Nano în meniu - muncă; Mai Mult
Nanomateriale
Nanomaterialele fabricate tehnic și-au găsit drumul în produsele noastre alimentare și de consum. Dioxidul de nano-siliciu este utilizat pentru fluiditatea ketchupului sau ca un ajutor de scurgere în sare și condimente, dioxidul de nano-titan conferă ciocolatei o strălucire durabilă, nanoparticulele de argint servesc la îmbunătățirea duratei de valabilitate a diferitelor alimente și a ambalajelor acestora. Nanoparticulele pot apărea neintenționat în procesele de fabricație convenționale sau pot fi fabricate și adăugate în mod specific. Dar unde pot fi găsite nanoparticulele?
Dar unde pot fi găsite nanoparticulele?
Au fost deja descrise adecvat riscurile pentru sănătate și răspândirea în mediu? Și nu trebuie neglijat: Ce sunt de fapt nanoparticulele? Pentru a răspunde la aceste întrebări, nu se poate lipsi de metode fiabile de analiză. Institutul pentru chimia alimentelor de la Universitatea din Bonn se ocupă cu analiza directă a nanoparticulelor din alimente folosind ICP-MS cu particule unice.
Ce sunt de fapt nanoparticulele?
Această întrebare este discutată intens în Uniunea Europeană - în prezent nu există o definiție definitivă [1,2]. Particulele cu o dimensiune de 1-100 mm Nm (o miliardime dintr-un metru) au proprietăți noi, uneori foarte interesante în comparație cu „materialul în vrac”, pe care se bazează un număr mare de procese industriale inovatoare și produse de zi cu zi. Mărimea acestor particule este în mare măsură legată de cea a unei mingi de fotbal, deoarece cea a fotbalului este legată de diametrul pământului. Numeroasele exemple de aplicații descrise la început arată că industria nano este în plină expansiune.
Situația juridică și protecția consumatorilor
Cu toate acestea, s-au făcut puține cercetări cu privire la impactul acestor materiale asupra mediului și sănătății umane. Situația actuală a studiului nu exclude un efect negativ asupra sănătății. Cosmeticele cu aditivi pentru nanoparticule trebuie notificate și etichetate corespunzător în conformitate cu Regulamentul UE privind produsele cosmetice care a intrat în vigoare în 2013. Potrivit noului regulament UE privind informațiile alimentare 1169/2011 (LMIV) [3], utilizarea nanoparticulelor în alimente a fost solicitată doar din lista ingredientelor din decembrie 2014, dar nu este încă restricționată în ceea ce privește un regulament de nanotehnologie. Pentru a verifica etichetarea și relevanța toxicologică, este necesară analiza nanoparticulelor din alimente, precum și a probelor de mediu și de țesut. Metodele de analiză a nanoparticulelor nu sunt încă pe deplin dezvoltate. În prezent nu există proceduri standard pentru analiza nanoparticulelor, dar apariția omniprezentă a nanoparticulelor poate fi deja detectată cu metodele de analiză existente.
La analizarea nanoparticulelor, trebuie luați în considerare următorii parametri: compoziția elementară, dimensiunea particulelor, distribuția mărimii și numărul de particule (concentrație). Convenția este determinarea conținutului nanoparticulelor pe baza cuantificării unui element. Trebuie știut ce nanoparticule sunt implicate. În plus, se presupune că elementul care urmează să fie determinat este exclusiv nanoparticulat.
Mărimea particulelor din soluțiile apoase este determinată în mare parte de DLS (împrăștiere dinamică a luminii). Există, de asemenea, analize de împrăștiere cu raze X, cum ar fi analiza împrăștierii cu unghi mic (SAXS). Acestea oferă informații importante despre structura tridimensională a sistemelor necristaline din soluții de nanoparticule purificate și, prin urmare, sunt utilizate de preferință pentru a caracteriza nanoparticulele tehnice. În comparație, DLS oferă rezultate mai rapide, în timp ce metodele bazate pe raze X se caracterizează prin sensibilitate și specificitate ridicate. O altă opțiune este imagistica, de ex. Microscopie electronică de transmisie sau forță atomică. Cu toate acestea, aceste metode sunt limitate în ceea ce privește specificația particulelor țintă și necesită probe cu un număr mare de particule care pot fi fixate pe o placă de probă. În plus, distribuțiile de mărime pot fi determinate doar microscopic într-o măsură limitată. [4]
O altă posibilitate este separarea și îmbogățirea prealabilă a nanoparticulelor. Deoarece sarcina relativ scăzută a nanoparticulelor poate duce la interacțiuni nespecifice sau chiar legare ireversibilă a moleculelor la fazele staționare, metodele fără o fază staționară, cum ar fi fracționarea fluxului de câmp (FFF) și electroforeza capilară sunt mai potrivite, prin care se utilizează detectoare sensibile. trebuie [5]. Datorită volumului de probă mai mare posibil, fracționarea fluxului de câmp are un avantaj față de electroforeza capilară. Procesele electroforetice se separă, de asemenea, în funcție de raza hidrodinamică și de sarcină, ceea ce face separarea mai complexă [4].
În acest context, trebuie menționat, de asemenea, că nanoparticulele nu sunt aproape niciodată în echilibru termodinamic în soluție; compoziția sistemelor de nanoparticule variază foarte mult în funcție de valoarea pH-ului, puterea ionică sau influențele temperaturii/luminii. Separarea cromatografică riscă să schimbe compoziția nanoparticulelor.
Cu ICP-MS cu particule simple (sp-ICP-MS), atât concentrația particulelor, cât și distribuția mărimii acestor particule într-o probă pot fi determinate simultan și pentru un element specific. În plus, este posibil să se facă o diferențiere clară între nanoparticulate și analiți ionici. Metoda se întoarce la Degueldre [6] și a fost dezvoltată în continuare în ultimii ani. [7,8] Cu ICP-MS (spectrometrie de masă cu plasmă cuplată inductiv), proba este mai întâi nebulizată cu gaz argon într-o cameră de nebulizare. Aerosolul este transferat într-o plasmă de argon, unde analiții sunt uscați, atomizați și ionizați. Ionii încărcați pozitiv sunt accelerați, focalizați printr-un sistem de conuri și apoi ajung la analizorul de masă și în final la detector. În Figura 1, sp-ICP-MS este comparat cu evaluarea clasică ICP-MS. Ionii dizolvați ajung la detector ca un flux constant de ioni, în timp ce analiții din nanoparticule ajung la detector sub formă de nori ionici.
În mod clasic, o gamă largă de masă este scanată într-un timp de scanare, astfel încât să poată fi detectate diferite elemente. Timpii de măsurare sunt denumiți „timp de staționare”, care sunt întrerupți de „timpul de stabilire”, în care setările cvadrupolice sunt readuse la starea inițială.
În analiza cu particule simple, măsurătorile sunt luate fără timp de stabilizare și se generează un semnal cvasicontinuu. Semnalul generat de detector este înregistrat în timp, prin care fiecare vârf care apare corespunde unei nanoparticule din eșantion. Intensitatea vârfului se corelează cu dimensiunea nanoparticulelor. Principiul de măsurare arată, de asemenea, că cea mai mică dimensiune determinabilă a nanoparticulelor este cea la care semnalul doar iese în evidență de zgomotul de fond (inclusiv ioni dizolvați). Limitarea mărimii particulelor în intervalul inferior (aproximativ 20 nm) este cea mai mare limitare a sp-ICP-MS. Această limită de dimensiune mai mică este influențată de sensibilitatea dispozitivului (toți parametrii dispozitivului), compoziția stoichiometrică a nanoparticulelor și raportul de concentrație al ionilor și nanoparticulelor dizolvate [4].
Un avantaj major al sp-ICP-MS este limita scăzută de detectare. Nanoparticulele pot fi măsurate cu mult sub limita de detecție a ionilor dizolvați, deoarece doar frecvența semnalelor este redusă la detector, dar nu și intensitatea semnalului. În timp ce DLS v.a. este utilizat la concentrații de particule de peste 1 mg/L, nanoparticulele în concentrații în intervalul de ng/L în probe de suc cu vârfuri (suc de portocale, suc de mere) ar putea fi deja analizate direct la Universitatea din Bonn fără prepararea probei folosind sp-ICP-MS. Figurile 2 și 3 prezintă histogramele unei probe de suc de mere care a fost înțepenită cu nanoparticule de aur și argint. Distribuțiile diferite ale mărimii particulelor pot fi văzute clar.
Datorită specificității ridicate, limitelor de detecție foarte scăzute și sensibilității reduse a matricei, această metodă este foarte potrivită pentru analiza nanoparticulelor din probe de mediu sau alimentare în care sunt așteptate doar concentrații foarte mici de nanoparticule.
Dezvoltarea rapidă a industriei nano, lipsa studiilor toxicologice și noile cerințe de etichetare au ca rezultat o nevoie puternică de o metodă de analiză fiabilă pentru nanoparticule, în special în domeniul concentrației scăzute. Cele mai promițătoare metode se bazează în prezent pe ICP-MS - atât în combinație cu fracționarea fluxului de câmp, cât și direct folosind ICP-MS cu particule simple. Cu toate acestea, publicațiile anterioare nu arată nicio aplicație realistă în produsele alimentare. La Institutul pentru Chimia Alimentelor de la Universitatea din Bonn, urmează să fie urmărite primele experimente și urmează să fie dezvoltată o metodă validată pentru analiza probelor alimentare reale cu sp-ICP-MS.