Нано в меню - праця; більше
Наноматеріали
Наноматеріали, що виготовляються технічно, потрапили в наші продукти харчування та споживчі товари. Нанокремнієвий діоксид використовується для сипучості кетчупу або як допоміжний засіб, що стікає в солі та спеціях, нано-титановий діоксид надає шоколаду стійкий блиск, наночастинки срібла служать для поліпшення терміну зберігання різних харчових продуктів та їх упаковки. Наночастинки можуть ненавмисно виникати у звичайних виробничих процесах або можуть бути спеціально виготовлені та додані. Але де можна знайти наночастинки?
Але де можна знайти наночастинки?
Чи вже належним чином описані ризики для здоров'я та їх поширення в навколишньому середовищі? І нехтувати нею: що насправді є наночастинками? Щоб відповісти на ці запитання, не можна обійтися без надійних аналітичних методів. Інститут хімії харчових продуктів Боннського університету займається безпосереднім аналізом наночастинок у продуктах харчування за допомогою одночастинкової ІСП-МС.
Що таке насправді наночастинки?
Це питання інтенсивно обговорюється в Європейському Союзі - на сьогодні остаточного визначення немає [1,2]. Частинки розміром 1? -? 100? Нм (одна мільярдна частина метра) мають нові, часом дуже цікаві властивості порівняно з "сипучим матеріалом", на якому базується безліч інноваційних промислових процесів та повсякденних продуктів. Розмір цих частинок приблизно пов’язаний з розміром футбольного м’яча, оскільки розмір футболу пов’язаний з діаметром землі. Безліч прикладів застосування, описаних на початку, показують, що нанопромисловість процвітає.
Правова ситуація та захист споживачів
Однак мало досліджень щодо впливу цих матеріалів на навколишнє середовище та здоров’я людей. Поточна ситуація дослідження не виключає несприятливого впливу на здоров'я. Косметика з добавками наночастинок повинна бути повідомлена відповідно до Постанови ЄС про косметику, яка набрала чинності в 2013 році та відповідно позначена. Згідно з новим Регламентом ЄС про інформацію про харчові продукти 1169/2011 (LMIV) [3], використання наночастинок у їжі вимагається лише зі списку інгредієнтів з грудня 2014 року, але поки що не обмежується з точки зору регламенту нанотехнологій. Для перевірки маркування та токсикологічної значущості необхідний аналіз наночастинок у продуктах харчування, а також зразків навколишнього середовища та тканин. Методи аналізу наночастинок ще не повністю розроблені. В даний час не існує стандартних процедур аналізу наночастинок, але всюдисущу появу наночастинок вже можна виявити за допомогою існуючих методів аналізу.
При аналізі наночастинок необхідно враховувати такі параметри: елементний склад, розмір частинок, розподіл за розмірами та кількість частинок (концентрація). Конвенція полягає у визначенні вмісту наночастинок на основі кількісної оцінки елемента. Потрібно знати, про які наночастинки йдеться. Крім того, передбачається, що визначається елемент є виключно наночастинками.
Розмір частинок у водних розчинах здебільшого визначається методом DLS (динамічне розсіювання світла). Існують також аналізи розсіяння рентгенівських променів, такі як аналіз розсіяння з малим кутом (SAXS). Вони надають важливу інформацію про тривимірну структуру некристалічних систем з очищених розчинів наночастинок, і тому їх переважно використовують для характеристики технічних наночастинок. Для порівняння, DLS забезпечує швидші результати, тоді як рентгенологічні методи характеризуються своєю високою чутливістю та специфічністю. Іншим варіантом є методи візуалізації, наприклад, просвічувальна електронна або атомно-силова мікроскопія. Однак ці методи обмежені з точки зору специфікації цільової частинки і вимагають зразків з великою кількістю частинок, які можуть бути закріплені на пластині зразка. Крім того, розподіл за розміром може бути визначений лише мікроскопічно лише в обмеженій мірі. [4]
Інша можливість - попереднє розділення та збагачення наночастинок. Оскільки порівняно низький заряд наночастинок може призвести до неспецифічних взаємодій або навіть незворотного зв'язування молекул зі стаціонарними фазами, методи без стаціонарної фази, такі як фракціонування польового потоку (FFF) та капілярний електрофорез, є більш придатними з використанням чутливих детекторів мусить [5]. Через більший обсяг зразка фракціонування польового потоку має перевагу над капілярним електрофорезом. Електрофоретичні процеси також розділяються як за гідродинамічним радіусом, так і зарядом, що робить поділ більш складним [4].
У цьому контексті слід також згадати, що наночастинки майже ніколи не перебувають у термодинамічній рівновазі в розчині; склад систем наночастинок сильно варіюється в залежності від значення рН, іонної сили або впливу температури/світла. Хроматографічне розділення ризикує змінити склад наночастинок.
З одночастинковим ICP-MS (sp-ICP-MS) як концентрація частинок, так і розподіл за розміром цих частинок у зразку можуть бути визначені одночасно і для конкретного елемента. Крім того, можна чітко розмежувати наночастинки та іонні аналіти. Метод сходить до Дегельдре [6] і отримав подальший розвиток в останні роки. [7,8] За допомогою ICP-MS (мас-спектрометрія з індуктивно зв'язаною плазмою) зразок спочатку розпилюють газом аргоном в камері небулайзера. Аерозоль переноситься в плазму аргону, де аналіти висушують, атомізують та іонізують. Позитивно заряджені іони прискорюються, фокусуються через систему конусів, а потім досягають аналізатора маси і, нарешті, детектора. На малюнку 1 sp-ICP-MS порівнюється з класичною оцінкою ICP-MS. Розчинені іони потрапляють до детектора як постійний потік іонів, тоді як аналіти, виготовлені з наночастинок, доходять до детектора у вигляді іонних хмар.
Класично широкий діапазон маси сканується протягом часу сканування, щоб можна було виявити різні елементи. Час вимірювання називають "часом затримки", яке переривається "часом осідання", при якому настройки квадруполя повертаються у початковий стан.
При одночастинковому аналізі вимірювання проводяться без часу встановлення і формується квазінеперервний сигнал. Сигнал, генерований детектором, реєструється з часом, так що кожен пік, що з'являється, відповідає наночастинці з зразка. Інтенсивність піку корелює з розміром наночастинки. Принцип вимірювання також показує, що найменшим визначеним розміром наночастинок є той, при якому сигнал просто виділяється з фонового шуму (включаючи розчинені іони). Обмеження розміру частинок у нижньому діапазоні (приблизно 20 нм) є найбільшим обмеженням sp-ICP-MS. На цю нижню межу розміру впливає чутливість пристрою (усі параметри пристрою), стехіометричний склад наночастинок та коефіцієнт концентрації розчинених іонів та наночастинок [4].
Головною перевагою sp-ICP-MS є низька межа виявлення. Таким чином, наночастинки все ще можна виміряти набагато нижче межі виявлення розчинених іонів, оскільки на детекторі зменшується лише частота сигналів, але не інтенсивність сигналу. Хоча DLS в основному використовується при концентраціях частинок понад 1 мг/л, в Боннському університеті наночастинки в концентраціях нг/л у зразках колосових соків (апельсиновий сік, яблучний сік) вже можуть бути проаналізовані безпосередньо без підготовки зразків за допомогою sp-ICP-MS. На малюнках 2 і 3 показані гістограми зразка яблучного соку, який був доданий наночастинками золота та срібла. Чітко видно різний розподіл часток за розміром.
Через високу специфічність, дуже низькі межі виявлення та низьку чутливість матриці, цей метод дуже підходить для аналізу наночастинок у зразках навколишнього середовища або харчових продуктів, в яких очікуються лише дуже низькі концентрації наночастинок.
Швидкий розвиток нанопромисловості, відсутність токсикологічних досліджень та нові вимоги до маркування призводять до гострої потреби в надійному методі аналізу наночастинок, особливо в діапазоні низьких концентрацій. В даний час найбільш перспективні методи засновані на ICP-MS - як у поєднанні з фракціонуванням польового потоку, так і безпосередньо з використанням одночастинкової ICP-MS. Однак попередні публікації не показують реалістичного застосування в їжі. В Інституті харчової хімії Боннського університету слід продовжити перші експерименти та розробити затверджений метод аналізу реальних зразків їжі за допомогою sp-ICP-MS.