Bereiding van voedselmonsters met behulp van homogenisatie en microgolfondersteunde natte zuurvertering voor bepaling van meerdere elementen met ICP-MS

Samenvatting

Het gepresenteerde protocol beschrijft monsterhomogenisatie met een laboratoriummixer, zuurvertering van voedselmonsters met behulp van een mengsel van 68 gew.% HNO₃ en 30 gew.%_H2O₂ via microgolfondersteunde natte zuurvergisting, en bepaling van meerdere elementen uitgevoerd met inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie.

Samenvatting

Monstervoorbereiding is cruciaal voor elementaire bepaling en er zijn verschillende technieken beschikbaar, waaronder homogenisatie gevolgd door zure vergisting. Speciale zorg is vereist tijdens de monsterbehandeling in de voorbereidingsfase om mogelijke verontreiniging en analytverlies te elimineren of te minimaliseren. Homogenisatie is een proces dat tegelijkertijd de deeltjesgrootte verkleint en de monstercomponenten gelijkmatig verdeelt. Na homogenisatie ondergaat het monster zure vergisting, waarbij het wordt verteerd met zuren en hulpchemicaliën bij verhoogde temperaturen, waardoor vaste monsters in een vloeibare toestand worden omgezet. In dit proces reageren metalen in het oorspronkelijke monster met zuren om in water oplosbare zouten te vormen. Monsters die door zure destructie zijn bereid, zijn geschikt voor elementaire analyse met behulp van technieken zoals inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie, inductief gekoppelde plasma optische emissiespectroscopie, atoomabsorptiespectroscopie, elektrochemische methoden en andere analytische technieken. Dit werk beschrijft de voorbereiding van voedselmonsters voor bepaling van meerdere elementen met behulp van inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie. De stapsgewijze procedure omvat het homogenisatieproces met behulp van een mixer ter grootte van een laboratorium met keramische messen, gevolgd door zuurvergisting in gesloten vaten met behulp van microgolfondersteunde natte zuurvergisting. Een mengsel van 5,0 ml 68 gew.% HNO₃ en 1,0 ml 30 gew.%_H2O2 dient als hulpreagens. Deze gids geeft uitleg over de processen die in beide fasen betrokken zijn.

Inleiding

Elementaire analyse is een analytisch proces voor het bepalen van de elementaire samenstelling van verschillende monsters. Het kan worden gebruikt om de opname van metalen in het menselijk lichaam (vooral zware metalen¹) te beheersen, omdat hun hoge concentraties ongewenste gezondheidsproblemen kunnen veroorzaken. Zware metalen zijn ook een van de belangrijkste milieuverontreinigende stoffen, daarom is controle van hun aanwezigheid in het milieu noodzakelijk². Bovendien kan elementaire analyse worden gebruikt om de geografische oorsprong van voedingsproducten te bepalen³ en om de kwaliteit van voedsel- en watervoorraden te controleren⁴. Daarnaast wordt het gebruikt voor de bepaling van micro- en macronutriënten in bodems⁵ en om inzicht te krijgen in geologische processen door de geschiedenis heen door de chemische samenstelling van mineralen en sedimenten te onderzoeken⁶. Er zijn ook studies uitgevoerd om de aanwezigheid van zeldzame metalen in elektrisch en elektronisch afval te bepalen voor verdere metaalregeneratie⁷, om het succes van medicamenteuze behandelingen te evalueren⁸ en om de elementaire samenstelling van metalen implantaten te verifiëren⁹.

Inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie (ICP-MS) en inductief gekoppelde plasma optische emissiespectroscopie (ICP-OES) zijn veelgebruikte technieken voor de elementaire analyse van verschillende monsters¹⁰. Ze maken gelijktijdige bepaling van meerdere elementen mogelijk met detectielimieten (LOD) en kwantificeringslimieten (LOQ) zo laag als ng/L. Over het algemeen heeft ICP-MS lagere LOD-waarden¹¹ en een breder lineair concentratiebereik in vergelijking met ICP-OES¹². Andere technieken om de elementaire samenstelling te bepalen zijn microgolf-geïnduceerde plasma optische emissiespectrometrie¹³ en verschillende varianten van atoomabsorptiespectroscopie (AAS), waaronder vlam-atoomabsorptiespectroscopie, elektrothermische atoomabsorptiespectroscopie², koude damp atoomabsorptiespectroscopie en hydridegeneratie atoomabsorptiespectroscopie¹⁴. Bovendien is elementaire bepaling met lage LOD en LOQ mogelijk met verschillende elektroanalytische methoden, vooral met anodische stripvoltammetrie^15,16. Natuurlijk zijn er andere methoden om de elementaire samenstelling van monsters te bepalen, maar deze worden niet zo vaak gebruikt als de bovengenoemde methoden.

Directe elementaire bepaling van vaste monsters is mogelijk met behulp van lasergeïnduceerde afbraakspectroscopie en röntgenfluorescentie¹⁷. Voor elementaire bepaling met ICP-MS, ICP-OES en AAS is het echter noodzakelijk om vaste monsters om te zetten in een vloeibare toestand. Voor dit doel wordt zure vertering uitgevoerd met behulp van zuren en hulpreagentia (in de meeste gevallen H₂O₂). Zure vergisting wordt uitgevoerd bij verhoogde temperatuur en druk, waarbij het organische deel van het monster wordt omgezet in gasvormige producten en de metalen elementen worden omgezet in in water oplosbare zouten, waardoor ze in de oplossing worden opgelost¹⁸.

Er zijn twee hoofdtypen zure vergisting, vertering van open vaten en vertering van gesloten vaten. Vergisting in open vaten is kosteneffectief¹⁴ maar heeft beperkingen, zoals de maximale verteringstemperatuur, die samenvalt met de kooktemperatuur van zuren bij atmosferische druk. Het monster kan worden verwarmd op kookplaten, verwarmingsblokken, waterbaden, zandbaden² en door magnetrons¹⁹. Door het monster op die manier te verhitten, gaat veel van de opgewekte warmte verloren aan de omgeving²⁰, waardoor de verteringstijd wordt verlengd¹⁴. Andere nadelen van de vertering van open vaten zijn onder meer een groter verbruik van chemicaliën, de grotere kans op besmetting vanuit de omgeving en mogelijk verlies van analyten als gevolg van de vorming van vluchtige componenten en hun verdamping uit het reactiemengsel²¹.

Gesloten vatsystemen zijn handiger voor de vertering van organische en anorganische monsters in vergelijking met open vatsystemen. Gesloten vatsystemen maken gebruik van een verscheidenheid aan energiebronnen om de monsters te verwarmen, zoals conductieverwarming en microgolven²². Verteringsmethoden waarbij microgolven worden gebruikt, zijn onder meer microgolf-geïnduceerde verbranding²³, enkelvoudige reactiekamersystemen²⁴ en veelgebruikte microgolf-geassisteerde natte zure vergisting (MAWD)^25,26. MAWD maakt vergisting mogelijk bij hogere bedrijfstemperaturen, variërend tussen 220 °C en 260 °C en maximale drukken tot 200 bar, afhankelijk van de werkomstandigheden van het instrument²⁷.

De efficiëntie en snelheid van MAWD zijn afhankelijk van verschillende factoren, waaronder de chemische samenstelling van de monsters, de maximale temperatuur, de temperatuurgradiënt, de druk in het reactievat, de hoeveelheid toegevoegde zuren en de concentratie van gebruikte zuren²⁸. Bij MAWD kan volledige zure vertering in enkele minuten worden bereikt vanwege de verhoogde reactieomstandigheden in vergelijking met langdurigere vergistingen in open vatsystemen. Lagere volumes en concentraties zuren zijn vereist in MAWD, wat in overeenstemming is met de huidige richtlijnen voor groene chemie²⁹. Bij MAWD is een kleinere hoeveelheid monster nodig in vergelijking met vertering van open vaten om zure vertering uit te voeren, meestal is maximaal 500 mg monster voldoende 30,31,32. Grotere monsterhoeveelheden kunnen worden verteerd, maar er is een grotere hoeveelheid chemicaliën voor nodig.

Aangezien het instrument voor MAWD automatisch de reactieomstandigheden regelt en de persoon tijdens het verwarmen niet in direct contact komt met de chemicaliën, is MAWD veiliger te bedienen dan open vatvergistingen. De persoon moet echter altijd voorzichtig te werk gaan bij het toevoegen van chemicaliën aan de reactievaten om te voorkomen dat ze in contact komen met het lichaam en schade aanrichten. Reactievaten moeten ook langzaam worden geopend, omdat de druk erin wordt opgebouwd tijdens de zure vertering.

Hoewel zure vertering een nuttige techniek is voor het voorbereiden van monsters voor elementaire bepaling, moet de persoon die het uitvoert zich bewust zijn van de mogelijke beperkingen ervan. Zure vertering is mogelijk niet geschikt voor alle monsters, vooral die met complexe matrices en die met zeer reactieve of explosieve reacties. Daarom moet de samenstelling van het monster altijd worden geëvalueerd om de juiste chemicaliën en reactieomstandigheden te selecteren voor een volledige vertering die alle gewenste elementen in de oplossing oplost. Andere zorgen waarmee de gebruiker rekening moet houden en die hij moet aanpakken, zijn onzuiverheden en verlies van analyten bij elke stap van de monstervoorbereiding. Zure vertering moet altijd worden uitgevoerd volgens specifieke regels of met behulp van protocollen.

Het hieronder beschreven protocol bevat instructies voor het homogeniseren van voedselmonsters in een mixer ter grootte van een laboratorium, een procedure voor het reinigen van de componenten van de mixer, het correct wegen van het monster, het toevoegen van chemicaliën, het uitvoeren van zuurvergisting door MAWD, het reinigen van de reactievaten nadat de spijsvertering is voltooid, het voorbereiden van de monsters voor elementaire bepaling en het uitvoeren van een kwantitatieve bepaling van meerdere elementen met ICP-MS. Door de onderstaande instructies te volgen, zou men in staat moeten zijn een monster te bereiden dat geschikt is voor elementaire bepaling en de metingen van verteerde monsters uit te voeren.

Protocol

1. Homogenisatie van monsters

1. Snijd met een schoon keramisch mes de voedselmonsters (broccoli, champignons, worstjes en noedels) handmatig in kleinere stukjes om het droogproces te versnellen. Bereid voldoende monsters voor minimaal 6 replicaten van de zure digestie voor (zorg ervoor dat de minimummassa van de gedroogde monsters 1500 mg is).
   NOTITIE: Door het oppervlak van het monster te vergroten, wordt een groter deel van het monster blootgesteld aan de verwarmde omringende lucht, waardoor de verdampingssnelheid van het water toeneemt.
2. Doe het monster in een glazen bekerglas van 250 ml en droog het met een droger bij 105 °C tot een constant gewicht.
3. Haal het glazen bekerglas met het monster uit de droger en plaats het in de exsiccator .
4. Laat het monster afkoelen tot kamertemperatuur.
   OPMERKING: Monsters moeten bij een constante temperatuur worden gewogen om ervoor te zorgen dat het gewicht de massa nauwkeurig weergeeft. Temperatuurschommelingen kunnen van invloed zijn op het volume en de dichtheid van de gemeten monsters.
5. Open de exsiccator en breng het glazen bekerglas met het monster over op de analytische balans. Meet het gewicht van het glazen bekerglas met het monster.
6. Nadat het wegen is voltooid, plaatst u het monster terug in de droger.
   OPMERKING: Als het monster tijdens het drogen aanzienlijk is gekrompen, kan men het met een plastic spatel in een kleiner glazen bekerglas overbrengen om het wegen gemakkelijker te maken.
7. Herhaal het proces zoals beschreven in de stappen 1.3-1.6 totdat een constant gewicht van het monster is bereikt.
8. Plaats het gedroogde heterogene monster in het mengbekerglas (zie Materiaaltabel) en zorg ervoor dat het het maximale volume van het mengbekerglas niet overschrijdt.
9. Plaats het bekerglas van de mengkraan in de mengbeker en sluit de beschermdeur (Figuur 1).
10. Druk op de startknop om de messen te activeren voor het malen en mengen van het monster.
11. Voer het malen uit totdat het monster verandert in een fijn poeder of een homogene pasta. Om een dergelijk product te verkrijgen, herhaalt u het maalproces meerdere keren.
12. Wanneer het monster is gehomogeniseerd, schakelt u de mixer uit, opent u de beschermdeur en verwijdert u de mixerbeker.
13. Haal het gehomogeniseerde monster uit het bekerglas en breng het met een schone plastic spatel over in een schoon glazen bekerglas van 50 ml (figuur 2).
    NOTITIE: Als het monster te hard is en mogelijk de onderdelen van de mixer, zoals de messen en het bekerglas van de mixer, kan het op een andere manier worden gehomogeniseerd, zoals het in vijzels te verpletteren. Mixers zijn meestal niet geschikt voor het homogeniseren van harde materialen, bevroren monsters of licht ontvlambare monsters, die de componenten van de mixer kunnen beschadigen. Het gebruik van organische oplosmiddelen in de menger wordt afgeraden.
    LET OP: Gebruik veiligheidsuitrusting en zorg ervoor dat de deur van de mixer voldoende gesloten is terwijl de messen van de mixer met hoge snelheden draaien.

2. Reiniging van de mixer

1. Voeg ultrapuur water (zie Materiaaltabel) toe aan de markering van de lege mengbeker.
2. Plaats het bekerglas van de mengbeker in de mengbeker en voer de standaardmengprocedure uit.
3. Haal het bekerglas uit de mixer en giet het afvalwater eruit. Herhaal indien nodig het proces met ultrapuur water meerdere keren totdat het water ook na het mengen schoon blijft.
4. Verwijder de vervuilde messen en de scheidingsmembraan van de mixer en reinig ze grondig met ultrapuur water.
   NOTITIE: Gebruik neutrale reinigingsmiddelen om de reinigingsefficiëntie te verbeteren, vooral bij het omgaan met monsters met een hoog vetgehalte, omdat vet zich gemakkelijk hecht aan het oppervlak van de laboratoriuminventaris.
   LET OP: Draag geschikte beschermende uitrusting, zoals handschoenen, bij het verwijderen en reinigen van de messen om het risico op mogelijk letsel door hun scherpe randen te verminderen.
5. Droog de gereinigde onderdelen in de droger op 105 °C en plaats ze terug in de mixer.
   NOTITIE: Zorg ervoor dat de onderdelen van de mixer volledig droog zijn voordat u ze opnieuw in de mixer installeert, om te voorkomen dat het water naar het volgende monster wordt overgebracht.

3. Weging van monsters

1. Verwijder het deksel van het 100 ml trifluorethoxyl-polytetrafluorethyleen TFM-PTFE-reactievat³³.
2. Plaats het open reactievat op de analytische balans en zorg ervoor dat de balans voor elke meting waterpas staat en op nul wordt gezet (Figuur 3).
   OPMERKING: Het wegen moet bij kamertemperatuur worden uitgevoerd. Vermijd gebieden waar sterke temperatuurschommelingen en luchtstroom het gemeten gewicht kunnen beïnvloeden. Zorg ervoor dat de weegruimte schoon en vrij van verontreinigingen is.
3. Breng het gehomogeniseerde monster over in het reactievat met behulp van een plastic spatel en weeg 250 mg van het monster af. Weeg het monster niet onder het minimumgewicht van de analytische balans.
4. Zodra het wegen is voltooid, plaatst u het deksel op het reactievat om het monster tegen verontreiniging te beschermen.
   OPMERKING: Overschrijding van de gewichtslimiet van de spijsverteringsprocedure kan leiden tot een onvolledige spijsvertering. Ga voorzichtig om met de monster- en reactievaten om verontreiniging van buitenaf te voorkomen.

4. Zure toevoeging

1. Giet respectievelijk ongeveer 40,0 ml 68 gew.% HNO₃ en 5.0 ml 30 gew.% H_2Ø2 in afzonderlijke glazen bekers van 50 ml.
   OPMERKING: Chemicaliën moeten van hoge zuiverheid zijn met onzuiverheden van sporenmetalen van minder dan 1.0 μg/L (ppb), idealiter in het ng/L (ppt)-bereik. Onzuiverheden van sporenmetalen beïnvloeden de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van elementaire bepaling.
2. Plaats de reactievaten in een zuurkast, open de deksels en voeg de onderstaande volumes van 68 gew.% HNO₃ en 30 gew.% H₂Ø₂ toe met automatische pipetten van 1 ml of 5 ml, volgens de volgende specificaties:
   1. Broccoli, champignons, worstjes en noedels; voeg voor 250 mg monster 5,0 ml 68 gew.% HNO₃ en 1,0 ml 30 gew.% H₂O_{2 toe}. Bereid drie replicaten voor elk monster.
   2. Om de nauwkeurigheid van de methode (in termen van terugwinning, Rec) te bepalen, gebruikt u de in stap 4.2.1 beschreven procedure en voegt u 37,5 μl ICP-standaardoplossing met meerdere elementen van 100 mg/l (zie materiaaltabel) toe aan de reactievaten met behulp van een automatische pipet van 200 μl. Bereid voor elk monster drie replicaten voor.
      OPMERKING: Het volume van 37,5 μl werd gekozen omdat dit overeenkomt met een toename van 15,0 μg/l voor de spike-oplossingen van monsters in vergelijking met de concentratie in de niet-spike-oplossingen van monsters. Bovendien komt de toename van de concentratie voor de puntige oplossing van monsters overeen met de uiteindelijke concentratie die nog steeds in het lineaire concentratiebereik ligt voor elke gemeten analyt.
   3. Maak een blanco monster met hetzelfde volume van 68 gew.% HNO₃ en 30 gew.% H₂O₂ als gebruikt voor de vertering van voedselmonsters in stap 4.2.1. Voeg bij een blanco monster het monster niet toe aan de reactievaten.
      LET OP: HNO₃ dat voor de spijsvertering wordt gebruikt, is bijtend en produceert dampen. Om deze reden moet zuurtoevoeging worden uitgevoerd in een zuurkast. Er moeten standaard laboratoriumbeschermingsmiddelen worden gebruikt (handschoenen, veiligheidsbril en laboratoriumjas). Als er contact is met zuur, moet het getroffen gebied onmiddellijk worden gespoeld onder de stroom koud water en moet medische hulp worden gezocht.
3. Plaats het deksel op de reactievaten en laat de monsters gedurende 2-3 minuten reageren met de toegevoegde 68 gew.% HNO₃ en 30 gew.% H₂O₂ .
4. Schroef het draaddeksel op het vat en draai de deksels vast.
5. Schud het reactievat met lichte handbewegingen om de monsters volledig in chemicaliën op te nemen.
   OPMERKING: Laat de monsters niet achter op de wanden of deksels van de reactievaten, omdat de mogelijkheid bestaat dat ze niet volledig worden verteerd.

5. Natte zure vertering met behulp van een magnetron

1. Schakel het magnetronsysteem in (zie Materiaaltabel) voor zuurvertering door op de startknop te drukken (Figuur 4).
2. Open de deur van de magnetron en verwijder het rek.
3. Verdeel de gesloten reactievaten symmetrisch in het rek om een gelijkmatige bestraling van de monsters door microgolven te garanderen.
4. Plaats het rek in de magnetronkamer en monteer het op een houder (Figuur 5).
5. Sluit de deur van de magnetron.
6. Stel een geschikt verteringsprogramma in op het touchscreen van de magnetron met behulp van een penvormig gereedschap. Kies een geschikte temperatuurgradiënt, de eindtemperatuur en het aantal te verteren monsters. Het aanbevolen verteringsprogramma voor verschillende voedselmonsters staat hieronder vermeld:
   1. Broccoli, champignons, worstjes en noedels: 10 min verhogen tot 160 °C, 10 min verhogen tot 200 °C, 15 min verhogen tot 200 °C, maximaal vermogen 900 W.
7. Start het verteringsprogramma en volg de verandering in reactieomstandigheden op het scherm. Stop het verteringsproces als de temperatuur niet stijgt volgens het voorgeschreven programma.
   NOTITIE: Tijdens de spijsvertering kunnen plotselinge temperatuurpieken te zien zijn op het scherm van de magnetron. Ze treden op wanneer de monsters exotherm reageren met de chemicaliën. Het microgolfsysteem regelt automatisch de temperatuur door het uitgangsvermogen aan te passen.
8. Wacht tot de door de magnetron ondersteunde spijsvertering is voltooid en de temperatuur van het monster daalt.
9. Open de deur van de magnetron en verwijder het rek uit de magnetronkamer. Sluit de deur en schakel het instrument uit.
10. Haal de reactievaten uit het rek en wacht tot ze zijn afgekoeld tot kamertemperatuur.
11. Open de deksels van het deksel langzaam met de hand om de gassen te laten ontsnappen die tijdens de zure vertering zijn gevormd. Draai de reactievaten in de richting van de zuurkast (figuur 6).
12. Verwijder het deksel volledig en spoel het deksel en de wanden van het reactievat af met een kleine hoeveelheid ultrapuur water.
13. Breng de inhoud van het reactievat kwantitatief over in een schone maatkolf van 25 ml via een glazen trechter door het deksel en het reactievat herhaaldelijk te spoelen met ultrapuur water.
14. Verdun het monster met ultrapuur water tot de maatstreep van de maatkolf. Sluit de maatkolf met een stop en meng de inhoud van de maatkolf.
    OPMERKING: Verdere verdunning van de verteerde monsters met ultrapuur water moet worden uitgevoerd, aangezien ze minder dan 5% (V/V) restzuur³⁴ en minder dan 2 g/L opgeloste elementen moeten bevatten, ook wel totaal opgeloste vaste stoffen³⁵ genoemd.
15. Neem een plastic spuit van 20 ml en sluit deze aan op een polyamide spuitfilter (25 mm diameter, 0,20 μm poriegrootte). Vul de plastic spuit met het verdunde monster en filtreer de inhoud ervan in een plastic centrifugebuisje van 50 ml door druk uit te oefenen. Gebruik voor elk monster een nieuwe plastic spuit en spuitfilter om kruisbesmetting te voorkomen.
    NOTITIE: Monsters moeten worden gefilterd om onoplosbare materialen of vaste deeltjes te verwijderen die na MAWD onverteerd kunnen blijven. Deze deeltjes kunnen de elementaire bepalingsmetingen verstoren door de instrumentcomponenten te verstoppen. Zorg er bij het filteren van de monsters voor dat u de eerste paar druppels weggooit. Gebruik hydrofiele filters (gemaakt van polyamide) voor waterige oplossingen. Hydrofobe filters (PTFE) zijn niet geschikt voor de filtratie van waterige oplossingen omdat ze een hogere uitgeoefende druk vereisen, wat kan leiden tot membraanbreuk³⁶.
16. Sluit de plastic centrifugebuis van 50 ml af met een schroefdop en zet het monster in de koelkast tot de metingen.
    NOTITIE: Verteerde monsters worden bij lagere temperaturen in de koelkast bewaard om ze te bewaren en hun bewaartijd te verlengen.

6. Reiniging van reactievaten

1. Nadat de verteerde monsters zijn overgebracht naar maatkolven van 50 ml, voegt u 5,0 ml 68 gew.% HNO₃ en 5,0 ml ultrapuur water met automatische pipetten van 5 ml toe aan de reactievaten.
2. Sluit de reactievaten met de afdekdeksels en plaats ze in het rek. Breng het rek over naar de kamer van de magnetron.
3. Pas het volgende magnetronprogramma toe: 15 min verhogen tot 160 °C, 10 min verhogen tot 180 °C, maximaal vermogen 900 W.
4. Bewaak de reactieomstandigheden tijdens het verwarmen. Laat de reactievaten afkoelen nadat de verwarming is voltooid.
5. Open de magnetron, haal de reactievaten uit het rek en open ze langzaam in de zuurkast.
6. Gooi de inhoud van de reactievaten weg in plastic afvalcontainers.
7. Spoel de reactievaten af met ultrapuur water om overtollig materiaal of chemicaliën te verwijderen.
8. Droog de reactievaten voor het volgende gebruik in de droger bij 105 °C.
   OPMERKING: Dezelfde microgolfprocedure (tijd, vermogen, temperatuurgradiënt en volume chemicaliën) die wordt gebruikt voor de zuurvertering van monsters, kan worden gebruikt voor het reinigen van de reactievaten. Als alternatief kunnen de reactievaten zonder microgolfsysteem worden gereinigd door ze enkele uren onder te dompelen in geconcentreerd HNO₃ of HCl en ze te spoelen met ultrapuur water.

7. Bepaling van meerdere elementen met ICP-MS

1. Neem de 50 ml plastic centrifugebuisjes met de verteerde monsters uit de koelkast en laat ze opwarmen tot kamertemperatuur.
2. Verdun de monsters met een factor 10 om de zuurconcentratie in het verteerde monster te verlagen en de concentratie van het bestanddeel van de monstermatrix te verlagen. Breng met behulp van een automatische pipet 2,50 ml van het monster over in een glazen maatkolf van 25 ml en vul deze vervolgens tot aan de maatstreep met ultrapuur water.
3. Breng de verdunde monsters over in de plastic buisjes van 15 ml en plaats ze op de juiste posities in de autosampler.
4. Bereid het ICP-MS-instrument (zie Materiaaltabel) voor op de metingen:
   1. Schakel de ventilatie en de koelmachine in die de ICP-MS van koelwater voorziet en de componenten koelt.
   2. Gebruik de compatibele software om ervoor te zorgen dat de spoeloplossing (1 gew.% HNO₃) continu van de autosampler naar de ICP-MS stroomt zonder te pulseren.
   3. Open Ar (99,999% zuiverheid) en He (99,999% zuiverheid) gasflessen om de ICP-MS van beide gassen te voorzien. Controleer de gasstroom in de software en pas deze indien nodig aan.
      OPMERKING: Gebruik een botsingscel met He-gas wanneer spectrale interferenties worden verwacht als gevolg van de vorming van polyatomische ionen (bijv. ⁴⁰Ar¹⁶O⁺ interfereert met ⁵⁶Fe⁺)³⁷.
   4. Start het plasma op en kalibreer het instrument met behulp van de afstemoplossing (zie Materiaaltabel).
   5. Nadat het instrument is gekalibreerd (toortspositie, versterkingsspanning, lensspanning, massa/resolutie, puls/analoog (P/A) kalibratie, database (DB) kalibratie en validatie), selecteert u de gewenste meetmethode en voert u de metingen uit.
5. Wanneer u met onbekende monsters werkt, voert u een semi-kwantitatieve bepaling uit om informatie te verkrijgen over welke elementen in het monster aanwezig zijn en hun geschatte concentratie.
   OPMERKING: Het is raadzaam om de monsters extra te verdunnen voor de semi-kwantitatieve bepaling, aangezien de detectoren een limiet hebben voor de concentratie van elementen die ze in één keer kunnen detecteren. Lagere monsterconcentraties kunnen de levensduur van de instrumentcomponenten verlengen.
6. Na het verkrijgen van de gegevens over de geschatte concentraties van de elementen in de monsters, maakt u een methode voor de kwantitatieve elementaire bepaling in de software. Selecteer de bedrijfsomstandigheden van de ICP-MS (tabel 1) en selecteer de gewenste elementen (in dit geval Cu, Fe, Mn en Zn). Bepaal het aantal en de concentraties van oplossingen van de norm die nodig zijn om een kalibratiecurve te maken (ook wel analytische curve of werkcurve genoemd) (tabel 1).
   OPMERKING: Bereid ten minste zes verschillende concentraties voor als kalibratiepunten voor de kalibratiecurve.
7. Bereid standaardoplossingen voor de kalibratiecurve voor. Gebruik automatische pipetten om het vereiste volume van 100 mg/l standaardoplossingen met meerdere elementen in maatkolven van 25 ml te pipetten om standaardoplossingen te bereiden met de volgende concentraties: 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 en 50,0 μg/l. Vul de kolven tot de maatstreep met 1 gew% HNO₃. Bereid bovendien een kalibratieblanco voor met de 1 wt% HNO_3-oplossing .
8. Breng de bereide oplossingen van standaard en monsters over in de plastic buisjes van 15 ml, plaats ze in de autosampler en start het instrument volgens de procedure beschreven in stap 7.4.
9. Voer de kwantitatieve meting van de geselecteerde elementen uit met behulp van de kalibratiecurve-methodologie.
10. Zodra de metingen zijn voltooid, schakelt u het plasma uit, sluit u de Ar- en He-gastoevoer, schakelt u de ICP-MS-koelmachine uit en schakelt u het ventilatiesysteem uit.

Resultaten

Homogenisering
Alle monsters werden met de laboratoriumdroger gedroogd tot een constante massa om eventueel vocht te verwijderen. Door het monster over te brengen naar een exsiccator kon het afkoelen tot kamertemperatuur zonder vocht uit de omgeving te binden. De voedselmonsters werden vervolgens gehomogeniseerd met behulp van de laboratoriummixer om een fijn poeder te verkrijgen. De resulterende gehomogeniseerde deeltjes waren uniform van grootte en gelijkmatig verdeeld, zodat submonsters (monsters u...

Discussie

Homogenisering
Om reproduceerbare resultaten bij elementaire bepaling te garanderen, is het noodzakelijk om monsters te homogeniseren voordat ze met zuur worden verteerd vanwege hun complexe en inhomogene structuur en samenstelling. Homogenisering heeft tot doel constitutionele en distributieve heterogeniteit te elimineren. Het mengen van het monster minimaliseert de distributieheterogeniteit door componenten gelijkmatig over het monster te herverdelen. Evenzo, door de deeltjesgrootte terug te brengen...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Ar gas	Messer	7440-37-1	Ar 5.0 gas (zuiverheid 99,999%).
AS-10 Autosampler-systeem	Shimadzu		Autosampler aangesloten op de ICP-MS, met 68 poorten voor monsters.
Automatische pipetten	Sartorius		Automatische pipetten van 200 µL, 1 mL en 5 mL.
Weegschaal XSE104	Mettler Toledo, Columbus, Ohio, VS		Analytische weegschaal met een maximaal weeggewicht van 120 g.
Keramisch mes			Keramisch mes gebruikt voor het snijden van verse voedselmonsters.
Exsiccator			Glazen exsiccator met klonten silicagel.
ETHOS LEAN	Milestone, Sorisole, Italië		Microgolfsysteem voor natte zure vertering in gesloten 100 mL-vaten gemaakt van TFM-PTFE.
Damplap			Laboratoriumdamplap met instelbare luchtstroom.
Glasmaten RASOTHERM	CarlRoth GmbH + Co.KG		Glasmaten van 50 mL en 250 mL
Glazen trechters			Kleine glazen trechters die in de hals van maatkolven passen.
He gas	Messer	7440-59-7	He 5.0 gas (zuiverheid 99,999%).
Waterstofperoxide	ThermoFisher Scientific	7722-84-1	Waterstofperoxide 100 volumes 30 wt.% oplossing. Laboratoriumreagenskwaliteit.
ICP multi-element standaardoplossing VIII	Supelco	109492	100 mg/L ICP multi-element standaardoplossing met 24 elementen (Al, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Se, Sr, Te, Tl, Zn) in 2 % verdunde salpeterzuur.
ICPMS 2030	Shimadzu		Inductief gekoppelde plasma-massaspectrometrie systeem voor multi-elementanalyse van verteerde monsters.
ICP-MS Afsteloplossing A	CarlRoth GmbH + Co.KG		250 mL afsteloplossing met 6 elementen (Be, Bi, Ce, Co, In, Mn) in 1 % salpeterzuur.
KIMTECH Purple Nitril handschoenen	Kimberly-Clark GmbH		Wegwerp Purple Nitril handschoenen (S, M of L).
Laboratoriumjas	Elke beschikbare leverancier		/
Mixer B-400	BÜCHI Labortechnik AG, Flawil, Zwitserland		Laboratoriummixer met keramische bladen.
Salpeterzuur	ThermoFisher Scientific	7697-37-2	Salpeterzuur, traceanalysekwaliteit, 68 wt%, dichtheid 1,42, Primar Plus, voor traceermetaalanalyse.
Kunststof centrifugebuizen	Isolab		Kunststof centrifugebuizen van 50 mL met schroefdop, voor eenmalig gebruik.
Kunststof spuiten Injekt	B. Braun		2 stuks, voor eenmalig gebruik, 20 mL spuiten.
Kunststof buizen voor autosampler	Shimadzu	046-00147-04	Kunststof buizen voor autosampler, inhoud 15 mL, diameter 16 mm, lengte 100 mm.
Kunststof afvalcontainers			Kunststof containers voor de verwijdering van chemicaliën na de reinigingsprocedure van reactievaten.
Beschermende veiligheidsbril			/
Steekproeven (broccoli, worst, noedels, courgette, champignons)			Verse monsters, die werden gedroogd tot een constant gewicht en gehomogeniseerd tijdens de procedure. De monsters werden gekocht bij een lokale winkel.
Spatel			Kunststof spatel.
Sterilisator Instrumentaria ST 01/02	Instrumentaria		Droger met instelbare temperatuur.
Spuitfilters	CHROMAFIL Xtra	729212	Spuitfilters met polypropyleen behuizing en polyamide hydrofiele membraan. Membraandiameter 25 mm, membraan poriëngrootte 0,2 µm.
Ultrapuur water	ELGA Labwater, Veolia Water Technologies.		Ultrapuur water met een resistiviteit van 18,2 MΩcm, verkregen met laboratoriumwaterzuiveringssysteem.
Maatkolven			Maatkolven van 25 mL.