Нано в менюто

Наноматериали

Технологично произведените наноматериали попаднаха в нашите храни и потребителски продукти. Нано-силициевият диоксид се използва за течливост на кетчупа или като помощно средство за капене в сол и подправки, нано-титаниевият диоксид придава на шоколада траен блясък, сребърните наночастици служат за подобряване на срока на годност на различни храни и тяхната опаковка. Наночастиците могат да възникнат неволно в конвенционалните производствени процеси или могат да бъдат специално произведени и добавени. Но къде могат да бъдат намерени наночастиците?

Но къде могат да бъдат намерени наночастиците?

Вече адекватно ли са описани рисковете за здравето и разпространението в околната среда? И да не се пренебрегва: Какво всъщност представляват наночастиците? За да се отговори на тези въпроси, не може да се мине без надеждни аналитични методи. Институтът по химия на храните към Университета в Бон се занимава с директния анализ на наночастици в храните, използвайки едночастични ICP-MS.

Какво всъщност са наночастиците?

Този въпрос се обсъжда интензивно в Европейския съюз - в момента няма окончателно определение [1,2]. Частиците с размер 1? -? 100? Nm (една милиардна част от метър) имат нови, понякога много интересни свойства в сравнение с "насипния материал", на който се основават множество иновативни индустриални процеси и ежедневни продукти. Размерът на тези частици е приблизително свързан с този на футболна топка, тъй като този на футбола е свързан с диаметъра на земята. Многото примери за приложения, описани в началото, показват, че наноиндустрията процъфтява.

Правно положение и защита на потребителите

Правени са малко изследвания за въздействието на тези материали върху околната среда и човешкото здраве. Настоящата ситуация на проучване не изключва неблагоприятно въздействие върху здравето. Козметичните продукти с добавки от наночастици трябва да бъдат нотифицирани в съответствие с Регламента на ЕС за козметиката, влязъл в сила през 2013 г. и съответно етикетиран. Според новия регламент на ЕС за информация за храните 1169/2011 (LMIV) [3] използването на наночастици в храната се изисква само от списъка на съставките от декември 2014 г., но все още не е ограничено по отношение на регламент за нанотехнологиите. За да се провери етикетирането и токсикологичната значимост, е необходим анализ на наночастици в храните, както и проби от околната среда и тъканите. Методите за анализ на наночастици обаче все още не са напълно разработени. Понастоящем няма стандартни процедури за анализ на наночастици, но повсеместната поява на наночастици вече може да бъде открита със съществуващите методи за анализ.

Когато се анализират наночастици, трябва да се вземат предвид следните параметри: елементарен състав, размер на частиците, разпределение на размера и брой частици (концентрация). Конвенцията е определянето на съдържанието на наночастици въз основа на количественото определяне на даден елемент. Трябва да се знае кои са наночастиците. Освен това се приема, че елементът, който трябва да се определи, е изключително наночастици.

Размерът на частиците във водни разтвори обикновено се определя с помощта на DLS (динамично разсейване на светлината). Съществуват и анализи за разсейване на рентгенови лъчи като анализът на разсейването с малък ъгъл (SAXS). От пречистени разтвори на наночастици, те предоставят важна информация за триизмерната структура на некристалните системи и следователно са предпочитани за характеризиране на техническите наночастици. За сравнение DLS осигурява по-бързи резултати, докато методите, базирани на рентгенови лъчи, се характеризират с висока чувствителност и специфичност. Друг вариант е изобразяването, напр. Предавателна електронна или атомно-силова микроскопия. Тези методи обаче са ограничени по отношение на спецификацията на целевата частица и изискват проби с голям брой частици, които могат да бъдат фиксирани върху плоча с проби. В допълнение, разпределението на размера може да бъде определено само микроскопски в ограничена степен. [4]

Друга възможност е предварително разделяне и обогатяване на наночастици. Тъй като сравнително ниският заряд на наночастици може да доведе до неспецифични взаимодействия или дори необратимо свързване на молекулите към стационарни фази, методи без стационарна фаза като фракциониране на полевия поток (FFF) и капилярна електрофореза са по-подходящи, като се използват чувствителни детектори трябва [5]. Поради по-големия обем на пробата, фракционирането на полевия поток има предимство пред капилярната електрофореза. Електрофоретичните процеси също се разделят според хидродинамичния радиус и заряда, което прави разделянето по-сложно [4].

В този контекст трябва също да се спомене, че наночастиците почти никога не са в термодинамично равновесие в разтвор; съставът на наночастичните системи варира значително в зависимост от стойността на рН, йонната сила или влиянието на температурата/светлината. Хроматографското разделяне крие риск от промяна на състава на наночастиците.

С ICP-MS с една частица (sp-ICP-MS), както концентрацията на частиците, така и разпределението на размера на тези частици в пробата могат да бъдат определени едновременно и за конкретен елемент. Освен това е възможно ясно да се прави разлика между наночастици и йонни аналити. Методът се връща към Degueldre [6] и е доразвит през последните години. [7,8] С ICP-MS (масспектрометрия с индуктивно свързана плазма), пробата първо се пулверизира с газ аргон в пулверизаторна камера. Аерозолът се прехвърля в аргонова плазма, където аналитите се изсушават, пулверизират и йонизират. Положително заредените йони се ускоряват, фокусират се чрез система от конуси и след това достигат до анализатора на масата и накрая до детектора. На фигура 1 sp-ICP-MS се сравнява с класическата оценка на ICP-MS. Разтворените йони достигат до детектора като постоянен поток от йони, докато аналитите, направени от наночастици, достигат до детектора под формата на йонни облаци.

Класически се сканира широк масов диапазон в рамките на времето за сканиране, за да могат да бъдат открити различни елементи. Времето за измерване се нарича "време на престой", което се прекъсва от "времето на утаяване", при което настройките на квадрупола се връщат в първоначалното си състояние.

При анализ на единични частици се правят измервания, без да се установява времето и се генерира квазинепрекъснат сигнал. Сигналът, генериран от детектора, се записва във времето, така че всеки пик, който се появява, съответства на наночастица от пробата. Интензивността на пика корелира с размера на наночастицата. Принципът на измерване също така показва, че най-малкият определяем размер на наночастиците е този, при който сигналът просто се откроява от фоновия шум (включително разтворените йони). Ограничението на размера на частиците в долния диапазон (приблизително 20 nm) е най-голямото ограничение на sp-ICP-MS. Тази долна граница на размера се влияе от чувствителността на устройството (всички параметри на устройството), стехиометричния състав на наночастиците и съотношението на концентрация на разтворени йони и наночастици [4].

Основно предимство на sp-ICP-MS е ниската граница на откриване. Наночастиците могат да бъдат измерени далеч под границата на откриване на разтворени йони, тъй като само честотата на сигналите е намалена на детектора, но не и интензивността на сигнала. Докато DLS v.a. се използва при концентрации на частици над 1 mg/L, наночастиците в концентрации в ng/L в пробите със сок (портокалов сок, ябълков сок) вече могат да бъдат анализирани директно в университета в Бон без подготовка на проби, използвайки sp-ICP-MS. Фигури 2 и 3 показват хистограми на проба от ябълков сок, която е добавена със златни и сребърни наночастици. Различното разпределение на размера на частиците може да се види ясно.

Поради високата специфичност, много ниските граници на откриване и ниската чувствителност на матрицата, този метод е много подходящ за анализ на наночастици в проби от околната среда или храни, в които се очакват само много ниски концентрации на наночастици.

Бързото развитие на наноиндустрията, липсата на токсикологични проучвания и новите изисквания за етикетиране водят до силна нужда от надежден метод за анализ на наночастици, особено в диапазона с ниска концентрация. Понастоящем най-обещаващите методи се базират на ICP-MS - както в комбинация с фракциониране на полеви поток, така и директно с помощта на ICP-MS с една частица. Предишните публикации обаче не показват реалистично приложение в храната. В Института по химия на храните към Университета в Бон трябва да бъдат проследени първите експерименти и да бъде разработен валидиран метод за анализ на реални проби от храни с sp-ICP-MS.