Bestimmung von anorganischem Arsen in einer breiten Palette Essen Matrizen mit Metallhydrid-Generation - Atomic Absorption Spectrometry.
1. September 2017
Die Nützlichkeit einer analytischen Methode zu anorganisches Arsen in einer Vielzahl von Lebensmitteln Matrizen bestimmen wird demonstriert. Die Methode besteht darin, selektive Extraktion von anorganischem Arsen in Chloroform mit einer endgültigen Festlegung durch Hydrid Generation-Atomabsorptionsspektrometrie.
Das übergeordnete Ziel dieser analytischen Methodik besteht darin, anorganisches Arsen in einer Vielzahl von Lebensmittelproben mittels selektiver Extraktion und Detektion durch Hydrid-Generierung Atomabsorptionsspektroskopie zu bestimmen. Dies ist eine horizontale Methode, die die Bestimmung von anorganischem Arsen ermöglicht, der toxischsten Arsenspezies, die in Fruchtprodukten vorkommt. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die benötigte Instrumentierung nicht so teuer und anspruchsvoll ist wie bei HPLC-ICP-MS, und die Selektivität besser ist als bei direkter hydrierter Generierung mittels Atomabsorptionsspektroskopie. Die Demonstration dieses Verfahrens wird Dinoraz Velez durchführen, einer der Mitautoren dieser Arbeit und Forscher aus unserem Labor. Zunächst genau 0,5 bis 1 Gramm lyophilisierte Probe in einem 50-ml-Polypropylen-Zentrifugenröhrchen mit Schraubverschluss abwiegen. 4,1 ml deionisiertes Wasser hinzufügen. Die Probe anschließend etwa fünf Minuten lang mit einem mechanischen Schüttler schütteln, bis die Probe vollständig benetzt ist. 18,4 ml konzentrierte Salzsäure hinzufügen. 15 Minuten mit einem mechanischen Schüttler schütteln, danach die Probe 12 bis 15 Stunden ruhen lassen. Um die Extraktion durchzuführen, zunächst 2 ml Bromwasserstoffsäure und 1 ml Schwefelsäurelösung zur hydrolysierten Probe hinzufügen. Die Probe 30 Sekunden mit einem mechanischen Schüttler oder manuell schütteln. Danach 10 ml Chloroform hinzufügen. Nach fünfminütigem Schütteln mit einem mechanischen Schüttler fünf Minuten bei 800 × g zentrifugieren. Nach der Zentrifugation die Chloroformphase mit einer Pipette in ein anderes 50-ml-Polypropylen-Zentrifugenröhrchen überführen. Weitere 10 ml Chloroform zur verbleibenden sauren Phase hinzufügen und die Extraktion wiederholen. Nach der Extraktion sollten insgesamt etwa 20 ml Chloroform gesammelt worden sein. Dabei darauf achten, eine Kreuzkontamination durch die saure Phase zu vermeiden. Die vereinigten Chloroformphasen fünf Minuten bei 800 × g zentrifugieren. Alle verbleibenden Rückstände der sauren Phase aus dem Chloroform mit einer 1-ml-Pipette entfernen. Danach das Chloroform durch eine hydrophobe PTFE-Membran filtrieren, um verbleibende feste Partikel oder Rückstände der sauren Phase aus der Chloroformphase zu entfernen. Die Chloroformphase in einem 50-ml-Polypropylen-Zentrifugenröhrchen auffangen. Dieser Schritt ist entscheidend. Jede verbleibende saure Phase in der Chloroformphase führt zu überschätzten Ergebnissen für anorganisches Arsen, da alle anderen Arsenspezies der Probe in dieser sauren Phase enthalten sind. Um die Rückextraktion durchzuführen, 10 ml einmolarer Salzsäure zur Chloroformphase hinzufügen, die nach dem Filtrationsschritt gesammelt wurde, um anorganisches Arsen zurückzuextrahieren. Die Probe fünf Minuten mit einem mechanischen Schüttler schütteln. Die Probe fünf Minuten bei 800 × g zentrifugieren. Nach der Zentrifugation die saure Phase mit einer Pipette in ein 250-ml-Glaskolben zur Mineralisierung überführen. Die Rückextraktion wiederholen und die gesammelten HCl-Phasen vereinigen. 20 Gramm Magnesiumnitrat-Hexahydrat und zwei Gramm Magnesiumoxid in 100 ml deionisiertem Wasser suspendieren. Danach 2,5 ml dieser Suspension zum Glaskolben hinzufügen und die Suspension während des Hinzufügens unter Rühren geben, um eine Ausfällung zu vermeiden. Anschließend 10 ml konzentrierte Salpetersäure hinzufügen und in einem Sandbad bis zur Trockne eindampfen, wobei Spritzer vermieden werden müssen. Den Kolben mit einer Uhrglasplatte oder ähnlichem abdecken. Danach den Kolben in einen Muffelofen bei einer Anfangstemperatur stellen, die 150 °C nicht überschreitet.
Übersicht
Dieser Artikel stellt eine analytische Methode zur Bestimmung von anorganischem Arsen in verschiedenen Lebensmittelmatrizen vor. Die Methode nutzt eine selektive Extraktion in Chloroform, gefolgt von der Detektion mittels Hydridgenerierung-Atomabsorptionsspektrometrie.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Analytische Chemie
- Lebensmittelsicherheit
- Toxikologie
Hintergrund
- Anorganisches Arsen ist ein toxischer Kontaminant, der in Lebensmitteln vorkommt.
- Aktuelle Nachweismethoden können teuer und komplex sein.
- Ziel dieser Studie ist es, eine zugänglichere analytische Methode bereitzustellen.
- Die Hydrid-Generierung mit Atomabsorptionsspektrometrie bietet eine verbesserte Selektivität.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer kosteneffektiven Methode zum Nachweis von anorganischem Arsen.
- Nachweis der Wirksamkeit selektiver Extraktionsverfahren.
- Verbesserung der Genauigkeit von Arsen-Messungen in Lebensmittelproben.
Verwendete Methoden
- Wiegen und Vorbereiten von lyophilisierten Lebensmittelproben.
- Hydrolyse der Proben mit Salzsäure.
- Selektive Extraktion mittels Chloroform.
- Nachweis von anorganischem Arsen über die Hydrid-Generierung mit atomarer Absorptionsspektrometrie.
Hauptergebnisse
- Die Methode extrahiert erfolgreich anorganisches Arsen aus Lebensmittelmatrizes.
- Die Ergebnisse deuten auf eine verbesserte Selektivität im Vergleich zu herkömmlichen Methoden hin.
- Die Technik ist reproduzierbar und zuverlässig für verschiedene Lebensmitteltypen.
- Die Kostenanalyse zeigt, dass sie für routinemäßige Untersuchungen besser zugänglich ist.
Schlussfolgerungen
- Diese Methode bietet eine gangbare Alternative für den Nachweis von Arsen in Lebensmitteln.
- Sie vereint Kosteneffizienz und Wirksamkeit und eignet sich daher für eine breite Anwendung.
- Zukünftige Studien könnten ihren Anwendungsbereich auf andere Kontaminanten ausweiten.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Diese analytische Methode ermöglicht eine kostengünstige und selektive Detektion anorganischen Arsens in unterschiedlichen Lebensmittelmatrizes und unterstützt so die Risikobewertung bezüglich Lebensmittelsicherheit sowie die Charakterisierung von Kontaminanten. Durch die reproduzierbare Quantifizierung mit einer niedrigen Nachweisgrenze trägt sie zur Erzeugung zuverlässiger Expositionsdaten für die toxikologische Bewertung bei. Der Ansatz bietet eine praktische Alternative zu teurerer Instrumentierung und erleichtert die breitere Einführung in routinemäßigen Lebensmitteluntersuchungslabors.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung der Arsen-Speziation, um toxikologische Mechanismen in Studien zur Lebensmittelsicherheit zu klären.
- Operativer Wert: Unterstützt die Überprüfung von Hypothesen zur Bioverfügbarkeit anorganischen Arsens in unterschiedlichen Lebensmittelmatrizes.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die selektive Extraktion und Nachweisung anorganischen Arsens und verbessert dadurch die Spezifität des Assays für die Kontaminantenscreening.
- Operativer Wert: Liefert reproduzierbare quantitative Ergebnisse mit einer definierten Bestimmungsgrenze und ermöglicht so eine standardisierte Assay-Performance.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Erzeugt krankheitsrelevante Expositionsdaten durch die Quantifizierung anorganischen Arsens in Lebensmitteln und unterstützt damit die translationale Risikobewertung.
- Operationaler Wert: Gewährleistet Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung durch konsistente, laborübergreifende Leistungsfähigkeit.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode fügt sich in den Kontinuum der Lebensmittelsicherheitsanalytik ein und unterstützt Arbeitsabläufe zur Gefahrenidentifizierung, Expositionsbeurteilung und Risikokarakterisierung in der Toxikologie und Lebensmittelsicherheitsforschung.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt die mechanistische Entlastung von Risiken, indem eine genaue Quantifizierung der toxischen anorganischen Arsenverbindungen in komplexen Lebensmittelmatrizes ermöglicht wird.
- Screening: Verbessert die Bereitschaft von Testverfahren durch selektive Extraktion und reproduzierbare Detektion und verringert so falsch positive Ergebnisse durch andere Arsenverbindungen.
- Analytik: Ermöglicht quantitative Messungen mittels Hydrid-Generierung und Atomabsorptionsspektrometrie, wodurch ein Vergleich zwischen verschiedenen Laboratorien sowie eine Harmonisierung der Daten möglich ist.
- Translationale Forschung: Verbindet analytische Ergebnisse mit der präklinischen Kontinuität, indem konzentrationsbezogene Daten unter expositionsrelevanten Bedingungen für die toxikologische Modellierung bereitgestellt werden.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Stellt eine skalierbare, kosteneffiziente Plattform dar, die für den Einsatz an mehreren Lebensmittelprüfstandorten und in Eignungsprogrammen geeignet ist.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Verbessert die Vorhersagesicherheit bei Arsen-Speziesdaten und verringert mechanistische Unklarheiten bei Lebensmittelsicherheitsbewertungen.
- Operativer Wert: Bietet Standardisierung, Reproduzierbarkeit und geringe Infrastrukturansprüche im Vergleich zu gekoppelten Verfahren wie HPLC-ICP-MS.
- Strategischer Wert: Ermöglicht eine bessere risikobasierte Priorisierung von Maßnahmen zur Lebensmittelsicherheitsüberwachung durch zuverlässige Kontaminantenquantifizierung.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt risikoadjustierte Fortschrittsentscheidungen in Lebensmittelsicherheitsprogrammen, indem belastbare Expositionsdaten bereitgestellt werden.
Durchführungsüberlegungen
- Benötigt Fachkenntnisse in der Probenpräparation, selektiven Extraktion und Hydrid-Generierungstechniken.
- Benötigt grundlegende Instrumentierung, einschließlich eines Hydrid-Generierungssystems und eines Atomabsorptionsspektrometers.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise zwischen verschiedenen Arbeitsgruppen bei Extraktions- und Rückextraktionsprotokollen, um die Reproduzierbarkeit sicherzustellen.
- Erfordert Anpassungen an unterschiedliche Lebensmittelmatrizes aufgrund von Unterschieden im Proteingehalt und Lipidgehalt, die die Extraktionseffizienz beeinflussen.
- Praktische Einschränkungen umfassen die sorgfältige Phasentrennung, um eine Mitübertragung der sauren Phase zu vermeiden, die zu überschätzten Ergebnissen führen könnte.
