Od pomiarów stężenia wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) przez analizę ilości waniliny w produktach żywnościowych po badanie paragonów i plastikowych opakowań – chemicy analityczni przetrząsają nasze otoczenie w poszukiwaniu obecności określonych substancji. Dzięki ich badaniom możemy stwierdzić m.in., czy rzeczywiście jemy to, co producent zawarł w opisie na opakowaniu, i czy rzeka płynąca w centrum miasta nie rozlewa zawartych w niej szkodliwych substancji.

Dr inż. Paweł Świt z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ w swoich pracach naukowych skupia się na spektrum zagadnień, badając próbki różnego pochodzenia. Przede wszystkim jednak poszukuje rozwiązań, których efektem będzie poprawa jakości wyników analitycznych. Jego celem jest opracowywanie nowych metod, skuteczniejszych np. w rozpoznawaniu pewnych substancji i w dokładniejszym określaniu ich stężenia. Na swoim koncie ma już wiele publikacji przygotowanych wspólnie ze współpracownikami z Uniwersytetu Śląskiego.

Dr inż. Paweł Świt

 Związki kancerogenne w środowisku

– Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) odgrywają w środowisku niekorzystną rolę. Bardzo szkodliwie wpływają na organizmy żywe, w tym oczywiście na człowieka. Mogą nawet wywoływać nowotwory – wyjaśnia chemik z UŚ. Wspólnie z dr Joanną Orzeł i dr. Sławomirem Maślanką (również z WNSiT UŚ) określali pochodzenie wspomnianych związków w rejonie Katowic. Wyniki ich prac opublikowane zostały w „Journal of Hazardous Materials” w 2023 roku.

Pochodzenie WWA może być przeróżne. W naturze są wydzielane chociażby w wyniku aktywności wulkanicznej, ale emitowane są też w związku z działalnością przemysłową człowieka. Powstają, gdy spalane są określone materiały, znajdujemy je również w spalinach samochodowych.

Podczas prac prowadzonych w Katowicach naukowcy pobierali próbki z powietrza (zbierane w okolicy ul. Szkolnej oraz w rejonie Doliny Trzech Stawów), kurzu domowego (m.in. pobranego z laboratorium, w którym pracują chemicy), gleby, śniegu oraz Rawy i jej osadu dennego. – Wszędzie wykryliśmy WWA, choć ich stężenie potrafiło być różne w zależności od pory dnia, w której zbieraliśmy dane. Najmniej zarejestrowaliśmy ich w wodzie (jednakże wszystko zależy od konkretnej substancji i warunków atmosferycznych) – tłumaczy dr inż. Paweł Świt.

Zadaniem chemika było opracowanie nowej metody badawczej, umożliwiającej poprawienie jakości wyników analitycznych. WWA oznaczane są głównie z wykorzystaniem technik chromatograficznych, jednak z ich pomocą nie uwzględniano do tej pory wpływu innych substancji w próbce, które mogą zaburzać sygnał samych WWA. Naukowiec z UŚ tłumaczy, że aktualnie opracowywane podejścia bazują na łączeniu substancji wzorcowych w taki sposób, by eliminować efekty interferencyjne, zaburzające odczyty.

– Te efekty mogą mieć różny charakter: multiplikatywny, czyli wpływają wprost proporcjonalnie do stężenia tych substancji, addytywny – wnoszą stały wkład dodatni albo ujemny, czy też nieliniowy na rejestrowane sygnały. Moje badania polegają na zwiększeniu dokładności wyników, aby były bardziej wiarygodne, zbliżone do rzeczywistej wartości – mówi dr inż. Paweł Świt.

Etykiety kłamią

Przykładowe próbki kurzu wykorzystane do oznaczania WWA

Kalibracja metod analitycznych ma również znaczenie, gdy mówimy o żywności czy lekach. Bywa, że podczas sprawdzania faktycznego składu chemicznego zawartości opakowania trafiamy na związki, których nie powinno tam być, bądź takie, o których producent nie wspomina. Fałszowanie żywności to temat, o którym w ostatnich latach dość często się wspomina. Problem może mieć kilka źródeł.

– Najczęściej chodzi o obniżanie kosztów. Zamienniki niekoniecznie muszą być szkodliwe dla spożywającego, zawsze jest to jednak wprowadzenie w błąd konsumenta. Przeciętny użytkownik najpewniej czegoś takiego nie wychwyci. Dopiero laboratoryjnie jesteśmy w stanie stwierdzić, czy w produkcie jest czegoś za dużo lub pewnych składników brakuje – wyjaśnia chemik.

Bywa, że do kawy dodaje się startą marchewkę, która wpływa na kolor produktu i sprawia, że objętość prawdziwej kawy jest mniejsza od wskazanej na opakowaniu. Innym przykładem może być dosładzanie miodu np. sacharozą, dodawanie różnych olejów roślinnych do oliwy z oliwek czy dodatek mięsa wieprzowego do produktów z wołowiny.

W ramach konkursu Swoboda badań (Inicjatywa Doskonałości Badawczej) realizowanego na Uniwersytecie Śląskim dr inż. Paweł Świt podjął się opracowania metody analitycznej o zwiększonej dokładności w celu kontroli autentyczności aromatów waniliowych i wykrycia fałszerstw żywności z wykorzystaniem chromatografii HPLC-ED i HPLC-DAD. Naukowiec podkreśla, że w przypadku wanilii sprawa na rynku żywnościowym jest mocno zagmatwana.

Wanilinę, będącą jednym ze składników wanilii, spotykamy na co dzień w różnej postaci. Znajdujemy ją w proszkach do pieczenia, całych laskach wanilii czy pastach waniliowych. Syntetyczne związki, które są dodawane do różnych produktów, mogą służyć jako sposób na fałszowanie wanilii, w wyniku czego kupujemy coś innego, niż wynikałoby z informacji zamieszczonej na etykiecie.

Dr inż. Paweł Świt wciąż kontynuuje badania ze Swobody badań, poszukując metody, która zwiększy dokładność wyników, w tym związanych z analizą stosunków pomiędzy waniliną a innymi substancjami wykrywanymi w próbkach. Chemik wyjaśnia, czym różnią się dwie metody chromatograficzne stosowane w projekcie i skąd biorą się ich zalety:

– HPLC-DAD, czyli wysokosprawna chromatografia cieczowa z detekcją za pomocą matrycy diodowej pozwala na badanie substancji z użyciem różnych długości fal elektromagnetycznych. Na podstawie tworzonych map 3D możemy wybrać dokładną długość fali, przy której chcemy coś zmierzyć. Stwarza to o wiele więcej możliwości niż analiza prowadzona przy jednej długości fali. Z kolei HPLC-ED opiera się na detekcji elektrochemicznej, umożliwiającej pracę z niskimi stężeniami związków, które przy stosowaniu innych metod byłyby trudniej wykrywalne – objaśnia dr inż. Paweł Świt.

Wszechobecne bisfenole

Innym problemem, którym zajmują się chemicy z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ, jest mierzenie rosnącej ekspozycji ludzkiego organizmu na bisfenole, znajdujące się w licznych przedmiotach codziennego użytku. Tematem wspólnej pracy dr. Pawła Świta i dr Joanny Orzeł, opublikowanej w styczniu 2024 roku w „Journal of Chromatography A”, była nowa metoda, umożliwiająca zwiększenie dokładności wyników badań.

Naukowcy oznaczali trzy różne związki z grupy bisfenoli: BPA, BPF i BPS, znane z tego, że zaburzają gospodarkę hormonalną człowieka, choć tylko pierwszej z wymienionych substancji dotyczą wytyczne ograniczające przemysłowe i komercyjne użycie. Chemicy skupili się na paragonach, które pocięto, by z ich fragmentów przygotować roztwór, a następnie przefiltrować go i poddać analizie. Poza tym sprawdzali żywność przechowywaną w puszkach i innych plastikowych opakowaniach, aby dowiedzieć się, czy do jedzenia nie przeniknęły substancje, które nie powinny się w nim znaleźć.

– Jeśli podgrzewamy jedzenie w pojemniku zawierającym bisfenole lub taki pojemnik jest uszkodzony, np. przez zarysowania i przetarcia, to szkodliwe związki łatwiej przechodzą do potraw. Najlepiej byłoby zatem zrezygnować z plastikowych opakowań lub znacznie ograniczyć korzystanie z nich – mówi dr inż. Paweł Świt.

Choć prace prowadzone przez chemików dotyczą istotnych kwestii, obejmujących wpływ różnych substancji na ludzki organizm oraz wpływających na środowisko przyrodnicze, komercyjne zainteresowanie wykorzystaniem opracowywanych przez nich metod jest stosunkowo niewielkie. Tymczasem rozwiązania, nad którymi pracuje dr inż. Paweł Świt, wpisują się w green chemistry i white chemistry – coraz bardziej pożądane na rynku jako realizujące założenia proekologiczne i ekonomiczne. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z metodami przyjaznymi dla środowiska, czyli np. ograniczającymi lub eliminującymi stosowanie odczynników negatywnie oddziałujących na faunę i florę. Z kolei white chemistry to takie działania, które prowadzą do zwiększenia efektywności metod badawczych, przyspieszające procedury badawcze i zmniejszające zużycie odczynników koniecznych w procesie.

Naukowiec z UŚ zwraca uwagę na to, że opracowywane przez niego metody mogą znaleźć zastosowanie w różnych obszarach: – Przykładowo to samo podejście wykorzystywane przeze mnie do określania stężenia WWA w środowisku może zostać też użyte do analizy bisfenoli, próbek farmaceutycznych lub biomedycznych. Proponowane przez nas rozwiązania są stale ulepszane, a możliwości ich zastosowania szerokie.