Результат интеллектуальной деятельности: Способ органолептической оценки детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для установления безопасности детских игрушек из пластизоля на основе поливинилхлорида (ПВХ) по анализу равновесной газовой фазы над пробами игрушек и оцифровке запаха изделия с помощью химических сенсоров.

Проведенный информационный поиск не выявил наиболее близкого технического решения.

Техническая задача изобретения заключается в разработке способа органолептической оценки детских игрушек по результатам измерения равновесной газовой фазы над пробами игрушек массивом сенсоров, позволяющего определять основные дескрипторы запаха изделия (неприятный / сладкий) и интенсивность запаха в баллах по содержанию паров летучих органических растворителей (ацетон, толуол, бензол) и пластификатора (диоктилфталат) в равновесной газовой фазе над пробой игрушки, повысить точность, надежность и объективность оценки запаха игрушки, по сравнению с известными органолептическими методами, основанными на определении органолептических показателей игрушек с помощью профессионалов, и повысить информативность анализа.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ органолептической оценки детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида, характеризующийся тем, что в качестве детектирующего устройства для оценки запаха используют «электронный нос» на основе массива из 8 пьезосенсоров с базовой частотой колебаний 10 МГц, электроды которых модифицируют чувствительными покрытиями к летучим органическим соединениям, таким как ацетон, толуол, бензол, фенол, диоктилфталат, для этого на электроды наносят пленки из этанольных растворов пчелиного клея, пчелиного клея с хлоридом железа (III), ацетоновых растворов полиэтиленгликоля сукцината, полиэтиленгликоля фталата, полиэтиленгликоля себацината, толуольных растворов триокилфосфиноксида, полифенилового эфира и хлороформной суспензии многослойных углеродных нанотрубок; с общей массой каждого покрытия после удаления растворителя 4-10 мкг, подготовленное детектирующее устройство подключают к компьютеру и управляют программой, регистрирующей в режиме реального времени сигналы массива пьезосенсоров в виде хроночастотограмм, параметры которых используют для дальнейшей обработки; при измерении запаха детских игрушек с помощью детектирующего устройства типа «электронный нос» оценивают суммарное содержание летучих органических растворителей и пластификатора в равновесной газовой фазе над пробами игрушек, для чего в пробоотборник помещают пробу игрушки на основе пластизоля из повинилхлорида массой 2,00 г плотно закрывают пробкой, выдерживают при температуре 20±1°С в течение 15 мин для насыщения газовой фазы парами летучих органических растворителей, отбирают 2 см³ равновесной газовой фазы и инжектируют ее в закрытую ячейку детектирования, с помощью программы регистрируют сигналы массива пьезосенсоров в виде хроночастотограмм и рассчитывают площади под хроночастотограммами каждого сенсора и суммарную площадь для всех сенсоров, которые обрабатывают математическим алгоритмом проекций на латентные структуры (ПЛС), затем по математической модели, ранее полученной с использованием результатов органолептической оценки запаха игрушек профессиональными экспертами и анализа массивом сенсоров равновесной газовой фазы над пробами игрушек из обучающей выборки по описанной выше методике, обработанных с помощью стандартного алгоритма - проекции на латентные структуры, где присутствие определенного дескриптора в запахе игрушки условно принимается равным +1, отсутствие кодируется 0 (референтные значения), значения интенсивности запаха для шкалы органолептической оценки прогнозируются в баллах (от 0 до 5), рассчитывают их и определяют основной дескриптор запаха игрушки, заключение о безопасности игрушки делают по полученным значениям интенсивности запаха по шкале органолептической оценки, если рассчитанное по модели значение в единицах шкалы органолептической оценки превышает 2±0,4, то запах игрушки оценивается как не соответствующий требованиям, прописанным в техническом регламенте таможенного союза.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности, надежности и объективности оценки запаха игрушки, и информативности анализа по результатам регистрации химического состава равновесной газовой фазы над пробами игрушек, интенсификации процесса и увеличении производительности анализа за счет непрерывной регистрации сигналов массива разнородных пьезосенсоров во время анализа с последующей обработкой по различным алгоритмам, в том числе хемометрическим.

Способ органолептической оценки детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида по составу равновесной газовой фазы над пробами игрушек осуществляется следующим образом.

Для оценки запаха детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида по составу равновесной газовой фазы над пробами игрушек используют детектирующее устройство «электронный нос» на основе массива из 8 пьезосенсоров с базовой частотой колебаний 10 МГц, электроды которых модифицируют чувствительными покрытиями к летучим органическим соединениям, таким как ацетон, толуол, бензол, фенол, диоктилфталат, для этого на электроды наносят пленки из этанольных растворов пчелиного клея, пчелиного клея с хлоридом железа (III), ацетоновых растворов полиэтиленгликоля сукцината, полиэтиленгликоля фталата, полиэтиленгликоля себацината, толуольных растворов триокилфосфиноксида, полифенилового эфира и хлороформной суспензии многослойных углеродных нанотрубок; с общей массой каждого покрытия после удаления растворителя 4-10 мкг, обеспечивающие высокую чувствительность и специфичность. Избыток растворителя удаляют в сушильном шкафу в течение 15-20 мин при температуре 40°С.

Пьезосенсоры помещают в массив, закрывают ячейку детектирования, подключают к компьютеру, включают программу, регистрирующую сигналы пьезосенсоров в режиме реального времени в виде хроночастотограмм, рассчитывают площади под хроночастотограммами для каждого сенсора и суммарную площадь для всех сенсоров. Стерильным шприцем отбирают 2 см³ равновесной газовой фазы над пробой игрушки, вкалывают в ячейку детектирования и фиксируют в течение 1 мин сигналы всех пьезосенсоров для определения состава равновесной газовой фазы над пробой игрушки. Включают компрессор для очистки ячейки детектирования и пьезосенсоров на 1-2 мин. С помощью программы рассчитывают площади под хроночастотограммами - для определения концентрации паров органических растворителей в равновесной газовой фазе над пробой игрушки - и суммарную площадь для всех сенсоров, которые обрабатывают математическим алгоритмом проекций на латентные структуры. По математической модели, ранее полученной с использованием результатов органолептической оценки запаха игрушек профессиональными экспертами и анализа массивом сенсоров равновесной газовой фазы над пробами игрушек из обучающей выборки по описанной выше методике, обработанных с помощью стандартного алоритма - проекции на латентные структуры, где присутствие определенного дескриптора в запахе игрушки условно принимается равным +1, отсутствие кодируется 0 (референтные значения), значения интенсивности запаха согласно шкале органолептической оценки прогнозируются в баллах (от 0 до 5), рассчитывают их и определяют основной дескриптор запаха игрушки. Заключение о безопасности игрушки делают по полученным значениям интенсивности запаха по шкале органолептической оценки, если рассчитанное по модели значение превышает 2±0,4, то запах игрушки оценивается как не соответствующий требованиям, прописанным в техническом регламенте таможенного союза.

Продолжительность анализа с учетом подготовки системы составляет 20 мин, время единичного измерения - 1-2 мин; число измерений без обновления массива сенсоров >500.

Способ органолептической оценки детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида по составу равновесной газовой фазы над пробами игрушек поясняется следующим примером.

Пример. Продемонстрируем предлагаемый способ органолептической оценки детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида на примере анализа проб игрушек с различной интенсивностью запаха, выраженной в баллах (от 0 до 5). Полученные данные и выводы подтверждены стандартными методами органолептики по оценке безопасности игрушек.

Для способа органолептической оценки детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида по составу равновесной газовой фазы над ними используют детектирующее устройство «электронный нос» на основе массива из 8 пьезосенсоров с базовой частотой колебаний 10 МГц, электроды которых модифицируют чувствительными покрытиями к летучим органическим соединениям, таким как ацетон, толуол, бензол, фенол, диоктилфталат, для этого на электроды наносят пленки из этанольных растворов пчелиного клея, пчелиного клея с хлоридом железа (III), ацетоновых растворов полиэтиленгликоля сукцината, полиэтиленгликоля фталата, полиэтиленгликоля себацината, толуольных растворов триокилфосфиноксида, полифенилового эфира и хлороформной суспензии многослойных углеродных нанотрубок; с общей массой каждого покрытия после удаления растворителя 4-10 мкг, обеспечивающие высокую чувствительность и специфичность. Избыток растворителя удаляют в сушильном шкафу в течение 15-20 мин при температуре 40°С.

Пьезосенсоры помещают в массив, закрывают ячейку детектирования, подключают к компьютеру, включают программу, регистрирующую сигналы пьезосенсоров в режиме реального времени в виде хроночастотограмм, рассчитывают площади под хроночастотограммами для каждого сенсора и суммарную площадь для всех сенсоров.

Стерильным шприцем отбирают 2 см³ равновесной газовой фазы над пробой игрушки, вкалывают в ячейку детектирования и фиксируют в течение 1 мин сигналы всех пьезосенсоров для определения состава равновесной газовой фазы над пробой игрушки. Включают компрессор для очистки ячейки детектирования и пьезосенсоров на 2 мин.

С помощью программы рассчитывают площади под хроночастотограммами - для определения концентрации паров органических растворителей в равновесной газовой фазе над пробой игрушки - и суммарную площадь для всех сенсоров, которые формируют в специальную базу данных и обрабатывают математическим алгоритмом проекций на латентные структуры. Сначала прогнозируют дескрипторы запаха игрушки - «неприятный» или «сладкий», по математической модели, ранее полученной с использованием результатов органолептической оценки запаха игрушек профессиональными экспертами и анализа массивом сенсоров равновесной газовой фазы над пробами игрушек из обучающей выборки по описанной выше методике, обработанных с помощью стандартного алгоритма - проекции на латентные структуры, где присутствие определенного дескриптора в запахе игрушки условно принимается равным +1, отсутствие кодируется 0 (референтные значения). Если запах игрушки можно охарактеризовать как неприятный или сладкий (прогнозируемые значения для дескрипторов равны +1), то по математической модели, ранее полученной с использованием результатов органолептической оценки запаха игрушек профессиональными экспертами и анализа массивом сенсоров равновесной газовой фазы над пробами игрушек из обучающей выборки по описанной выше методике, обработанных с помощью стандартного алгоритма - проекции на латентные структуры, где значения органолептической оценки прогнозируются в баллах (от 0 до 5), рассчитывают их и определяют основной дескриптор запаха игрушки, заключение о безопасности игрушки делают по полученным значениям интенсивности запаха по шкале органолептической оценки, если рассчитанное по модели значение в единицах шкалы органолептической оценки превышает 2±0,4, то запах игрушки оценивается как не соответствующий требованиям, прописанным в техническом регламенте таможенного союза.

Так в равновесной газовой фазе над пробой «Резиночки» отсутствуют легколетучие растворители и запах пробы характеризуется описанием «практически без запаха» и отсутствием каких-либо дескрипторов, по стандартной методике органолептической оценки запаха игрушки для данной пробы установлено значение 0-1 балл (табл. 1, референтные значения). После обработки данных ПЛС-моделями прогнозируемые значения для дескрипторов «неприятный» и «сладкий» ниже порогового значения (табл. 1), что указывает на отсутствие запаха у игрушки, следовательно, определение уровня запаха по шкале органолептической оценки для данной пробы не требуется, запах пробы предсказывается не выше 1 балла.

В равновесной газовой фазе над пробой «Band» установлено наличие вредных веществ, характеризуемых дескриптором «неприятный», прогнозное значение 0,61 выше порогового (табл. 1). По прогнозным значениям вещества, определяющие запах пробы как «сладкий», отсутствуют (0,28<0,55, табл. 1). Прогнозируемое значение интенсивности запаха по шкале органолептической оценки составляет 1,94±0,25, что близко к референтному значению, определенному по стандартной методике (уровень запаха, оценен дегустаторами в 2 балла).

Для пробы «Милашка Сью» по прогнозным значениям установлено наличие дескриптора запаха «неприятный» и отсутствие дескриптора «сладкий» (табл. 1), поэтому для данной пробы проведено прогнозирование путем расчета по модели интенсивности запаха по шкале органолептической оценки. Прогнозное значение равно 3,26±0,27, что хорошо согласуется с референтным значением (табл. 1).

Для проб «Сыр» и «4» установлено соответствие прогнозных значений для дескрипторов запаха и референтных значений (табл. 1). Прогнозные значения интенсивности запаха по шкале органолептической оценки завышены по сравнению с референтными, что указывает на присутствие не только легколетучих растворителей, но и остатков пластификатора в равновесной газовой фазе, данные игрушки можно классифицировать как чрезвычайно опасные.

Для оценки правильности способа проводились органолептические исследования запаха проб игрушек по ГОСТ. Всего было проанализировано 64 игрушки, из них для обучения были выбраны результаты анализа с помощью массива химических сенсоров для 43 проб, для остальных 21 пробы игрушки было спрогнозировано наличие дескрипторов «неприятный», «сладкий» и значение органолептической оценки с использованием математических моделей, которые затем сопоставлялись с результатами анализа по стандартной методике. Применение данного подхода показало 95% согласованности результатов обоих методов (табл. 2).

Продолжительность анализа с учетом подготовки системы составляет 20 мин, время единичного измерения - 1 мин; число измерений без обновления массива сенсоров >500. Возможно прогнозирование запаха игрушек из ПВХ-пластизоля по результатам анализа химического состава равновесной газовой фазы над пробами игрушек, правильность способа подтверждается результатами стандартных органолептических испытаний по ГОСТ.

Способ осуществим.

Сравнительная характеристика способа органолептической оценки детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида со стандартной методикой представлена в таблице 2.

Как следует из примера, табл. 1-2, предлагаемый способ органолептической оценки детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида по составу равновесной газовой фазы над пробами игрушек позволяет повысить точность, надежность и объективность органолептического анализа, интенсифицировать процесс.

Изменение массы покрытия на электродах пьезосенсора, природы сорбентов, алгоритмов обработки аналитической информации ухудшает метрологические характеристики способа, способствует возрастанию доли ошибочных выводов.

Предлагаемый способ органолептической оценки детских игрушек на основе пластизоля из поливинилхлорида позволяет:

- прогнозировать органолептическую оценку запаха игрушек с высокой надежностью;

- интенсифицировать процесс органолептической сцепки запаха игрушек;

- повысить точность и объективность определения уровня органолептической оценки запаха игрушек из ПВХ-пластизоля;

- определять (предсказывать по математической модели) описательные характеристики запаха (дескрипторы), такие как «неприятный», «сладкий» и рассчитывать интенсивность в шкале органолептической оценки;

- повысить информативность анализа по хроночастотограммам сорбции паров легколетучих растворителей и пластификаторов на чувствительных слоях массива пьезосенсоров за счет специальных алгоритмов обработки данных.