$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تحليل العناصر هو عملية تحليلية لتحديد التركيب الأولي للعينات المختلفة. يمكن استخدامه للتحكم في تناول المعادن في أجسام البشر (خاصة المعادن الثقيلة1) لأن تركيزاتها العالية قد تسبب مشاكل صحية غير مرغوب فيها. المعادن الثقيلة هي أيضا واحدة من الملوثات البيئية الرئيسية ، وبالتالي ، فإن التحكم في وجودها في البيئة ضروري2. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام التحليل الأولي لتحديد المنشأ الجغرافي للمنتجات الغذائية3 والتحكم في جودة الموارد الغذائية والمائية4. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه لتحديد المغذيات الدقيقة والكبيرة في التربة5 ولاكتساب نظرة ثاقبة للعمليات الجيولوجية عبر التاريخ من خلال فحص التركيب الكيميائي للمعادن والرواسب6. كما أجريت دراسات لتحديد وجود معادن نادرة في النفايات الكهربائية والإلكترونية لمزيد من تجديد المعادن7 ، لتقييم نجاح العلاجات الدوائية8 ، وللتحقق من التركيب الأولي للغرسات المعدنية9.
يعد قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترن بالحث (ICP-MS) والتحليل الطيفي للانبعاث البصري للبلازما المقترن بالحث (ICP-OES) من التقنيات الشائعة الاستخدام للتحليل الأولي للعينات المختلفة10. وهي تسمح بالتحديد المتزامن لعناصر متعددة مع حدود الكشف (LOD) وحدود القياس الكمي (LOQ) منخفضة تصل إلى نانوغرام / لتر. بشكل عام ، يحتوي ICP-MS على قيم LOD أقل11 ونطاق تركيز خطي أوسع مقارنة ب ICP-OES12. التقنيات الأخرى لتحديد التركيب الأولي هي مطياف الانبعاث البصري للبلازما المستحثبالميكروويف 13 والعديد من المتغيرات في مطيافية الامتصاص الذري (AAS) ، بما في ذلك مطيافية الامتصاص الذري باللهب ، ومطياف الامتصاص الذري الكهروحراري2 ، ومطياف الامتصاص الذري للبخار البارد ، ومطياف الامتصاص الذري لتوليد الهيدريد14. علاوة على ذلك ، فإن تحديد العناصر مع انخفاض LOD و LOQ ممكن بطرق التحليل الكهربائي المختلفة ، خاصة مع قياس الفولتاميتري التجريديالأنودي 15,16. بالطبع ، هناك طرق أخرى لتحديد التركيب الأولي للعينات ، لكنها لا تستخدم بشكل متكرر مثل الطرق المذكورة أعلاه.
يمكن تحديد العناصر المباشرة للعينات الصلبة باستخدام التحليل الطيفي للانهيار المستحث بالليزر ومضان الأشعة السينية17. ومع ذلك ، لتحديد العناصر باستخدام ICP-MS و ICP-OES و AAS ، من الضروري تحويل العينات الصلبة إلى حالة سائلة. لهذا الغرض ، يتم إجراء الهضم الحمضي باستخدام الأحماض والكواشف المساعدة (في معظم الحالات H2O2). يتم الهضم الحمضي عند درجة حرارة وضغط مرتفعين ، وتحويل الجزء العضوي من العينة إلى منتجات غازية وتحويل العناصر المعدنية إلى أملاح قابلة للذوبان في الماء ، وبالتالي إذابتها في المحلول18.
هناك نوعان رئيسيان من الهضم الحمضي ، هضم الأوعية المفتوحة وهضم الأوعية المغلقة. يعتبر هضم الأوعية المفتوحة فعالا من حيث التكلفة14 ولكن له قيود ، مثل درجة حرارة الهضم القصوى ، والتي تتزامن مع درجة حرارة غليان الأحماض عند الضغط الجوي. يمكن تسخين العينة على ألواح التسخين وكتل التدفئة والحمامات المائية وحمامات الرمال2 وأفران الميكروويف19. عن طريق تسخين العينة بهذه الطريقة ، يتم فقدان الكثير من الحرارة المتولدة إلى المناطق المحيطة20 ، مما يطيل وقت الهضم14. تشمل العيوب الأخرى لهضم الأوعية المفتوحة زيادة استهلاك المواد الكيميائية ، وزيادة احتمال التلوث من البيئة المحيطة ، واحتمال فقدان المواد التحليلية بسبب تكوين المكونات المتطايرة وتبخرها من خليط التفاعل21.
تعتبر أنظمة الأوعية المغلقة أكثر ملاءمة لهضم العينات العضوية وغير العضوية مقارنة بأنظمة الأوعية المفتوحة. تستخدم أنظمة الأوعية المغلقة مجموعة متنوعة من مصادر الطاقة لتسخين العينات ، مثل تسخين التوصيل وأفران الميكروويف22. تشمل طرق الهضم التي تستخدم الموجات الدقيقة الاحتراق الناجم عن الميكروويف23 ، وأنظمة غرفة التفاعل المفردة24 ، وهضم الحمض الرطب بمساعدة الميكروويف (MAWD) 25,26 شائعة الاستخدام. يسمح MAWD بالهضم في درجات حرارة تشغيل أعلى ، تتراوح بين 220 درجة مئوية و 260 درجة مئوية وضغوط قصوى تصل إلى 200 بار ، اعتمادا على ظروف عمل الجهاز27.
تعتمد كفاءة ومعدل MAWD على عدة عوامل ، بما في ذلك التركيب الكيميائي للعينات ، ودرجة الحرارة القصوى ، وتدرج درجة الحرارة ، والضغط في وعاء التفاعل ، وكمية الأحماض المضافة ، وتركيز الأحماض المستخدمة28. في MAWD ، يمكن تحقيق الهضم الحمضي الكامل في بضع دقائق بسبب ظروف التفاعل المرتفعة مقارنة بالهضم طويل الأمد في أنظمة الأوعية المفتوحة. مطلوب كميات وتركيزات أقل من الأحماض في MAWD ، وهو ما يتماشى مع المبادئ التوجيهية الحالية للكيمياء الخضراء29. في MAWD ، هناك حاجة إلى كمية أقل من العينة مقارنة بهضم الأوعية المفتوحة لإجراء الهضم الحمضي ، وعادة ما يكون ما يصل إلى 500 ملغ من العينة كافيا30،31،32. يمكن هضم كميات أكبر من العينات ، لكنها تتطلب كمية أكبر من المواد الكيميائية.
نظرا لأن أداة MAWD تتحكم تلقائيا في ظروف التفاعل ولا يتلامس الشخص مباشرة مع المواد الكيميائية أثناء التسخين ، فإن MAWD أكثر أمانا في التشغيل من هضم الأوعية المفتوحة. ومع ذلك ، يجب على الشخص دائما المضي قدما بحذر عند إضافة مواد كيميائية إلى أوعية التفاعل لمنعها من ملامسة الجسم والتسبب في ضرر. يجب أيضا فتح أوعية التفاعل ببطء لأن الضغط يتراكم داخلها أثناء الهضم الحمضي.
على الرغم من أن الهضم الحمضي هو تقنية مفيدة لإعداد العينات لتحديد العناصر ، إلا أن الشخص الذي يقوم بها يجب أن يكون على دراية بحدوده المحتملة. قد لا يكون الهضم الحمضي مناسبا لجميع العينات ، خاصة تلك التي تحتوي على مصفوفات معقدة وتلك التي تكون شديدة التفاعل أو يمكن أن تتفاعل بشكل متفجر. لذلك ، يجب دائما تقييم تكوين العينة لتحديد المواد الكيميائية المناسبة وظروف التفاعل للهضم الكامل الذي يذيب جميع العناصر المطلوبة في المحلول. المخاوف الأخرى التي يجب على المستخدم مراعاتها ومعالجتها هي الشوائب وفقدان التحليلات في كل خطوة من خطوات تحضير العينة. يجب دائما إجراء الهضم الحمضي وفقا لقواعد محددة أو باستخدام البروتوكولات.
يوفر البروتوكول الموضح أدناه تعليمات لتجانس عينات الطعام في خلاط بحجم المختبر ، وإجراء لتنظيف مكونات الخلاط ، ووزن العينة بشكل صحيح ، وإضافة مواد كيميائية ، وإجراء الهضم الحمضي بواسطة MAWD ، وتنظيف أوعية التفاعل بعد اكتمال الهضم ، وإعداد العينات لتحديد العناصر ، وإجراء تحديد كمي متعدد العناصر باستخدام ICP-MS. باتباع التعليمات الواردة أدناه ، يجب أن يكون المرء قادرا على إعداد عينة مناسبة لتحديد العناصر وإجراء قياسات العينات المهضومة.