

Задачей изобретения является расширение перечня определяемых компонентов и объектов исследования, разработка простого и экспрессного способа определения органических кислот в безалкогольных и алкогольных напитках методом КЭ.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения органических кислот в безалкогольных и алкогольных напитках методом КЭ, включающем приготовление разбавленной дистиллированной водой пробы; ее электрофоретическое разделение в кварцевом капилляре, заполненном ведущим электролитом, при подаче высокого напряжения таким образом, чтобы на конце капилляра, в который вводится проба, был отрицательный потенциал относительно противоположного конца капилляра; детектирование органических кислот в косвенном варианте; идентификацию и определение концентрации каждого компонента по предварительно построенному градуировочному графику, осуществляется полное разделение всех исследуемых компонентов в ведущем электролите следующего состава: 5-20 ммоль/л бензойной кислоты, 8-10 ммоль/л диэтаноламина (ДЭА), 0,25-1,0 ммоль/л ЦТАБ, 0,05-0,5 ммоль/л Трилона Б (рН 4,95-5,60).

Сущность изобретения заключается в использовании ведущего электролита такого компонентного состава, при котором соотношение составляющих его компонентов (5-20 ммоль/л бензойной кислоты, 8-10 ммоль/л ДЭА, 0,25-1,0 ммоль/л ЦТАБ, 0,05-0,5 ммоль/л Трилона Б) обеспечивает значение рН (рН 4,95-5,60) и позволяет с высокой экспрессностью одновременно определять качественный и количественный составы всех исследуемых органических кислот (щавелевой, муравьиной, винной, яблочной, лимонной, янтарной, молочной, уксусной, пропионовой, масляной) в безалкогольных (соки, сокосодержащие, газированные, тонизирующие) и алкогольных (виноматериалы, вина, пиво, ликеры, коньяки, слабоалкогольные) напитках.

Подготовка напитков для анализа заключается в предварительном фильтровании и дегазировании образцов, последующем разбавлении дистиллированной водой и центрифугировании подготовленной пробы. Для каждого объекта исследования предложены оптимальные разбавления, например вина разбавляют в 50 раз, а пиво - в 20 раз.

Разделение происходит в кварцевом капилляре в ведущем электролите определенного состава с использованием высокого напряжения таким образом, чтобы на конце капилляра, в который вводится проба, был отрицательный потенциал относительно противоположного конца капилляра. Основной компонент ведущего электролита - раствор бензойной кислоты - имеет невысокое собственное поглощение (низкий молярный коэффициент поглощения) при длине волны 254 нм. С другой стороны, концентрации всех органических кислот в исследуемых объектах высокие и составляют порядка 1-10 г/л, поэтому использование «менее чувствительной» бензойной кислоты для косвенного детектировании позволяет снизить степень разбавления образцов и тем самым уменьшить погрешность, связанную с приготовлением пробы.

Добавление ДЭА в ведущий электролит обеспечивает необходимое значение рН, которое влияет на форму существования аналитов, согласно их значению рК _а, и на скорость ЭОП. С другой стороны, ДЭА в растворе находится в форме катиона, который движется в капилляре в противоположную сторону по сравнению с направлением ЭОП и анионов пробы и тем самым улучшает разделение компонентов.

Идентификацию компонентов проводят, с одной стороны, по совпадению времен миграции кислоты в градуировочной смеси и в анализируемом растворе. С другой стороны, используют метод добавок: анализируемый компонент вводят в пробу в количестве 50-150% от предварительно определенного значения; увеличение высоты (площади) соответствующего пика подтверждает правильность идентификации.

Для определения концентрации компонентов в пробах строят градуировочные графики зависимости площади пика от концентрации, анализируя градуировочные смеси органических кислот известного состава. Диапазон линейности градуировочного графика составляет для муравьиной кислоты от 1 до 30 мг/л, для всех остальных органических кислот от 1 до 50 мг/л. Диапазон измеряемых концентраций кислот в пробах составляет в среднем 1-5000 мг/л.

Использование ведущего электролита, имеющего состав: 5-20 ммоль/л бензойной кислоты, 8-10 ммоль/л ДЭА, 0,25-1,0 ммоль/л ЦТАБ, 0,05-0,5 ммоль/л Трилона Б (рН4,95-5,60), позволяет достичь полного разделения всех исследуемых компонентов не более чем за 5 минут и расширить перечень одновременно определяемых компонентов за счет возможности определения муравьиной, пропионовой и масляной кислот. При этом определению не мешают неорганические анионы (хлорид, нитрит, сульфат, нитрат, фторид, фосфат, карбонат), консерванты (бензойная и сорбиновая кислоты) и антиоксиданты (аскорбиновая кислота), присутствующие в пробах.

Литература

1. A. de Villiers, "A robust capillary electrophoresis method for the determination of organic acids in wine", Eur Food Res Technol (2003), 217: 535-540.

2. Klampfl C.W., "Determination of low-molecular-mass anionic compounds in beverage samples using capillary zone electrophoresis with simultaneous indirect ultraviolet and conductivity detection", Journal of Chromatography A, 822 (1998), 117-123.