Préparation d’échantillons alimentaires par homogénéisation et digestion humide assistée par micro-ondes pour la détermination multi-éléments avec ICP-MS

Résumé

Le protocole présenté décrit l’homogénéisation des échantillons avec un mélangeur de laboratoire, la digestion acide d’échantillons alimentaires à l’aide d’un mélange de 68 % en poids de HNO₃ et de 30 % en poids de H₂O₂ par digestion acide humide assistée par micro-ondes, et la détermination multi-éléments réalisée par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif.

Résumé

La préparation des échantillons est cruciale pour la détermination élémentaire, et diverses techniques sont disponibles, dont l’une implique l’homogénéisation suivie d’une digestion acide. Une attention particulière est requise lors de la manipulation des échantillons au stade de la préparation afin d’éliminer ou de minimiser la contamination potentielle et la perte d’analytes. L’homogénéisation est un processus qui réduit simultanément la taille des particules et répartit uniformément les composants de l’échantillon. Après homogénéisation, l’échantillon subit une digestion acide, au cours de laquelle il est digéré avec des acides et des produits chimiques auxiliaires à des températures élevées, transformant les échantillons solides à l’état liquide. Dans ce processus, les métaux de l’échantillon d’origine réagissent avec les acides pour former des sels solubles dans l’eau. Les échantillons préparés par digestion acide conviennent à l’analyse élémentaire à l’aide de techniques telles que la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif, la spectroscopie d’émission optique à plasma à couplage inductif, la spectroscopie d’absorption atomique, les méthodes électrochimiques et d’autres techniques d’analyse. Ce travail détaille la préparation d’échantillons alimentaires pour la détermination multi-éléments à l’aide de la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif. La procédure étape par étape implique le processus d’homogénéisation à l’aide d’un mélangeur de taille laboratoire avec des pales en céramique, suivi d’une digestion acide dans des récipients fermés à l’aide d’une digestion acide humide assistée par micro-ondes. Un mélange de 5,0 mL de HNO₃ à 68 % en poids et de 1,0 mL de 30 % en poids de H₂O₂ sert de réactif auxiliaire. Ce guide explique les processus impliqués dans les deux étapes.

Introduction

L’analyse élémentaire est un processus analytique permettant de déterminer la composition élémentaire de divers échantillons. Il peut être utilisé pour contrôler l’absorption de métaux dans le corps humain (en particulier les métaux lourds¹) car leurs concentrations élevées peuvent causer des problèmes de santé indésirables. Les métaux lourds sont également l’un des principaux contaminants environnementaux, il est donc nécessaire de contrôler leur présence dans l’environnement². De plus, l’analyse élémentaire peut être utilisée pour déterminer l’origine géographique des produits alimentaires³ et pour contrôler la qualité des ressources alimentaires et hydriques⁴. En outre, il est utilisé pour la détermination des micronutriments et macronutriments dans les sols⁵ et pour mieux comprendre les processus géologiques à travers l’histoire en examinant la composition chimique des minéraux et des sédiments⁶. Des études ont également été menées pour déterminer la présence de métaux rares dans les déchets électriques et électroniques en vue d’une régénération ultérieure^{des métaux 7}, pour évaluer le succès des traitements médicamenteux⁸ et pour vérifier la composition élémentaire des implants métalliques⁹.

La spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) et la spectroscopie d’émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES) sont des techniques couramment utilisées pour l’analyse élémentaire de divers échantillons¹⁰. Ils permettent la détermination simultanée de plusieurs éléments avec des limites de détection (LOD) et des limites de quantification (LOQ) aussi basses que ng/L. En général, l’ICP-MS a des valeurs LOD¹¹ plus faibles et une plage de concentration linéaire plus large que l’ICP-OES¹². D’autres techniques pour déterminer la composition élémentaire sont la spectrométrie d’émission optique à plasma induit par micro-ondes¹³ et plusieurs variantes de spectroscopie d’absorption atomique (AAS), y compris la spectroscopie d’absorption atomique de flamme, la spectroscopie d’absorption atomique électrothermique², la spectroscopie d’absorption atomique de vapeur froide et la spectroscopie d’absorption atomique de génération d’hydrure¹⁴. De plus, la détermination élémentaire avec une faible LOD et LOQ est possible avec différentes méthodes électroanalytiques, en particulier avec la voltampérométrie de décapage anodique^15,16. Bien sûr, il existe d’autres méthodes pour déterminer la composition élémentaire des échantillons, mais elles ne sont pas aussi fréquemment utilisées que les méthodes mentionnées ci-dessus.

La détermination élémentaire directe des échantillons solides est possible à l’aide de la spectroscopie de claquage induite par laser et de la fluorescence X¹⁷. Cependant, pour la détermination élémentaire avec ICP-MS, ICP-OES et AAS, il est nécessaire de convertir les échantillons solides à l’état liquide. Pour cela, la digestion acide est réalisée à l’aide d’acides et de réactifs auxiliaires (dans la plupart des cas H₂O₂). La digestion acide est effectuée à température et pression élevées, convertissant la partie organique de l’échantillon en produits gazeux et convertissant les éléments métalliques en sels solubles dans l’eau, les dissolvant ainsi dans la solution¹⁸.

Il existe deux principaux types de digestion acide, la digestion à récipient ouvert et la digestion à récipient fermé. La digestion en récipient ouvert est rentable¹⁴ mais présente des limites, telles que la température maximale de digestion, qui coïncide avec la température d’ébullition des acides à pression atmosphérique. L’échantillon peut être chauffé sur des plaques chauffantes, des blocs chauffants, des bains-marie, des bains de sable² et par micro-ondes¹⁹. En chauffant l’échantillon de cette manière, une grande partie de la chaleur générée est perdue dans l’environnement²⁰, ce qui prolonge le temps de digestion¹⁴. D’autres inconvénients de la digestion en récipient ouvert incluent une plus grande consommation de produits chimiques, une plus grande possibilité de contamination par l’environnement environnant et une perte possible d’analytes due à la formation de composants volatils et à leur évaporation du mélange réactionnel²¹.

Les systèmes à récipients fermés sont plus pratiques pour la digestion d’échantillons organiques et inorganiques que les systèmes à récipients ouverts. Les systèmes à cuve fermée utilisent diverses sources d’énergie pour chauffer les échantillons, telles que le chauffage par conduction et les micro-ondes²². Les méthodes de digestion qui utilisent des micro-ondes comprennent la combustion induite par micro-ondes²³, les systèmes à chambre de réaction unique²⁴ et la digestion acide humide assistée par micro-ondes (MAWD) couramment ^{utilisée25,26}. MAWD permet la digestion à des températures de fonctionnement plus élevées, comprises entre 220 °C et 260 °C et des pressions maximales allant jusqu’à 200 bars, selon les conditions de fonctionnement de l’instrument²⁷.

L’efficacité et le taux de MAWD dépendent de plusieurs facteurs, notamment la composition chimique des échantillons, la température maximale, le gradient de température, la pression dans la cuve de réaction, la quantité d’acides ajoutés et la concentration d’acides utilisés²⁸. Dans le MAWD, la digestion acide complète peut être réalisée en quelques minutes en raison des conditions de réaction élevées par rapport aux digestions plus durables dans les systèmes à cuves ouvertes. Des volumes et des concentrations d’acides plus faibles sont nécessaires dans la MAWD, ce qui est conforme aux directives actuelles en matière de chimie verte²⁹. Dans le cas de la MAWD, une plus petite quantité d’échantillon par rapport à la digestion en vaisseau ouvert est nécessaire pour effectuer la digestion acide, généralement jusqu’à 500 mg d’échantillon suffisent 30,31,32. De plus grandes quantités d’échantillons peuvent être digérées, mais elles nécessitent une plus grande quantité de produits chimiques.

Étant donné que l’instrument de MAWD contrôle automatiquement les conditions de réaction et que la personne n’entre pas en contact direct avec les produits chimiques pendant le chauffage, la MAWD est plus sûre à utiliser que les digestions en récipient ouvert. Cependant, la personne doit toujours procéder avec prudence lorsqu’elle ajoute des produits chimiques dans les vaisseaux de réaction pour éviter qu’ils n’entrent en contact avec le corps et ne causent des dommages. Les récipients de réaction doivent également être ouverts lentement car la pression s’accumule à l’intérieur pendant la digestion acide.

Bien que la digestion acide soit une technique utile pour préparer les échantillons pour la détermination élémentaire, la personne qui l’effectue doit être consciente de ses limites possibles. La digestion acide peut ne pas convenir à tous les échantillons, en particulier ceux qui ont des matrices complexes et ceux qui sont très réactifs ou qui pourraient réagir de manière explosive. Par conséquent, la composition de l’échantillon doit toujours être évaluée pour sélectionner les produits chimiques et les conditions de réaction appropriés pour une digestion complète qui dissout tous les éléments souhaités dans la solution. D’autres préoccupations que l’utilisateur doit prendre en compte et traiter sont les impuretés et la perte d’analytes à chaque étape de la préparation de l’échantillon. La digestion acide doit toujours être effectuée selon des règles spécifiques ou à l’aide de protocoles.

Le protocole décrit ci-dessous fournit des instructions pour l’homogénéisation des échantillons d’aliments dans un mélangeur de laboratoire, une procédure pour nettoyer les composants du mélangeur, peser correctement l’échantillon, ajouter des produits chimiques, effectuer la digestion acide par MAWD, nettoyer les récipients de réaction une fois la digestion terminée, préparer les échantillons pour la détermination élémentaire et effectuer une détermination quantitative multi-éléments avec ICP-MS. En suivant les instructions données ci-dessous, on devrait être en mesure de préparer un échantillon adapté à la détermination élémentaire et d’effectuer les mesures des échantillons digérés.

Protocole

1. Homogénéisation des échantillons

1. À l’aide d’un couteau en céramique propre, coupez manuellement les échantillons d’aliments (brocoli, champignons, saucisses et nouilles) en petits morceaux pour accélérer le processus de séchage. Préparez suffisamment d’échantillons pour un minimum de 6 répétitions de la digestion acide (assurez-vous que la masse minimale des échantillons séchés est de 1500 mg).
   REMARQUE : L’augmentation de la surface de l’échantillon expose une plus grande partie de l’échantillon à l’air ambiant chauffé, ce qui augmente le taux d’évaporation de l’eau.
2. Placer l’échantillon dans un bécher en verre de 250 mL et le sécher à 105 °C à un poids constant à l’aide d’un sécheur.
3. Retirez le bécher en verre avec l’échantillon du sécheur et insérez-le dans le dessiccateur.
4. Laissez l’échantillon refroidir à température ambiante.
   REMARQUE : Les échantillons doivent être pesés à une température constante pour s’assurer que le poids reflète fidèlement la masse. Les variations de température peuvent affecter le volume et la densité des échantillons mesurés.
5. Ouvrez le dessiccateur et transférez le bécher en verre avec l’échantillon sur la balance analytique. Mesurez le poids du bécher en verre avec l’échantillon.
6. Une fois la pesée terminée, remettez l’échantillon dans le sécheur.
   REMARQUE : Si l’échantillon a rétréci de manière significative pendant le séchage, on peut le transférer dans un bécher en verre plus petit à l’aide d’une spatule en plastique pour une pesée plus pratique.
7. Répéter le processus décrit aux étapes 1.3 à 1.6 jusqu’à ce que le poids de l’échantillon soit constant.
8. Placer l’échantillon hétérogène séché dans le bécher du mélangeur (voir le tableau des matériaux), en veillant à ce qu’il ne dépasse pas le volume maximum du bécher mélangeur.
9. Insérez le bécher du mélangeur dans le mélangeur et fermez la porte de protection (Figure 1).
10. Appuyez sur le bouton de démarrage pour activer les lames pour le broyage et le mélange de l’échantillon.
11. Effectuez le broyage jusqu’à ce que l’échantillon se transforme en une poudre fine ou en une pâte homogène. Pour obtenir un tel produit, répétez le processus de broyage plusieurs fois.
12. Lorsque l’échantillon est homogénéisé, éteignez le mélangeur, ouvrez la porte de protection et retirez le bécher du mélangeur.
13. Retirer l’échantillon homogénéisé du bécher du mélangeur et le transférer dans un bécher en verre propre de 50 ml à l’aide d’une spatule en plastique propre (figure 2).
    REMARQUE : Si l’échantillon est trop dur et risque d’endommager les composants du mélangeur, tels que les lames et le bécher du mélangeur, il peut être homogénéisé par d’autres moyens, comme l’écraser dans des mortiers. Les mélangeurs ne conviennent généralement pas à l’homogénéisation de matériaux durs, d’échantillons congelés ou d’échantillons facilement inflammables, ce qui pourrait endommager les composants du mélangeur. L’utilisation de solvants organiques dans le mélangeur est déconseillée.
    ATTENTION : Utilisez un équipement de sécurité et assurez-vous que la porte du mélangeur est correctement fermée car les lames du mélangeur tournent à grande vitesse.

2. Nettoyage du mélangeur

1. Ajoutez de l’eau ultrapure (voir tableau des matériaux) à la marque du bécher du mélangeur vide.
2. Insérez le bécher du mélangeur dans le mélangeur et effectuez la procédure de mélange standard.
3. Sortez le bécher du mélangeur et versez les eaux usées. Si nécessaire, répétez le processus avec de l’eau ultra-pure plusieurs fois jusqu’à ce que l’eau reste propre même après le mélange.
4. Retirez les lames et le diaphragme contaminés du mélangeur et nettoyez-les soigneusement avec de l’eau ultra-pure.
   REMARQUE : Utilisez des détergents neutres pour améliorer l’efficacité du nettoyage, en particulier lorsqu’il s’agit d’échantillons à forte teneur en matières grasses, car la graisse adhère facilement à la surface de l’inventaire du laboratoire.
   ATTENTION : Portez un équipement de protection approprié, tel que des gants, lorsque vous retirez et nettoyez les lames afin de réduire le risque de blessures potentielles dues à leurs bords tranchants.
5. Séchez les composants nettoyés dans le sécheur à 105 °C et réinsérez-les dans le mélangeur.
   REMARQUE : Assurez-vous que les composants du mélangeur sont complètement secs avant de les réinstaller dans le mélangeur, afin d’éviter que l’eau ne soit transférée à l’échantillon suivant.

3. Pesée de l’échantillon

1. Retirez le couvercle du couvercle de la cuve de réaction TFM-PTFE de 100 mL de trifluorométhoxyl-polytétrafluoroéthylène³³.
2. Placer la cuve de réaction ouverte sur la balance analytique et s’assurer que la balance est mise à niveau et remise à zéro avant chaque mesure (Figure 3).
   REMARQUE : La pesée doit être effectuée à température ambiante. Évitez les zones où de fortes fluctuations de température et de débit d’air pourraient affecter le poids mesuré. Assurez-vous que la zone de pesée est propre et exempte de tout contaminant.
3. Transvaser l’échantillon homogénéisé dans le récipient de réaction à l’aide d’une spatule en plastique et peser 250 mg de l’échantillon. Ne pesez pas l’échantillon en dessous de la limite de poids minimale de la balance d’analyse.
4. Une fois la pesée terminée, placez le couvercle sur le récipient de réaction pour protéger l’échantillon de la contamination.
   REMARQUE : Le dépassement de la limite de poids de la procédure de digestion peut entraîner une digestion incomplète. Manipulez les récipients d’échantillon et de réaction avec précaution pour éviter toute contamination externe.

4. Ajout d’acide

1. Verser environ 40,0 mL de HNO₃ à 68 % en poids et 5,0 mL de 30 % en poids_{de H 2}O₂ dans des béchers en verre séparés de 50 mL, respectivement.
   REMARQUE : Les produits chimiques doivent être de haute pureté avec des impuretés de métaux traces inférieures à 1,0 μg/L (ppb), idéalement dans la gamme ng/L (ppt). Les impuretés de métaux traces affectent la précision et la répétabilité de la détermination élémentaire.
2. Placer les récipients de réaction dans une hotte, ouvrir les couvercles et ajouter les volumes mentionnés ci-dessous de 68 % en poids de HNO₃ et 30 % en poids_{de H 2}O₂ avec des pipettes automatiques de 1 mL ou 5 mL, selon les spécifications suivantes :
   1. Brocoli, champignons, saucisses et nouilles ; pour 250 mg d’échantillon, ajouter 5,0 mL 68 % en poids de HNO₃ et 1,0 mL 30 % en poids de H₂O₂. Préparez trois répétitions pour chaque échantillon.
   2. Pour déterminer la précision de la méthode (en termes de récupération, de réc., d’enregistrement), utiliser la procédure décrite à l’étape 4.2.1 et ajouter 37,5 μL de solution étalon multi-éléments ICP à 100 mg/L (voir le tableau des matériaux) dans les récipients de réaction à l’aide d’une pipette automatique de 200 μL. Pour chaque échantillon, préparez trois répétitions.
      NOTA : Le volume de 37,5 μL a été choisi car il correspond à une augmentation de 15,0 μg/L pour les solutions enrichies des échantillons par rapport à la concentration dans les solutions non enrichies des échantillons. De plus, l’augmentation de la concentration pour la solution enrichie des échantillons correspond à la concentration finale qui se situe toujours dans la plage de concentration linéaire pour chaque analyte mesuré.
   3. Préparer un blanc d’échantillon en utilisant le même volume de 68 % en poids de HNO₃ et de 30 % en poids de H₂O₂ que celui utilisé pour la digestion des échantillons d’aliments à l’étape 4.2.1. Pour un échantillon blanc, ne pas ajouter l’échantillon dans les récipients de réaction.
      ATTENTION : HNO₃ utilisé pour la digestion est corrosif et produit des fumées. Pour cette raison, l’ajout d’acide doit être effectué dans une hotte. Un équipement de protection de laboratoire standard doit être utilisé (gants, lunettes de sécurité et blouse de laboratoire). En cas de contact avec de l’acide, la zone touchée doit être immédiatement rincée sous le jet d’eau froide et une aide médicale doit être recherchée.
3. Placez le couvercle sur les récipients de réaction et laissez les échantillons réagir avec les 68 % en poids HNO₃ et 30 % en poids de H₂O₂ ajoutés pendant 2 à 3 min.
4. Vissez le couvercle fileté sur le récipient et serrez les couvercles du couvercle.
5. Secouez le récipient de réaction en effectuant de légers mouvements de la main pour incorporer complètement les échantillons dans les produits chimiques.
   REMARQUE : Ne laissez pas les échantillons sur les parois ou les couvercles des récipients de réaction, car il est possible qu’ils ne soient pas complètement digérés.

5. Digestion acide humide assistée par micro-ondes

1. Allumez le système à micro-ondes (voir Tableau des matières) pour la digestion acide en appuyant sur le bouton de démarrage (Figure 4).
2. Ouvrez la porte du four à micro-ondes et retirez la grille.
3. Répartissez les récipients de réaction fermés symétriquement dans le rack pour assurer une irradiation uniforme des échantillons par micro-ondes.
4. Insérez la grille dans la chambre à micro-ondes et montez-la sur un support (Figure 5).
5. Fermez la porte du four à micro-ondes.
6. Réglez un programme de digestion approprié sur l’écran tactile du four à micro-ondes à l’aide d’un outil en forme de stylo. Choisissez un gradient de température approprié, la température finale et le nombre d’échantillons à digérer. Le programme de digestion recommandé pour différents échantillons d’aliments est indiqué ci-dessous :
   1. Brocoli, champignons, saucisses et nouilles : 10 min d’augmentation à 160 °C, 10 min d’augmentation à 200 °C, 15 min à 200 °C, puissance maximale 900 W.
7. Démarrez le programme de digestion et surveillez le changement des conditions de réaction à l’écran. Arrêtez le processus de digestion si la température n’augmente pas selon le programme prescrit.
   REMARQUE : Pendant la digestion, des pics de température soudains peuvent être observés sur l’écran du four à micro-ondes. Ils se produisent lorsque les échantillons réagissent de manière exothermique avec les produits chimiques. Le système à micro-ondes régulera automatiquement la température en ajustant la puissance de sortie.
8. Attendez que la digestion assistée par micro-ondes soit terminée et que la température de l’échantillon diminue.
9. Ouvrez la porte du four à micro-ondes et retirez la grille de la chambre du four à micro-ondes. Fermez la porte et éteignez l’instrument.
10. Retirez les récipients de réaction du rack et attendez qu’ils refroidissent à température ambiante.
11. Ouvrez lentement les couvercles manuellement pour libérer les gaz formés lors de la digestion acide. Tournez les cuves de réaction dans le sens de la hotte (Figure 6).
12. Retirez complètement le couvercle et rincez le couvercle et les parois du récipient de réaction avec une petite quantité d’eau ultrapure.
13. Transvaser quantitativement le contenu du récipient de réaction dans un ballon jaugé en verre propre de 25 mL à travers un entonnoir en verre en rinçant à plusieurs reprises le couvercle et le récipient de réaction avec de l’eau ultrapure.
14. Diluer l’échantillon avec de l’eau ultrapure jusqu’au repère de la fiole jaugée. Fermer la fiole jaugée à l’aide d’un bouchon et mélanger le contenu de la fiole jaugée.
    REMARQUE : Une dilution supplémentaire des échantillons digérés avec de l’eau ultrapure doit être effectuée, car ils doivent contenir moins de 5 % (V/V) d’acide résiduel³⁴ et moins de 2 g/L d’éléments dissous, également appelés solides dissous totaux³⁵.
15. Prenez une seringue en plastique de 20 ml et connectez-la à un filtre de seringue en polyamide (25 mm de diamètre, taille des pores de 0,20 μm). Remplissez la seringue en plastique avec l’échantillon dilué et filtrez son contenu dans un tube à centrifuger en plastique de 50 mL en appliquant une pression. Utilisez une nouvelle seringue en plastique et un filtre pour chaque échantillon afin d’éviter toute contamination croisée.
    REMARQUE : Les échantillons doivent être filtrés pour éliminer les matières insolubles ou les particules solides qui pourraient rester non digérées après la MAWD. Ces particules peuvent interférer avec les mesures de détermination élémentaire en obstruant les composants de l’instrument. Lorsque vous filtrez les échantillons, assurez-vous de jeter les deux premières gouttes. Utilisez des filtres hydrophiles (en polyamide) pour les solutions aqueuses. Les filtres hydrophobes (PTFE) ne sont pas adaptés à la filtration de solutions aqueuses car ils nécessitent une pression appliquée plus élevée, ce qui pourrait entraîner une rupture de la membrane³⁶.
16. Fermez le tube à centrifuger en plastique de 50 ml avec un bouchon à vis et mettez l’échantillon au réfrigérateur jusqu’aux mesures.
    REMARQUE : Les échantillons digérés sont conservés au réfrigérateur à des températures plus basses pour les conserver et prolonger leur durée de conservation.

6. Nettoyage de la cuve de réaction

1. Après le transfert des échantillons digérés dans des fioles jaugées de 50 mL, ajouter 5,0 mL de HNO₃ à 68 % en poids et 5,0 mL d’eau ultrapure avec des pipettes automatiques de 5 mL dans les récipients de réaction.
2. Fermez les récipients de réaction avec les couvercles et insérez-les dans le rack. Transférer la grille dans la chambre du four à micro-ondes.
3. Appliquez le programme micro-ondes suivant : 15 min d’augmentation à 160 °C, 10 min d’augmentation à 180 °C, puissance maximale 900 W.
4. Surveillez les conditions de réaction pendant le chauffage. Une fois le chauffage terminé, laissez refroidir les récipients de réaction.
5. Ouvrez le four à micro-ondes, retirez les récipients de réaction de la grille et ouvrez-les lentement dans la hotte.
6. Jetez le contenu des récipients de réaction dans des conteneurs à déchets plastiques.
7. Rincez les récipients de réaction avec de l’eau ultrapure pour éliminer tout excès de matériau ou de produits chimiques.
8. Sécher les cuves de réaction dans le sécheur à 105 °C avant la prochaine utilisation.
   REMARQUE : La même procédure micro-ondes (temps, puissance, gradient de température et volume de produits chimiques) utilisée pour la digestion acide des échantillons peut être utilisée pour nettoyer les récipients de réaction. Alternativement, les récipients de réaction peuvent être nettoyés sans le système à micro-ondes en les immergeant dans du HNO₃ ou du HCl concentré pendant plusieurs heures et en les rinçant à l’eau ultrapure.

7. Détermination multi-éléments avec ICP-MS

1. Sortez du réfrigérateur les tubes à centrifuger en plastique de 50 ml contenant les échantillons digérés et laissez-les se réchauffer à température ambiante.
2. Diluer les échantillons d’un facteur 10 pour diminuer la concentration d’acide dans l’échantillon digéré et diminuer la concentration du composant de la matrice de l’échantillon. À l’aide d’une pipette automatique, transvaser 2,50 mL de l’échantillon dans une fiole jaugée en verre de 25 mL, puis la remplir jusqu’au trait de jauge avec de l’eau ultrapure.
3. Transférez les échantillons dilués dans les tubes en plastique de 15 mL et placez-les dans les positions appropriées dans l’échantillonneur automatique.
4. Préparez l’instrument ICP-MS (voir Tableau des matériaux) pour les mesures :
   1. Allumez la ventilation et le refroidisseur qui alimente l’ICP-MS en eau de refroidissement et refroidit ses composants.
   2. Utilisez le logiciel compatible pour vous assurer que la solution de rinçage (1 % en poids HNO₃) s’écoule en continu de l’échantillonneur automatique vers l’ICP-MS sans pulsation.
   3. Ouvrez les bouteilles de gaz Ar (pureté 99,999 %) et He (pureté 99,999 %) pour alimenter l’ICP-MS avec les deux gaz. Vérifiez le débit de gaz dans le logiciel et ajustez-le si nécessaire.
      NOTA : Utiliser la cellule de collision avec le gaz He lorsque des interférences spectrales sont attendues en raison de la formation d’ions polyatomiques (par exemple, ⁴⁰Ar¹⁶O⁺ interférant avec ⁵⁶Fe⁺)³⁷.
   4. Démarrez le plasma et calibrez l’instrument à l’aide de la solution d’accordage (voir Tableau des matériaux).
   5. Une fois l’instrument étalonné (position de la torche, tension de gain, tension de l’objectif, masse/résolution, étalonnage impulsion/analogique (P/A), étalonnage de la base de données (DB) et validation), sélectionnez la méthode de mesure souhaitée et effectuez les mesures.
5. Lorsque vous travaillez avec des échantillons inconnus, effectuez une détermination semi-quantitative pour obtenir des informations sur les éléments présents dans l’échantillon et leur concentration approximative.
   REMARQUE : Il est conseillé de diluer en plus les échantillons pour la détermination semi-quantitative car les détecteurs ont une limite de concentration d’éléments qu’ils peuvent détecter à la fois. Des concentrations d’échantillons plus faibles peuvent prolonger la durée de vie des composants de l’instrument.
6. Après avoir obtenu les données sur les concentrations approximatives des éléments dans les échantillons, créez une méthode de détermination quantitative des éléments dans le logiciel. Sélectionnez les conditions de fonctionnement de l’ICP-MS (Tableau 1) et sélectionnez les éléments souhaités (dans le cas présent, Cu, Fe, Mn et Zn). Déterminer le nombre et les concentrations de solutions de l’étalon nécessaires pour créer une courbe d’étalonnage (parfois appelée courbe analytique ou courbe de travail) (tableau 1).
   REMARQUE : Préparez au moins six concentrations différentes comme points d’étalonnage pour la courbe d’étalonnage.
7. Préparer des solutions d’étalon pour la courbe d’étalonnage. À l’aide de pipettes automatiques, pipeter le volume requis de solutions étalons multi-éléments de 100 mg/L dans des fioles jaugées en verre de 25 mL, afin de préparer des solutions d’étalons aux concentrations suivantes : 1,0 μg/L, 2,5 μg/L, 5,0 μg/L, 10,0 μg/L, 20,0 μg/L, 30,0 μg/L, 40,0 μg/L et 50,0 μg/L. Remplir les flacons jusqu’à la marque avec 1 % en poids de HNO₃. De plus, préparez un blanc d’étalonnage en utilisant la solution HNO₃ à 1 % en poids.
8. Transvasez les solutions préparées d’étalon et d’échantillons dans les tubes en plastique de 15 mL, placez-les dans l’échantillonneur automatique et démarrez l’instrument en suivant la procédure décrite à l’étape 7.4.
9. Effectuer la mesure quantitative des éléments sélectionnés en utilisant la méthodologie de la courbe d’étalonnage.
10. Une fois les mesures terminées, éteignez le plasma, fermez les alimentations en gaz Ar et He, éteignez le refroidisseur ICP-MS et éteignez le système de ventilation.

Résultats

Homogénéisation
Tous les échantillons ont été séchés en masse constante avec le séchoir de laboratoire pour éliminer toute humidité. Le transfert de l’échantillon dans un dessiccateur lui a permis de refroidir à température ambiante sans retenir l’humidité de l’environnement environnant. Les échantillons d’aliments ont ensuite été homogénéisés à l’aide du mélangeur de laboratoire pour obtenir une poudre fine. Les particules homogénéisées résultantes étaient de taille uniforme et uniformément réparties...

Discussion

Homogénéisation
Pour garantir des résultats reproductibles dans la détermination élémentaire, il est nécessaire d’homogénéiser les échantillons avant la digestion acide en raison de leur structure et de leur composition complexes et non homogènes. L’homogénéisation vise à éliminer l’hétérogénéité constitutionnelle et distributive. Le mélange de l’échantillon minimise l’hétérogénéité de distribution en redistribuant uniformément les composants dans l’échantillon. De même, en ramenant la taille des part...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Gaz Ar	Messer	7440-37-1	Gaz Ar 5.0 (pureté 99,999 %).
Système d’échantillonneur automatique AS-10	Échantillonneur automatique Shimadzu		connecté à l’ICP-MS, contenant 68 ports pour les échantillons.
Pipettes automatiques	Sartorius		200 µ ; Pipettes automatiques de L, 1 mL et 5 mL.
Balance XSE104	Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA		Balance analytique d’une masse pesée maximale de 120 g.
Couteau			Couteau en céramique utilisé pour couper des échantillons d’aliments frais.
Dessicateur			verre avec des morceaux de gel de silice.
ETHOS LEAN	Milestone, Sorisole, Italie		Système à micro-ondes pour la digestion acide par voie humide dans des récipients fermés de 100 mL en TFM-PTFE.
Hotte			de laboratoire avec débit d’air réglable.
Béchers en verre RASOTHERM	CarlRoth GmbH + Co.KG		50 mL, 250 mL Béchers en verre
Entonnoirs			Petits entonnoirs en verre s’insérant dans le col des flacons jaugés.
Gaz He	Messer	7440-59-7	Gaz He 5.0 (pureté 99.999 %).
Peroxyde d’hydrogène	ThermoFisher Scientific	7722-84-1	Peroxyde de hxdrogène 100 volumes 30 % en poids. Qualité réactif de laboratoire.
Solution étalon multi-éléments ICP VIII	Supelco	109492	100 mg/L Solution étalon multi-éléments ICP contenant 24 éléments (Al, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Se, Sr, Te, Tl, Zn) dans de l’acide nitrique dilué à 2 %.
ICPMS 2030	Shimadzu		Système de spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif pour l’analyse multi-éléments d’échantillons digérés.
ICP-MS Tuning Solution A	CarlRoth GmbH + Co.KG		solution de réglage de 250 mL contenant 6 éléments (Be, Bi, Ce, Co, In, Mn) dans 1 % d’acide nitrique.
KIMTECH Gants en nitrile violet	Kimberly-Clark GmbH		Gants jetables en nitrile violet (S, M ou L).
Blouse de laboratoire	Tout fournisseur		/
Mélangeur B-400	BÜ ; CHI Labortechnik AG, Flawil, Suisse		Mélangeur de laboratoire avec pales en céramique.
Acide nitrique	ThermoFisher Scientific	7697-37-2	Acide nitrique, grade d’analyse de traces, 68 % en poids %, densité 1,42, Primar Plus, pour l’analyse des métaux traces.
Tubes à centrifuger en plastique	Isolab		50 mL Tubes à centrifuger en plastique avec bouchons à vis, à usage unique.
Seringues en plastique Injekt	B. Braun		2 pice, seringues à usage unique de 20 mL.
Tubes en plastique pour passeur d’échantillons	Shimadzu	046-00147-04	Tubes en plastique pour passeur d’échantillons, capacité de 15 ml, diamètre de 16 mm, longueur de 100 mm.
Conteneurs			plastique pour l’élimination des produits chimiques après le nettoyage des récipients de réaction.
Lunettes de protection	/
, saucisses, nouilles, courgettes, champignons)			Échantillons frais, qui ont été séchés à un poids constant et homogénéisés au cours de la procédure. Les échantillons ont été achetés dans un magasin local.
Spatule Spatule			en plastique.
Stérilisateur Instrumentaria ST 01/02	Sécheur Instrumentaria		à température réglable.
Filtres à seringue	CHROMAFIL Xtra	729212	Filtres à seringue avec boîtier en polypropylène et membrane hydrophile en polyamide. Diamètre de la membrane 25 mm, taille des pores de la membrane 0,2 & micro ;m.
Eau ultrapure	ELGA Labwater, Veolia Water Technologies.		Eau ultra-pure avec une résistivité de 18,2 M&Omega ; cm, obtenu avec un système de purification de l’eau de laboratoire.
Fioles			en verre de 25 mL.