СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАНДАРТНОГО ОБРАЗЦА МАССОВОЙ ДОЛИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
METHOD FOR PRODUCING A STANDARD SAMPLE OF THE MASS FRACTION OF HEAVY METALS IN FOOD PRODUCTS

Настоящее изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам изготовления стандартных образцов массовой доли тяжелых металлов в пищевых продуктах.
Обеспечение безопасности продуктов питания является одним из приоритетных направлений, определяющих качество жизни и здоровье людей. Тяжелые металлы и их соединения оказывают вредное воздействие на организм человека, они способны накапливаться в тканях организма, вызывая ряд заболеваний. Токсичность тяжелых металлов связана с их физико-химическими свойствами, со способностью к образованию прочных соединений с рядом функциональных группировок на поверхности и внутри клеток.
Пищевые продукты подлежат обязательному контролю на содержание тяжелых металлов (свинец, мышьяк, кадмий, ртуть, олово, медь, хром и др). Для определения содержания тяжелых металлов в различного вида материалах используются разнообразных методы анализа, в частности, такие как полярографический, колориметрический, атомно-абсорбционный, нейтронно-активационный, метод рентгено-флуоресцентной спектроскопии и др. Получение достоверных результатов измерений в испытательных лабораториях невозможно без использования метрологически обеспеченных средств измерений и применения стандартных образцов, используемых при градуировке средств измерений, контроле точности результатов измерений.
В соответствии с ГОСТ 8.315-97 «Государственная система обеспечения единства измерений. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные положения», стандартный образец представляет собой средство измерений в виде определенного количества вещества или материала, предназначенное для воспроизведения и хранения размеров величин, характеризующих состав или свойства этого вещества (материала). Стандартный образец состава вещества (материала) представляет собой стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (химических элементов, их изотопов, соединений химических элементов, структурных составляющих и т.п.).
Стандартные образцы состава применяются для испытания, градуировки, калибровки и поверки средств измерений; контроля правильности и прецизионности измерений; валидации и аттестации методик измерений; проверки квалификации (технической компетенции) лабораторий. Стандартные образцы состава веществ и материалов имеют определенные сроки хранения и требуют периодического возобновления.
Известны стандартные образцы, изготовленные на основе водных растворов солей
тяжелых металлов [см., например, Государственный Стандартный Образец (далее ГСО) Ртуть 7879-2001, ГСО Кадмий 7874-2000; ГСО Свинец 7877-2000].
Данные стандартные образцы рассчитаны на проверку работоспособности аналитического оборудования, его калибровку и могут обеспечить надежность результатов анализа в тех случаях, когда исследуемый материал также представляет собой водный раствор тяжелого металла или близок к таковому по своим свойствам.
Указанные стандартные образцы не пригодны для анализа пищевых продуктов и продовольственного сырья, в частности сельхозпродукции, поскольку не учитывают возможного влияния состава пробы на результаты измерений.
Известен способ изготовления стандартных образцов почвы, загрязненной тяжелыми металлами, включающий отбор пробы почвы, сушку, измельчение, усреднение, смешивание с раствором солей тяжелых металлов в азотной кислоте, испарение воды и измельчение (патент на изобретение РФ № 2660861, опубл. 10.07.2018).
Аналогичным образом путем добавления химических соединений готовят стандартные образцы и других исследуемых продуктов, в частности пищевых продуктов и продовольственного сырья.
Недостатком таким образом приготовленных стандартных образцов является то, что они показывают низкую точность результатов измерения, обусловленную неоднородностью распределения загрязняющего соединения по объему органической матрицы. Кроме того, при длительном хранении в связи с разными плотностями органической матрицы и введенного химического соединения, происходит их расслоение, что приводит к еще большему увеличению неоднородности образца.
Известен способ приготовления стандартного образца для анализа ртути (KR20110083044,опубл.11.07.2012). Способ включает предварительную обработку поверхности материала, измельченного до порошкообразного состояния соединениями серы или галогенов с последующей адсорбцией соединений ртути. Это позволяет увеличить однородность распределения соединений ртути в образце, а также стабильность хранения образца.
Недостатком известного решения является расслоение введенных химических соединений и органической матрицы анализируемой пробы, что приводит к увеличению неоднородности образца.
Известен способ получения биологического референтного материала для производства стандартных образцов состава жидкой биологической среды (патент РФ №2646161, опубл. 01.03.2018), включающий введение в организм животного токсичного металла в виде его водорастворимой соли и отбор жидкой биологической среды животного после анализа на содержание в ней токсичного металла, затем осуществляют замораживание полученной композитной жидкой биологической среды, с последующей ее лиофилизацией.
Недостатком известного решения является то, что при анализе порошкообразных проб пищевой продукции (в том числе сельскохозяйственной продукции) не пригодны жидкие биологические стандартные образцы, поскольку они не учитывают другую (пищевую) матрицу, что может повлиять на достоверность получаемых результатов анализа.
Известен способ изготовления стандартных образцов массовой доли тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции, включающий загрязнение образцов соединениями тяжелых металлов путем введения их в почву в количестве, превышающем предельно-допустимое содержание для конкретного вида сельскохозяйственной продукции, выращивание сельскохозяйственной продукции на незагрязненном и на загрязненном соединениями тяжелых металлов участках почвы, отбор образцов продукции с каждого участка с последующим высушиванием и измельчением до порошкообразного состояния, определение массовой доли тяжелого металла в образцах сельскохозяйственной продукции, смешивание в определенных количествах чистых и загрязненных образцов для получения стандартного образца с заданной массовой долей тяжелого металла в конкретном виде сельскохозяйственной продукции (патент РФ № 2731696, дата приор.18.03.2020г).
Данный метод направлен на изготовление стандартных образцов массовой доли тяжелых металлов в выращиваемой  в полевых условиях плодовоовощной, зерновой и зернобобовой продукции. В данном методе не решена задача получения стандартных образцов иных продуктов, таких как молочная, мясная, рыбная продукция и пр.
Задачей заявляемого решения является получение однородных и стабильных при хранении стандартных образцов  массовой доли тяжелых металлов в пищевых продуктах, таких как «мясо и мясопродукты», «молоко и молочные продукты», «рыба, нерыбные продукты промысла и продукция, вырабатываемая из них», «сахар и кондитерские изделия», «мукомольно-крупяные и хлебобулочные изделия», «масличное сырье и жировые продукты», «биологически активные добавки к пище» и т.д.
Техническим результатом заявляемого решения является получение стандартного образца пищевого продукта высокой степени однородности распределения тяжелых металлов по объему, обеспечивающего сохранение свойств в течение продолжительного периода времени, составляющего не менее 1 года.
Технический результат достигается за счет способа изготовления стандартного образца массовой доли тяжелых металлов в пищевых продуктах, включающего загрязнение образцов пищевых продуктов,  соединениями тяжелых металлов, при этом  осуществляют отбор образца пищевого продукта, его сушку до воздушно-сухого состояния и измельчение до порошкообразного состояния, определение массовой доли тяжелого металла в образце, расчет требуемого значения массовой доли тяжелого металла в стандартном образце пищевого продукта, смешивание в определенных количествах отобранного образца пищевого продукта и стандартного образца массовой доли тяжелого металла в сельскохозяйственной продукции растениеводства для получения стандартного образца с заданной массовой долей тяжелого металла.
Способ изготовления стандартного образца массовой доли тяжелых металлов в пищевых продуктах включает следующие этапы:
1. Проводят выбор конкретного вида пищевого продукта и последующий его отбор в торговой сети.
2. Проводят высушивание отобранного образца пищевого продукта до воздушно-сухого состояния с получением референтного образца пищевого продукта. Одновременно устанавливают значение влажности исходного пищевого продукта термографическим методом.
3. Проводят измельчение референтного образца пищевого продукта до порошкообразного состояния с маркировкой каждого образца по типу загрязнителя.
4. Проводят анализ референтного образца пищевого продукта одним из известных методов анализа на предварительно отградуированном средстве измерений с установлением значения массовой доли тяжелого металла.
5. Проводят расчет требуемого значения массовой доли тяжелого металла в стандартном образце пищевого продукта, исходя из предельно-допускаемой массовой доли тяжелого металла (ПДК) и влажности исходного пищевого продукта.
6. Осуществляют изготовление стандартного образца массовой доли тяжелого металла в сельскохозяйственной продукции согласно патенту РФ № 2731696, дата приор.18.03.2020 г, при выборе вида которого исходят из того же значения влажности, как у исходного пищевого продукта.
Изготовление стандартного образца массовой доли тяжелого металла в сельскохозяйственной продукции осуществляется в соответствии со следующими этапами: введение тяжелого металла в почву, выращивание на загрязненном и незагрязненном участках сельскохозяйственной культуры, сбор урожая, высушивание образцов до воздушно-сухого состояния, измельчение образцов до порошкообразного состояния, определение массовой доли тяжелого металла в образцах, смешивание образцов для получения требуемых значений массовой доли тяжелых металлов.
Осуществляют изготовление стандартного образца массовой доли конкретного тяжелого металла в выбранном пищевом продукте путем смешивания в определенной пропорции референтного образца пищевого продукта и стандартного образца массовой доли тяжелого металла в сельскохозяйственной продукции.
Детальное описание осуществления изобретения приведено на примере изготовления стандартного образца массовой доли общей ртути в мясе «Свинина».
В торговой сети отбирают образец свинины, сушат его до воздушно-сухого состояния и получают, таким образом, референтный образец пищевого продукта «свинина». Одновременно устанавливают значение влажности исходного пищевого продукта. Далее проводят измельчение референтного образца до порошкообразного состояния с использованием мельницы и растиранием в агатовой ступке пестиком для получения однородного порошка. Маркировка образца по типу загрязнителя: РефО.Hg-чист. Далее определяют значение массовой доли общей ртути в референтном образце методом атомной абсорбции в модификации «метод холодного пара» с использованием анализатора ртути «Юлия-5К» (или «Юлия-5КМ») с приставкой «Термо-ПУ».
0
Градуировку анализатора ртути «Юлия-5К» («Юлия-5КМ») с приставкой «Термо-ПУ» осуществляли с использованием утвержденного типа стандартного образца состава дерновоподзолистой супесчаной почвы ГСО 2498-83/ГСО 2500-83 (комплект СДПС) с аттестованными значениями массовой доли общей ртути (Х).
0
Х=0,013 мг/кг (комплект СДПС-1)
0
Х=0,11 мг/кг (комплект СДПС-2)
0
Х=0,29 мг/кг (комплект СДПС-3)
Для градуировки анализаторов ртути может использоваться любой стандартный образец состава почвы (любого типа, подтипа, вида, рода и т.д.) ранга ГСО. Использование стандартного образца состава почвы на содержание общей ртути обусловлено, с одной стороны, отсутствием стандартных образцов состава пищевых продуктов на содержание общей ртути, а, с другой стороны, тем, что в процессе пробоподготовки с помощью приставки «Термо-ПУ» устраняется влияние матрицы анализируемой пробы (и почвы, и пищевых продуктов). Это позволяет градуировать анализатор ртути по любому стандартному образцу ранга ГСО (независимо от вида анализируемого объекта: почва или пищевой продукт).
0
Для каждого аттестованного значения массовой доли общей ртути Хстроили градуировочные графики по «методу варьирования массы навески». Градуировочные графики представляют собой линейные зависимости измеряемой оптической плотности атомного пара ртути в кювете анализатора «Юлия-5К» («Юлия-5КМ») от  массы общей ртути (в нг) в градуировочной пробе почвы массой «m» в диапазоне от 5 до 25 мг.
0
0
От каждой приготовленной партии РефО.Hg-чист отбирали по 5 образцов разной массы в диапазоне от 5 до 25 мг для определения массовой доли общей ртути. Подготовленные референтные образцы свинины анализировали на отградуированном анализаторе ртути «Юлия-5К» («Юлия-5КМ») с приставкой «Термо-ПУ». Измерения проводили в соответствии с процедурой, описанной в «Методике измерений массовой доли общей ртути в почвах, пищевых продуктах и продовольственном сырье» атомно-абсорбционным методом (свидетельство об аттестации №253.0195/RA.RU/311866/2019 от 24.09.2019 г.). При этом для стандартных образцов массовой доли общей ртути в сельскохозяйственной продукции использовали градуировочный график  с Х=0,29мг/кг, а для образцов РефО.Hg-чист – градуировочный график Х=0,013мг/кг.
Для изготовления стандартного образца массовой доли общей ртути в свинине предварительно осуществляли расчет требуемого значения массовой доли общей ртути () в изготавливаемом стандартном образце, находящемся в воздушно-сухом состоянии. Значение устанавливается, исходя из значения предельно-допускаемой массовой доли общей ртути () в свинине, закупаемой в торговой сети, и её влажности в исходном образце (невысушенном). Значение является по сути дела предельно-допускаемой массовой долей общей ртути свинины, находящейся в воздушно-сухом состоянии (т.е. без учета влажности реальной пробы свинины): . Взаимосвязь между и свинины задается следующим соотношением
(1)
«К»
К
где  - коэффициент, учитывающий влажность анализируемой пробы свинины. Для свинины = 0,03 мг/кг и = 4,0 (влажность 75%). Отсюда . Согласно РМГ 57-2003 значение () должно находиться в диапазоне от 0,5  до 2,0 , т.е. от 0,06 до 0,24 мг/кг.
Далее на основании рассчитанного требуемого значения массовой доли общей ртути в свинине = 0,12 мг/кг готовится стандартный образец массовой доли общей ртути в свинине путем смешивания референтного образца свинины РефО.Hg-чист и государственного стандартного образца массовой доли общей ртути в порошке фруктов и овощей ГСО 11464-2019 (картофель; влажность 75%) с учетом одинаковой влажности свинины и картофеля в исходных продуктах.
Расчет соотношения массы РефО.Hg-чист (свинина) и ГСО 11464-2019 (картофель) для получения рассчитанного значения проводился по следующим соотношениям:
(2)
(3)
Где  и   (г) – массы проб референтного образца  РефО.Hg-чист и ГСО 11464-2019 соответственно,   (мг/кг) и  (мг/кг) – массовые доли общей ртути в референтном образце РефО.Hg-чист и ГСО 11464-2019 соответственно, (г) – общая масса пробы стандартного образца  конкретного вида пищевого продукта на содержание общей ртути, (мг/кг) – аттестованное значение массовой доли общей ртути в изготавливаемом стандартном образце.
Для установления значений  и  после преобразования соотношений (2) и (3) получаем формулу следующего вида:
(4)
Пример: Измеренное значение  (мг/кг) в свинине 0,0056 мг/кг (при влажности 75% и К=4,0), =0,8 мг/кг,=0,12мг/кг, =28г (определяется вместимостью используемой мельницы).
Применяя формулы (4) и (3), получили следующие данные: =4,00 г, =24,00 г.
Таким образом, для изготовления стандартного образца состава свинины на содержание общей ртути на уровне ПДК необходимо взять 24,00 г РефО.Hg-чист свинины и 4,00 г ГСО 11464-2019.
0
Для соответствия требованиям РМГ 57-2003 при создании стандартного образца состава необходимо ориентироваться на диапазон (0,5-2,0) Х.
Полученные стандартные образцы фасуют, упаковывают и маркируют.
Аналогичным образом были получены стандартные образцы массовой  доли тяжелых металлов в однородных группах пищевых продуктов: «мясо и мясопродукты», «молоко и молочные продукты», «рыба, нерыбные продукты промысла и продукция, вырабатываемая из них», «сахар и кондитерские изделия», «мукомольно-крупяные и хлебобулочные изделия», «масличное сырье и жировые продукты», «биологически активные добавки к пище» и т.д.
Полученные с использованием заявляемого способа стандартные образцы состава были исследованы на однородность и стабильность.
Для этого от каждой партии стандартных образцов отбирали контрольные образцы. Измерения проводились в соответствии  с процедурой, описанной в «Методике измерений массовой доли общей ртути в почвах, пищевых продуктах и продовольственном сырье» атомно-абсорбционным методом (свидетельство об аттестации №253.0195/ RA.RU/ 311866/2019 от 24.09.2019г.).
Однородность и стабильность состава стандартного образца определялась в соответствии с ГОСТ 8.531-2002 и Р 50.2.031-2003. Расчет погрешности стандартного образца проводился по РМГ 93-2015.
Отобранные контрольные образцы показали высокие результаты по однородности и стабильности состава. Материал стандартного образца был однороден и стабилен в течение всего срока годности экземпляра стандартного образца, составляющего 1 год.
Преимущества заявляемого способа получения стандартного образца массовой доли тяжелых металлов в пищевых продуктах обеспечиваются созданием органической матрицы сельскохозяйственной продукции загрязненной тяжелыми металлами из почвы, в то время как существующие методы применяют введение химических соединений. Поглощение корнями растения загрязняющих веществ обеспечивает внедрение их в органическую матрицу. Дальнейшее смешение загрязненной органической матрицы сельскохозяйственной продукции с чистой органической матрицей пищевого продукта ввиду схожести структуры и одинаковой влажности исключает расслаивание образца. Кроме того, данный метод позволяет получить даже очень малые значения массовой доли тяжелых металлов в составе стандартного образца (на уровне фоновых содержаний) при сохранении его однородности по объему. Это связано с тем, что осуществляется смешивание по массе порошкообразных навесок загрязненной сельскохозяйственной продукции и чистого пищевого продукта.