نویسندگان

محمدرضا عابدی
دکتری شیمی تجزیه، مدیر آموزش مؤسسه آزاد فنی و حرفه‌ای ماه نشان

فاطمه اسلامی
کارشناس ارشد شیمی دارویی، مدرس مؤسسه آزاد فنی و حرفه‌ای ماه نشان

سید علی هاشمی مهنه
مؤسس مؤسسه آزاد فنی و حرفه‌ای ماه نشان

چکیده

امروزه کنترل کیفیت و ایمنی مواد غذایی به یکی از مهم‌ترین اولویت‌های صنایع غذایی و سازمان‌های نظارتی تبدیل شده است. وجود عناصر ضروری نظیر آهن، روی، مس، منیزیم و کلسیم در کنار عناصر سمی مانند سرب، کادمیوم، جیوه و آرسنیک، لزوم استفاده از روش‌های دقیق و قابل اعتماد برای اندازه‌گیری این عناصر را آشکار می‌سازد. طیف‌سنجی جذب اتمی (Atomic Absorption Spectroscopy, AAS) یکی از پرکاربردترین روش‌های آنالیز عناصر فلزی در مواد غذایی است که به دلیل دقت، صحت و هزینه مناسب، در بسیاری از آزمایشگاه‌های کنترل کیفیت مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله اصول عملکرد دستگاه جذب اتمی، روش‌های آماده‌سازی نمونه، کاربردهای آن در صنایع غذایی و مقایسه آن با سایر روش‌های آنالیز عناصر مورد بررسی قرار می‌گیرد.

کلیدواژه‌ها: جذب اتمی، صنایع غذایی، فلزات سنگین، کنترل کیفیت، عناصر معدنی، ایمنی غذایی

مقدمه

کیفیت و سلامت مواد غذایی نقش مستقیمی در سلامت جامعه دارد. در دهه‌های اخیر افزایش آلودگی‌های زیست‌محیطی ناشی از فعالیت‌های صنعتی، استفاده از کودها و سموم شیمیایی، آلودگی منابع آب و خاک و همچنین فرآیندهای تولید و بسته‌بندی مواد غذایی موجب افزایش نگرانی‌ها در خصوص ورود فلزات سنگین به زنجیره غذایی شده است.

فلزات سنگین مانند سرب، کادمیوم و جیوه حتی در غلظت‌های بسیار پایین نیز می‌توانند اثرات سمی قابل توجهی بر سیستم عصبی، کبد، کلیه و دستگاه ایمنی انسان داشته باشند. از سوی دیگر، کمبود عناصر ضروری نظیر آهن، روی و کلسیم نیز مشکلات تغذیه‌ای فراوانی ایجاد می‌کند. بنابراین اندازه‌گیری دقیق این عناصر در مواد غذایی اهمیت فراوانی دارد.

سازمان‌های بین‌المللی نظیر سازمان جهانی بهداشت (WHO)، سازمان غذا و کشاورزی ملل متحد (FAO)، کمیسیون کدکس (Codex Alimentarius) و سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) حدود مجاز فلزات سنگین در مواد غذایی را تعیین کرده‌اند و صنایع غذایی ملزم به پایش مستمر این عناصر هستند.

اصول عملکرد دستگاه جذب اتمی

طیف‌سنجی جذب اتمی نخستین بار توسط آلن والش (Alan Walsh) در سال 1955 معرفی شد و به سرعت به یکی از مهم‌ترین روش‌های آنالیز عناصر تبدیل گردید.

اساس این روش بر جذب انرژی نوری توسط اتم‌های آزاد استوار است. هر عنصر تنها طول موج مشخصی از نور را جذب می‌کند. هنگامی که نمونه به اتم‌های آزاد تبدیل می‌شود و نور اختصاصی عنصر از آن عبور می‌کند، بخشی از نور جذب شده و شدت نور کاهش می‌یابد. میزان این کاهش با غلظت عنصر متناسب است.

اجزای اصلی دستگاه جذب اتمی

1. لامپ کاتدی توخالی (Hollow Cathode Lamp)
2. سیستم اتم‌ساز (شعله یا کوره گرافیتی)
3. مونوکروماتور
4. آشکارساز (Detector)
5. سیستم پردازش داده

انواع دستگاه جذب اتمی

1. جذب اتمی شعله‌ای (FAAS)

در این روش محلول نمونه توسط نبولایزر به داخل شعله منتقل می‌شود. شعله معمولاً از مخلوط هوا-استیلن یا نیتروس اکسید-استیلن تشکیل شده است.

مزایا

• هزینه پایین
• سرعت آنالیز بالا
• مناسب برای غلظت‌های ppm

کاربردها

• اندازه‌گیری آهن در آرد
• اندازه‌گیری کلسیم در شیر
• اندازه‌گیری روی در غلات
• اندازه‌گیری مس در نوشیدنی‌ها

2. جذب اتمی کوره گرافیتی (GFAAS)

در این روش نمونه درون یک لوله گرافیتی قرار گرفته و طی چند مرحله گرم می‌شود.

مزایا

• حساسیت بسیار بالا
• اندازه‌گیری در محدوده ppb
• حجم نمونه بسیار کم

کاربردها

• اندازه‌گیری سرب در شیر خشک
• اندازه‌گیری کادمیوم در برنج
• اندازه‌گیری آرسنیک در محصولات دریایی

3. سیستم بخار سرد (Cold Vapor AAS)

این روش اختصاصاً برای اندازه‌گیری جیوه استفاده می‌شود.

4. سیستم تولید هیدرید (Hydride Generation AAS)

برای اندازه‌گیری عناصر:

• آرسنیک
• سلنیوم
• آنتیموان

مورد استفاده قرار می‌گیرد.

جدول 1. مقایسه انواع دستگاه‌های جذب اتمی

آماده‌سازی نمونه‌های غذایی

دقت اندازه‌گیری عناصر تا حد زیادی به آماده‌سازی صحیح نمونه وابسته است.

هضم تر (Wet Digestion)

متداول‌ترین روش در آزمایشگاه‌های صنایع غذایی است که از اسید نیتریک، اسید پرکلریک و گاهی پراکسید هیدروژن استفاده می‌شود.

مزایا

• بازیابی مناسب عناصر
• هزینه کم

معایب

• زمان‌بر بودن
• مصرف زیاد اسید

هضم مایکروویوی

در سال‌های اخیر این روش به استاندارد بسیاری از آزمایشگاه‌های پیشرفته تبدیل شده است.

مزایا

• زمان کوتاه
• آلودگی کمتر
• بازیابی بهتر عناصر

خاکسترگیری خشک

نمونه در کوره الکتریکی در دمای 450 تا 550 درجه سانتی‌گراد سوزانده می‌شود.

کاربردهای جذب اتمی در صنایع غذایی

1. کنترل فلزات سنگین

یکی از مهم‌ترین کاربردهای دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری فلزات سمی است.

فلزات مورد بررسی

• سرب (Pb)
• کادمیوم (Cd)
• جیوه (Hg)
• آرسنیک (As)

2. تعیین ارزش تغذیه‌ای

بسیاری از اطلاعات درج شده روی برچسب مواد غذایی بر اساس اندازه‌گیری عناصر معدنی به دست می‌آید.

عناصر مهم

• آهن
• روی
• کلسیم
• منیزیم
• مس
• منگنز

3. کنترل کیفیت شیر و فرآورده‌های لبنی

در شیر و فرآورده‌های لبنی موارد زیر اندازه‌گیری می‌شود:

• کلسیم
• منیزیم
• آهن
• روی
• سرب
• کادمیوم

4. کنترل کیفیت غلات و حبوبات

اندازه‌گیری عناصر معدنی در:

• گندم
• برنج
• جو
• عدس
• نخود

برای تعیین ارزش تغذیه‌ای و ارزیابی آلودگی ضروری است.

5. کنترل کیفیت آب آشامیدنی

AAS یکی از روش‌های مرجع برای اندازه‌گیری عناصر در:

• آب آشامیدنی
• آب معدنی
• نوشابه‌ها
• آبمیوه‌ها

است.

مقایسه جذب اتمی با ICP-OES و ICP-MS

در سال‌های اخیر روش‌های پیشرفته‌تری نظیر ICP-OES و ICP-MS توسعه یافته‌اند.

جدول 2

مزایا و محدودیت‌های جذب اتمی

مزایا

• دقت و صحت بالا
• هزینه مناسب
• سهولت بهره‌برداری
• استاندارد بودن روش
• قابلیت اندازه‌گیری طیف گسترده‌ای از عناصر

محدودیت‌ها

• اندازه‌گیری تک‌عنصری
• نیاز به آماده‌سازی دقیق نمونه
• تداخل‌های شیمیایی
• سرعت کمتر نسبت به ICP

نتیجه‌گیری

طیف‌سنجی جذب اتمی یکی از مهم‌ترین ابزارهای کنترل کیفیت در صنایع غذایی محسوب می‌شود. این تکنیک امکان اندازه‌گیری دقیق عناصر ضروری و فلزات سنگین را فراهم کرده و نقش مهمی در تضمین سلامت مصرف‌کنندگان دارد. اگرچه روش‌های پیشرفته‌تری مانند ICP-OES و ICP-MS توسعه یافته‌اند، اما AAS به دلیل هزینه مناسب، دقت مطلوب و سادگی کاربری همچنان یکی از پرکاربردترین روش‌های آنالیز عناصر در آزمایشگاه‌های صنایع غذایی سراسر جهان است.

منابع

1. Walsh A. The Application of Atomic Absorption Spectra to Chemical Analysis. Spectrochimica Acta. 1955;7:108–117.
2. Osman MA. Atomic Absorption Spectroscopy for Food Quality Evaluation. Woodhead Publishing; 2019.
3. Jorhem L, Engman J. Determination of Lead, Cadmium, Zinc, Copper and Iron in Foods by Atomic Absorption Spectrometry. Journal of AOAC International. 2000;83(5):1189–1203.
4. Korn MGA, Morte ESB, Santos DCMB, et al. Sample Preparation for the Determination of Metals in Food Samples. Applied Spectroscopy Reviews. 2008;43(2):67–92.
5. Cubadda F. Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry for the Determination of Elements and Elemental Species in Food. Journal of AOAC International. 2004;87(1):173–204.
6. El Hosry L, Sok N, Richa R, Al Mashtoub L, Cayot P, Bou-Maroun E. Sample Preparation and Analytical Techniques in the Determination of Trace Elements in Food: A Review. Foods. 2023;12(4):895.
7. Skoog DA, Holler FJ, Crouch SR. Principles of Instrumental Analysis. 7th Edition. Cengage Learning; 2018.
8. Harris DC. Quantitative Chemical Analysis. 10th Edition. W.H. Freeman; 2020.
9. AOAC International. Official Methods of Analysis. 22nd Edition. AOAC; 2023.
10. Codex Alimentarius Commission. General Standard for Contaminants and Toxins in Food and Feed. FAO/WHO; 2024.