توصيفگر ها :
طيف‌سنجي , آكوستيك , انحلال , مواد غذايي , پودر , كنترل كيفيت , رگرسيون , طبقه‌بندي , ماشين بردار پشتيبان
چكيده فارسي :
روش طيف‌سنجي پهن باند تشديد آكوستيكي انحلال (BARDS) روشي نوين در حوزه شيمي تجزيه بوده كه به منظور بررسي خصوصيات مواد پودري ارائه شده است. خصوصيات اصلي يك ماده پودري، تركيب شيميايي و اندازه ذرات آن است. در اين روش، موج آكوستيكي از ميان يك محيط انحلال عبور مي‌كند و تغييرات فركانس اين موج حين انحلال پودر نمونه در حلال ثبت مي‌شود. اين تغييرات فركانس با ورود يا توليد و رشد حبابهاي هوا در محلول و ترك محيط پس از مدت زمان مشخص تغيير مي‌كند. روند تغييرات حجم حبابهاي هوا در محلول تابعي از تركيب شيميايي و اندازه ذرات پودر است. نمك‌‌هاي طبيعي بر خلاف نمك‌‌هاي تصفيه شده، مخلوطي از نمك فلزات مختلف بوده كه همين امر قيمت آن را متغير ساخته است. اين موضوع، نياز به كنترل كيفيت سريع و ارزان اين محصول را نمايان ساخته است، زيرا روش‌‌هاي آناليز عناصر اصلي، بسيار وقت‌گير و هزينه‌بر هستند. در اين مطالعه به بررسي قدرت روش BARDS براي آناليز مواد غذايي پودري بر اساس تركيب شيميايي آن‌ها پرداخته شد. در قسمت اول اين مطالعه، ابتدا سه نمك خالص كه اجزاي تشكيل دهنده اصلي نمك‌‌هاي طبيعي بودند (سديم كلرايد، پتاسيم كلرايد و منيزيم كلرايد)، با نسبت‌‌هاي مشخصي در پنج بازه اندازه ذرات مخلوط و با روش BARDS اندازه‌گيري شدند. سه طيف فركانس، حجم حباب و نرخ تغييرات حجم حباب استخراج و مورد بررسي قرار گرفتند. سپس روش‌‌هاي رگرسيون خطي و غيرخطي به منظور تخمين تركيب نمونه‌‌هاي مخلوط شده با استفاده از سه نوع طيف مذكور مورد بررسي قرار گرفتند. طيف‌‌هاي هر نمونه در هر بازه اندازه ذره از بقيه نمونه‌ها قابل تفكيك بودند و اين قابليت ناشي از تفاوت در نرخ انحلال پودر و قابليت بيرون راندن گاز‌هاي محلول در حلال توسط پودر حل‌شونده بود. در نهايت دقت بالاي مدل‌‌هاي رگرسيوني در تخمين تركيب نمونه‌ها توانمندي اين روش را تأييد نمود. با استفاده از مدل‌‌هاي رگرسيوني بردار پشتيبان، سهم سديم كلرايد، پتاسيم كلرايد و منيزيم كلرايد در مخلوط‌‌هاي نمك، به ترتيب با ضريب تعيين 95/0، 94/0 و 99/0 پيش بيني شدند. در قسمت دوم اين مطالعه، طيف‌‌هاي مربوط به ده نمونه نمك طبيعي ايراني در پنج بازه اندازه ذرات تهيه شد. همچنين غلظت عناصر اصلي در هر نمك با استفاده از طيف‌سنجي پلاسماي القايي جفت شده و نورسنجي شعله اندازه‌گيري و نوع كريستال نمك موجود در هر نمونه نيز بوسيله پراش اشعه ايكس شناسايي شد. كريستال‌‌هاي هاليت، سيلويت و اندريت در نمونه‌‌هاي با منشأ سنگ نمك و هاليت، بشوفيت و پريكلاسه در نمونه‌‌هاي نمك دريايي يافت شدند. در اين قسمت نيز طيف نمونه‌ها در هر كلاس اندازه ذره منحصر به فرد بود. قابليت تمايز نمونه‌ها با استفاده از روش‌‌هاي طبقه‌بندي افتراق خطي با استفاده از مؤلفه‌‌هاي اصلي، مدلسازي نرم و مستقل شباهت‌‌هاي بين كلاسي، نزديك‌ترين همسايه با استفاده از مؤلفه‌‌هاي اصلي و ماشين بردار پشتيبان محاسبه شد. روش‌‌هاي نزديك‌ترين همسايه با استفاده از مؤلفه‌‌هاي اصلي و ماشين بردار پشتيبان به ترتيب با دقت 5/92 و 95 درصد، ده نوع نمك طبيعي ايراني را تفكيك كردند. نتايج اين مطالعه نشان داد كه روش BARDS قابليت بالايي در كنترل كيفيت محصولات غذايي پودري بر اساس تركيب شيميايي آن‌ها را دارا است.
چكيده انگليسي :
Broadband acoustic resonance dissolution spectroscopy (BARDS) is a novel method that can be used for the analysis of food-based powders, which are mainly characterized by their composition and particle morphology. In this method, a sound wave passes through a dissolution vessel, and the frequency changes of the sound wave will be recorded during the dissolution process. The changes are due to the entrance, growth/generation, and subsequent elimination of minute air bubbles characterized by the composition and particle morphology of the powder. Natural table salts (unpurified) are food powders with different compositions that provided various types and quality levels with prices from less than one to hundreds of Euros per kg. Furthermore, the elemental analysis is very expensive and time-consuming, hence this product is very vulnerable to fraud. This study aimed to evaluate BARDS for the compositional analysis of food powders especially natural salts. In the first study, the changes of the BARDS spectra due to the changes in composition and particle morphology of fifteen salt mixtures (constituting of NaCl, KCl, and MgCl2) in five particle size ranges were comprehensively studied. Moreover, different regression methods were utilized to estimate each mixture component content. The results revealed that the average time-frequency spectra of each mixture in a certain particle size class were highly distinct and allowed discrimination from others. The unique spectra of each salt mixture originated from the specific dissolution rate and degassing effect of each constitutive compound. Finally, the accurate prediction of each mixture component content confirmed the consistency and efficiency of the method. In the second study, ten Iranian natural salts were analyzed with the BARDS method and their compositions were investigated with ICP-OES, flame photometry, and XRD methods. Halite, sylvite, and anhydrite were found in rock salts while halite, bischofite, and periclase were found in sea salts. The spectra were serves as the input of classification models, including SIMCA, PCA-LDA, PCA-KNN, and RBF-SVM. The application of the BARDS method for food powder authentication was evaluated using the classification accuracy of ten salt types. The PCA-KNN and RBF-SVM methods were efficiently able to discriminate salt classes with the accuracy of 92.5% and 95%, respectively.
