Przygotowanie próbek żywności z wykorzystaniem homogenizacji i roztwarzania kwasowego na mokro wspomaganego mikrofalami w celu oznaczania wielu pierwiastków za pomocą ICP-MS

Podsumowanie

Prezentowany protokół opisuje homogenizację próbki za pomocą laboratoryjnego miksera, trawienie kwasem próbek żywności przy użyciu mieszaniny 68% wagowych HNO₃ i 30% wagowych H₂O₂ poprzez mikrofalowo wspomagane trawienie kwasem na mokro oraz oznaczanie wielopierwiastkowe wykonywane za pomocą spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie.

Streszczenie

Przygotowanie próbki jest kluczowe dla oznaczania pierwiastków, a dostępne są różne techniki, z których jedna obejmuje homogenizację, a następnie trawienie kwasem. Podczas obchodzenia się z próbką na etapie przygotowania należy zachować szczególną ostrożność w celu wyeliminowania lub zminimalizowania potencjalnego zanieczyszczenia i strat analitu. Homogenizacja to proces, w którym jednocześnie zmniejsza się wielkość cząstek i równomiernie rozprowadza składniki próbki. Po homogenizacji próbka poddawana jest roztwarzaniu kwasem, w którym jest trawiona kwasami i pomocniczymi chemikaliami w podwyższonych temperaturach, przekształcając próbki stałe w stan ciekły. W tym procesie metale w oryginalnej próbce reagują z kwasami, tworząc sole rozpuszczalne w wodzie. Próbki przygotowane w procesie mineralizacji kwasowej nadają się do analizy pierwiastkowej przy użyciu technik takich jak spektrometria mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie, optyczna spektroskopia emisyjna z plazmą sprzężoną indukcyjnie, spektroskopia absorpcji atomowej, metody elektrochemiczne i inne techniki analityczne. Praca ta szczegółowo opisuje przygotowanie próbek żywności do oznaczania wielopierwiastkowego przy użyciu spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie. Procedura krok po kroku obejmuje proces homogenizacji przy użyciu laboratoryjnego mieszalnika z ceramicznymi ostrzami, a następnie trawienie kwasem w zamkniętych naczyniach przy użyciu mokrego roztwarzania kwasowego wspomaganego mikrofalami. Mieszanina 5,0 ml 68% wag. HNO₃ i 1,0 ml 30 % wag. H₂O₂ Służy jako odczynnik pomocniczy. Ten przewodnik zawiera wyjaśnienie procesów związanych z obydwoma etapami.

Wprowadzenie

Analiza elementarna to proces analityczny służący do określania składu pierwiastkowego różnych próbek. Może być stosowany do kontrolowania wchłaniania metali do organizmu ludzkiego (zwłaszcza metali ciężkich¹), ponieważ ich wysokie stężenia mogą powodować niepożądane problemy zdrowotne. Metale ciężkie są również jednym z głównych zanieczyszczeń środowiska, dlatego konieczna jest kontrola ich obecności w środowisku². Co więcej, analiza elementarna może być wykorzystana do określenia pochodzenia geograficznego produktów spożywczych³ oraz do kontroli jakości zasobów żywności i wody⁴. Ponadto służy do oznaczania mikro- i makroelementów w glebach⁵ oraz do uzyskiwania wglądu w procesy geologiczne na przestrzeni dziejów poprzez badanie składu chemicznego minerałów i osadów⁶. Przeprowadzono również badania mające na celu określenie obecności rzadkich metali w odpadach elektrycznych i elektronicznych w celu dalszej regeneracji metali⁷, w celu oceny skuteczności leczenia farmakologicznego⁸, oraz w celu zweryfikowania składu pierwiastkowego metalowych implantów⁹.

Spektrometria mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie (ICP-MS) i optyczna spektroskopia emisyjna z plazmą sprzężoną indukcyjnie (ICP-OES) są powszechnie stosowanymi technikami analizy pierwiastkowej różnych próbek¹⁰. Umożliwiają one jednoczesne oznaczanie wielu pierwiastków o granicach wykrywalności (LOD) i granicach kwantyfikacji (LOQ) tak niskich, jak ng/L. Ogólnie rzecz biorąc, ICP-MS ma niższe wartości LOD¹¹ i szerszy liniowy zakres stężenia w porównaniu do ICP-OES¹². Inne techniki określania składu pierwiastkowego to optyczna spektrometria emisyjna plazmy indukowanej mikrofalami¹³ i kilka wariantów atomowej spektroskopii absorpcyjnej (AAS), w tym spektroskopia absorpcji atomowej płomienia, elektrotermiczna spektroskopia absorpcji atomowej², spektroskopia absorpcji atomowej zimnej pary i spektroskopia absorpcji atomowej generacji wodorków¹⁴. Ponadto oznaczanie pierwiastków przy niskim LOD i LOQ jest możliwe przy użyciu różnych metod elektroanalitycznych, zwłaszcza przy użyciu woltamperometrii anodowej usuwającej^15,16. Oczywiście istnieją inne metody określania składu pierwiastkowego próbek, ale nie są one tak często stosowane jak wyżej wymienione metody.

Bezpośrednie oznaczanie pierwiastków w próbkach stałych jest możliwe przy użyciu laserowej spektroskopii rozpadu i fluorescencji rentgenowskiej¹⁷. Jednak do oznaczania pierwiastków za pomocą ICP-MS, ICP-OES i AAS konieczne jest przekształcenie próbek stałych w stan ciekły. W tym celu roztwarzanie kwasowe przeprowadza się przy użyciu kwasów i odczynników pomocniczych (w większości przypadków_H2O2). Roztwarzanie kwasowe przeprowadza się w podwyższonej temperaturze i ciśnieniu, przekształcając organiczną część próbki w produkty gazowe i przekształcając pierwiastki metalowe w sole rozpuszczalne w wodzie, rozpuszczając je w ten sposób w roztworze¹⁸.

Istnieją dwa główne rodzaje trawienia kwasem, trawienie w otwartym naczyniu i trawienie w zamkniętym naczyniu. Mineralizacja w otwartym naczyniu jest opłacalna¹⁴, ale ma ograniczenia, takie jak maksymalna temperatura trawienia, która pokrywa się z temperaturą wrzenia kwasów pod ciśnieniem atmosferycznym. Próbka może być podgrzewana na płytach grzewczych, blokach grzewczych, łaźniach wodnych, kąpielach piaskowych² oraz w mikrofalach¹⁹. Podgrzewając próbkę w ten sposób, większość wytworzonego ciepła jest tracona do otoczenia²⁰, co wydłuża czas trawienia¹⁴. Inne wady trawienia w otwartym naczyniu to większe zużycie chemikaliów, większe prawdopodobieństwo zanieczyszczenia z otaczającego środowiska oraz możliwa utrata analitów z powodu tworzenia się lotnych składników i ich odparowania z mieszaniny reakcyjnej²¹.

Systemy naczyń zamkniętych są wygodniejsze do trawienia próbek organicznych i nieorganicznych w porównaniu do systemów naczyń otwartych. Systemy naczyń zamkniętych wykorzystują różne źródła energii do podgrzewania próbek, takie jak ogrzewanie kondukcyjne i mikrofale²². Metody trawienia wykorzystujące mikrofale obejmują spalanie indukowane mikrofalami²³, systemy pojedynczych komór reakcyjnych²⁴ oraz powszechnie stosowane mikrofalowe wspomagane trawienie kwasem mokrym (MAWD)^25,26. MAWD umożliwia mineralizację w wyższych temperaturach roboczych, od 220 °C do 260 °C i maksymalnym ciśnieniu do 200 bar, w zależności od warunków pracy urządzenia²⁷.

Wydajność i szybkość MAWD zależą od kilku czynników, w tym składu chemicznego próbek, maksymalnej temperatury, gradientu temperatury, ciśnienia w naczyniu reakcyjnym, ilości dodanych kwasów i stężenia użytych kwasów²⁸. W MAWD całkowite trawienie kwasowe można osiągnąć w ciągu kilku minut ze względu na podwyższone warunki reakcji w porównaniu z długotrwałymi mineralizacjami w systemach naczyń otwartych. Mniejsze objętości i stężenia kwasów są wymagane w MAWD, co jest zgodne z aktualnymi wytycznymi zielonej chemii²⁹. W MAWD do przeprowadzenia mineralizacji kwasowej potrzebna jest mniejsza ilość próbki w porównaniu z mineralizacją w otwartym naczyniu, zwykle wystarcza do 500 mg próbki^30,31,32. Większe ilości próbek mogą być trawione, ale wymagają one większej ilości chemikaliów.

Ponieważ instrument do MAWD automatycznie kontroluje warunki reakcji i osoba nie ma bezpośredniego kontaktu z chemikaliami podczas ogrzewania, MAWD jest bezpieczniejszy w obsłudze niż trawienie w otwartym naczyniu. Jednak osoba powinna zawsze postępować ostrożnie podczas dodawania chemikaliów do naczyń reakcyjnych, aby zapobiec ich kontaktowi z ciałem i wyrządzeniu szkód. Naczynia reakcyjne należy również otwierać powoli, ponieważ podczas trawienia kwasowego wytwarza się w nich ciśnienie.

Chociaż trawienie kwasem jest użyteczną techniką do przygotowania próbek do oznaczania pierwiastków, osoba go wykonująca powinna zdawać sobie sprawę z możliwych ograniczeń tego zjawiska. Roztwarzanie kwasem może nie być odpowiednie dla wszystkich próbek, zwłaszcza tych o złożonych matrycach i tych, które są wysoce reaktywne lub mogą reagować wybuchowo. Dlatego skład próbki powinien być zawsze oceniany w celu dobrania odpowiednich substancji chemicznych i warunków reakcji do całkowitego roztwarzenia, które rozpuszcza wszystkie pożądane pierwiastki w roztworze. Inne problemy, które użytkownik musi wziąć pod uwagę i rozwiązać, to zanieczyszczenia i utrata analitów na każdym etapie przygotowania próbki. Trawienie kwasowe musi zawsze odbywać się zgodnie z określonymi zasadami lub przy użyciu protokołów.

Protokół opisany poniżej zawiera instrukcje dotyczące homogenizacji próbek żywności w laboratoryjnym mikserze, procedury czyszczenia składników mieszalnika, prawidłowego ważenia próbki, dodawania chemikaliów, przeprowadzania trawienia kwasem przez MAWD, czyszczenia naczyń reakcyjnych po zakończeniu trawienia, przygotowania próbek do oznaczania pierwiastków i wykonywania ilościowego oznaczania wielopierwiastkowego za pomocą ICP-MS. Postępując zgodnie z poniższymi instrukcjami, powinno być w stanie przygotować próbkę odpowiednią do oznaczania pierwiastków i wykonać pomiary wytrawionych próbek.

Protokół

1. Homogenizacja próbki

1. Za pomocą czystego noża ceramicznego ręcznie pokrój próbki żywności (brokuły, grzyby, kiełbasy i makaron) na mniejsze kawałki, aby przyspieszyć proces suszenia. Przygotować wystarczającą ilość próbek na co najmniej 6 powtórzeń mineralizacji w kwasie (upewnić się, że minimalna masa wysuszonych próbek wynosi 1500 mg).
   UWAGA: Zwiększenie powierzchni próbki wystawia większą część próbki na działanie ogrzanego otaczającego powietrza, zwiększając szybkość parowania wody.
2. Umieścić próbkę w szklanej zlewce o pojemności 250 ml i wysuszyć ją w temperaturze 105 °C do stałej masy za pomocą suszarki.
3. Wyjąć szklaną zlewkę z próbką z suszarki i włożyć ją do eksykatora.
4. Pozwól próbce ostygnąć do temperatury pokojowej.
   UWAGA: Próbki muszą być ważone w stałej temperaturze, aby zapewnić, że masa dokładnie odzwierciedla masę. Wahania temperatury mogą mieć wpływ na objętość i gęstość mierzonych próbek.
5. Otworzyć eksykator i przenieść szklaną zlewkę z próbką na wagę analityczną. Zmierzyć masę szklanej zlewki z próbką.
6. Po zakończeniu ważenia włóż próbkę z powrotem do suszarki.
   UWAGA: Jeśli próbka znacznie się skurczyła podczas suszenia, można ją przenieść do mniejszej szklanej zlewki za pomocą plastikowej szpatułki w celu wygodniejszego ważenia.
7. Powtarzać proces zgodnie z opisem w krokach 1.3–1.6, aż do uzyskania stałej masy próbki.
8. Umieścić wysuszoną niejednorodną próbkę w zlewce mieszalnika (patrz tabela materiałów), upewniając się, że nie przekracza ona maksymalnej objętości zlewki mieszalnika.
9. Włóż zlewkę miksera do miksera i zamknij drzwiczki ochronne (Rysunek 1).
10. Naciśnij przycisk start, aby aktywować ostrza do mielenia i mieszania próbki.
11. Mielenie należy wykonywać do momentu, aż próbka zamieni się w drobny proszek lub jednorodną pastę. Aby uzyskać taki produkt, powtórz proces mielenia kilka razy.
12. Gdy próbka jest homogenizowana, wyłączyć mieszalnik, otworzyć drzwiczki ochronne i wyjąć zlewkę miksera.
13. Wyjąć homogenizowaną próbkę ze zlewki miksera i przenieść ją do czystej szklanej zlewki o pojemności 50 ml za pomocą czystej plastikowej szpatułki (Rysunek 2).
    UWAGA: Jeśli próbka jest zbyt twarda i może potencjalnie uszkodzić elementy mieszalnika, takie jak ostrza i zlewka miksera, można ją homogenizować w inny sposób, np. krusząc ją w moździerzu. Mieszalniki zwykle nie nadają się do homogenizacji twardych materiałów, próbek zamrożonych lub próbek łatwopalnych, które mogą uszkodzić elementy mieszalnika. Odradza się stosowanie rozpuszczalników organicznych w mieszalniku.
    UWAGA: Używaj sprzętu ochronnego i upewnij się, że drzwiczki miksera są odpowiednio zamknięte, ponieważ ostrza miksera obracają się z dużą prędkością.

2. Czyszczenie miksera

1. Dodać ultraczystą wodę (patrz tabela materiałów) do znaku pustej zlewki miksera.
2. Włóż zlewkę miksera do miksera i wykonaj standardową procedurę mieszania.
3. Wyjmij zlewkę z miksera i wylej ścieki. W razie potrzeby powtórz proces z ultraczystą wodą kilka razy, aż woda pozostanie czysta nawet po wymieszaniu.
4. Wyjmij zanieczyszczone ostrza i uszczelkę membrany z mieszalnika i dokładnie wyczyść je ultraczystą wodą.
   UWAGA: Używaj neutralnych detergentów, aby poprawić skuteczność czyszczenia, zwłaszcza w przypadku próbek o dużej zawartości tłuszczu, ponieważ tłuszcz łatwo przylega do powierzchni inwentarza laboratoryjnego.
   UWAGA: Podczas zdejmowania i czyszczenia ostrzy należy nosić odpowiedni sprzęt ochronny, taki jak rękawice, aby zmniejszyć ryzyko potencjalnych obrażeń spowodowanych ich ostrymi krawędziami.
5. Wysuszyć oczyszczone elementy w suszarce w temperaturze 105 °C i ponownie włożyć je do mieszalnika.
   UWAGA: Upewnij się, że elementy miksera są całkowicie suche przed ponownym zainstalowaniem ich w mikserze, aby zapobiec przeniesieniu wody do następnego sample.

3. Ważenie próbki

1. Zdejmij pokrywę z naczynia reakcyjnego TFM-PTFE o pojemności 100 ml trifluorometoksylo-politetrafluoroetylenu TFM-PTFE³³.
2. Umieść otwarte naczynie reakcyjne na wadze analitycznej i upewnij się, że waga jest wypoziomowana i wyzerowana przed każdym pomiarem (Rysunek 3).
   UWAGA: Ważenie należy przeprowadzać w temperaturze pokojowej. Unikaj obszarów, w których silne wahania temperatury i przepływ powietrza mogą wpływać na mierzoną masę. Upewnij się, że obszar ważenia jest czysty i wolny od wszelkich zanieczyszczeń.
3. Przenieść homogenizowaną próbkę do naczynia reakcyjnego za pomocą plastikowej szpatułki i zważyć 250 mg próbki. Nie ważyć próbki poniżej minimalnej granicy naważki analitycznej.
4. Po zakończeniu ważenia umieścić pokrywę na naczyniu reakcyjnym, aby chronić próbkę przed zanieczyszczeniem.
   UWAGA: Przekroczenie limitu wagowego procedury trawienia może spowodować niepełne trawienie. Z próbką i naczyniami reakcyjnymi należy obchodzić się ostrożnie, aby uniknąć zanieczyszczenia zewnętrznego.

4. Dodawanie kwasu

1. Wlać około 40,0 ml 68% wag. HNO₃ i 5,0 ml 30% wag. H₂O₂ 2 do oddzielnych szklanych zlewek o pojemności 50 ml, odpowiednio.
   UWAGA: Chemikalia muszą być o wysokiej czystości z zanieczyszczeniami metalami śladowymi mniejszymi niż 1,0 μg/L (ppb), najlepiej w zakresie ng/L (ppt). Zanieczyszczenia metalami śladowymi wpływają na dokładność i powtarzalność oznaczania pierwiastków.
2. Umieścić naczynia reakcyjne w dygestoriach, otworzyć pokrywy i dodać poniżej wymienione objętości 68% wag. HNO₃ i 30% wag. H₂O₂ za pomocą pipet automatycznych o pojemności 1 ml lub 5 ml, zgodnie z następującymi specyfikacjami:
   1. Brokuły, grzyby, kiełbasy i kluski; na 250 mg próbki dodać 5,0 ml 68% wag. HNO₃ i 1,0 ml 30% wag._H2O2 . Przygotować trzy kontrpróby dla każdej próbki.
   2. W celu określenia dokładności metody (pod względem odzysku, Rec), należy zastosować procedurę opisaną w kroku 4.2.1 i dodać 37,5 μl wielopierwiastkowego roztworu wzorcowego ICP o stężeniu 100 mg/l (patrz tabela materiałów) do naczyń reakcyjnych za pomocą automatycznej pipety o pojemności 200 μl. Dla każdej próbki należy przygotować trzy kontrpróby.
      UWAGA: Wybrano objętość 37,5 μl, ponieważ odpowiada ona wzrostowi o 15,0 μg/l dla roztworów wzbogaconych próbek w porównaniu ze stężeniem w roztworach próbek bez wzbogacania. Co więcej, wzrost stężenia wzbogaconego roztworu próbek odpowiada stężeniu końcowemu, które nadal mieści się w liniowym zakresie stężeń dla każdego mierzonego analitu.
   3. Przygotować ślepą próbę, używając tej samej objętości 68% wag._HNO3 i 30% wag._H2O2, jaka została użyta do trawienia próbek żywności w kroku 4.2.1. W przypadku ślepej próby próbki nie należy dodawać próbki do naczyń reakcyjnych.
      UWAGA: HNO₃ używany do trawienia jest i wytwarza opary. Z tego powodu dodawanie kwasu musi odbywać się w dygestorium. Należy stosować standardowy laboratoryjny sprzęt ochronny (rękawice, okulary ochronne i fartuch laboratoryjny). W przypadku kontaktu z kwasem dotknięty obszar należy natychmiast spłukać pod strumieniem zimnej wody i zwrócić się o pomoc lekarską.
3. Umieścić pokrywę na naczyniach reakcyjnych i pozostawić próbki do reakcji z dodanymi 68% wag. HNO₃ i 30% wag. H₂O₂ przez 2-3 minuty.
4. Przykręć osłonę gwintu do naczynia i dokręć pokrywy.
5. Potrząśnij naczyniem reakcyjnym, wykonując lekkie ruchy dłoni, aby w pełni wprowadzić próbki do substancji chemicznych.
   UWAGA: Nie należy pozostawiać próbek na ściankach lub pokrywkach naczyń reakcyjnych, ponieważ istnieje możliwość, że nie zostaną one całkowicie strawione.

5. Trawienie kwasem na mokro wspomagane mikrofalami

1. Włącz system mikrofalowy (patrz Tabela materiałów) w celu roztrawienia kwasem, naciskając przycisk start (Rysunek 4).
2. Otwórz drzwiczki kuchenki mikrofalowej i wyjmij ruszt.
3. Zamknięte naczynia reakcyjne należy rozmieścić symetrycznie w stojaku, aby zapewnić równomierne napromieniowanie próbek za pomocą mikrofal.
4. Włóż ruszt do komory kuchenki mikrofalowej i zamontuj go na uchwycie (Rysunek 5).
5. Zamknij drzwiczki kuchenki mikrofalowej.
6. Ustaw odpowiedni program trawienia na ekranie dotykowym kuchenki mikrofalowej za pomocą narzędzia w kształcie długopisu. Wybierz odpowiedni gradient temperatury, temperaturę końcową i liczbę próbek do wytrawienia. Zalecany program trawienia dla różnych próbek żywności jest wymieniony poniżej:
   1. Brokuły, pieczarki, kiełbasy i kluski: 10 min wzrost do 160 °C, 10 min wzrost do 200 °C, 15 min w 200 °C, maksymalna moc 900 W.
7. Uruchom program mineralizacji i monitoruj zmianę warunków reakcji na ekranie. Przerwij proces trawienia, jeśli temperatura nie wzrośnie zgodnie z zalecanym programem.
   UWAGA: Podczas trawienia na ekranie kuchenki mikrofalowej mogą być widoczne nagłe skoki temperatury. Występują, gdy próbki reagują egzotermicznie z chemikaliami. System mikrofalowy automatycznie reguluje temperaturę, dostosowując moc wyjściową.
8. Poczekaj, aż trawienie wspomagane mikrofalami zostanie zakończone i temperatura próbki spadnie.
9. Otwórz drzwiczki kuchenki mikrofalowej i wyjmij ruszt z komory kuchenki mikrofalowej. Zamknij drzwi i wyłącz instrument.
10. Wyjmij naczynia reakcyjne ze stojaka i poczekaj, aż ostygną do temperatury pokojowej.
11. Powoli otwieraj pokrywy ręcznie, aby uwolnić gazy powstające podczas trawienia kwasem. Obrócić naczynia reakcyjne w kierunku dygestoria (Rysunek 6).
12. Całkowicie zdjąć pokrywę i przepłukać pokrywę oraz ścianki naczynia reakcyjnego niewielką ilością ultraczystej wody.
13. Ilościowo przenieść zawartość naczynia reakcyjnego do czystej szklanej kolby pomiarowej o pojemności 25 ml przez szklany lejek poprzez wielokrotne płukanie pokrywy i naczynia reakcyjnego ultraczystą wodą.
14. Rozcieńczyć próbkę ultraczystą wodą do kreski kolby miarowej. Zamknąć kolbę miarową korkiem i wymieszać zawartość kolby miarowej.
    UWAGA: Należy przeprowadzić dalsze rozcieńczanie wytrawionych próbek ultraczystą wodą, ponieważ powinny one zawierać mniej niż 5% (V/V) pozostałości kwasu³⁴ i mniej niż 2 g/L rozpuszczonych pierwiastków, określanych również jako całkowita ilość rozpuszczonych substancji stałych³⁵.
15. Weź plastikową strzykawkę o pojemności 20 ml i połącz ją z poliamidowym filtrem strzykawkowym (średnica 25 mm, wielkość porów 0,20 μm). Napełnij plastikową strzykawkę rozcieńczoną próbką i przefiltruj jej zawartość do plastikowej probówki wirówkowej o pojemności 50 ml, wywierając ciśnienie. Do każdej próbki należy używać nowej plastikowej strzykawki i filtra strzykawkowego, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego.
    UWAGA: Próbki należy przefiltrować w celu usunięcia wszelkich nierozpuszczalnych materiałów lub cząstek stałych, które mogą pozostać niestrawione po MAWD. Cząstki te mogą zakłócać pomiary wyznaczania pierwiastków poprzez zatykanie elementów przyrządu. Podczas filtrowania próbek należy wyrzucić kilka pierwszych kropli. Do roztworów wodnych należy stosować filtry hydrofilowe (wykonane z poliamidu). Filtry hydrofobowe (PTFE) nie nadają się do filtracji roztworów wodnych, ponieważ wymagają wyższego przyłożonego ciśnienia, co może spowodować pęknięcie membrany³⁶.
16. Zamknij plastikową probówkę wirówkową o pojemności 50 ml zakrętką i włóż próbkę do lodówki, aż pomiary.
    UWAGA: Strawione próbki są przechowywane w lodówce w niższych temperaturach, aby je zachować i wydłużyć czas przechowywania.

6. Czyszczenie naczynia reakcyjnego

1. Po przetrawieniu próbek przeniesiono do kolb miarowych o pojemności 50 ml, do naczyń reakcyjnych dodać 5,0 ml 68% wag. HNO₃ i 5,0 ml ultraczystej wody za pomocą pipet automatycznych o pojemności 5 ml.
2. Zamknij naczynia reakcyjne pokrywkami i włóż je do stojaka. Przenieś ruszt do komory kuchenki mikrofalowej.
3. Zastosuj następujący program mikrofalowy: 15 min wzrost do 160 °C, 10 min wzrost do 180 °C, maksymalna moc 900 W.
4. Monitoruj warunki reakcji podczas ogrzewania. Po zakończeniu ogrzewania pozwól naczyniom reakcyjnym ostygnąć.
5. Otwórz kuchenkę mikrofalową, wyjmij naczynia reakcyjne ze stojaka i powoli otwórz je w okapie.
6. Wyrzucić zawartość naczyń reakcyjnych do pojemników na odpady z tworzywa sztucznego.
7. Przepłukać naczynia reakcyjne ultraczystą wodą, aby usunąć nadmiar materiału lub chemikaliów.
8. Wysuszyć naczynia reakcyjne w suszarce w temperaturze 105 °C przed następnym użyciem.
   UWAGA: Ta sama procedura mikrofalowa (czas, moc, gradient temperatury i objętość chemikaliów), która jest stosowana do mineralizacji próbek w kwasie, może być stosowana do czyszczenia naczyń reakcyjnych. Alternatywnie, naczynia reakcyjne można czyścić bez systemu mikrofalowego, zanurzając je w skoncentrowanym HNO₃ lub HCl na kilka godzin i spłukując je ultraczystą wodą.

7. Oznaczanie wielopierwiastkowe za pomocą ICP-MS

1. Pobrać z lodówki plastikowe probówki wirówkowe o pojemności 50 ml zawierające strawione próbki i pozostawić je do ogrzania do temperatury pokojowej.
2. Rozcieńczyć próbki przez współczynnik 10 w celu zmniejszenia stężenia kwasu w strawionej próbce i zmniejszenia stężenia składnika matrycy próbki. Za pomocą pipety automatycznej przenieś 2,50 ml próbki do szklanej kolby miarowej o pojemności 25 ml, a następnie napełnij ją do kreski ultraczystą wodą.
3. Przenieś rozcieńczone próbki do plastikowych probówek o pojemności 15 ml i umieść je w odpowiednich miejscach w automatycznym podajniku próbek.
4. Przygotuj przyrząd ICP-MS (patrz Tabela materiałów) do pomiarów:
   1. Włączyć wentylację i agregat chłodniczy, który zaopatruje ICP-MS w wodę chłodzącą i chłodzi jego komponenty.
   2. Użyj kompatybilnego oprogramowania, aby upewnić się, że roztwór płuczący (1% wag. HNO₃) przepływa w sposób ciągły z automatycznego podajnika próbek do ICP-MS bez pulsacji.
   3. Otwórz butle z gazem Ar (czystość 99,999%) i He (czystość 99,999%) do zasilania ICP-MS w oba gazy. Sprawdź przepływ gazu w oprogramowaniu i wyreguluj go w razie potrzeby.
      UWAGA: Użyj ogniwa zderzeniowego z gazem He, gdy spodziewane są zakłócenia widmowe spowodowane tworzeniem się jonów wieloatomowych (np. ⁴⁰Ar¹⁶O⁺ interferujące z ⁵⁶Fe⁺)³⁷.
   4. Uruchom plazmę i skalibruj przyrząd za pomocą roztworu strojeniowego (patrz Tabela materiałów).
   5. Po skalibrowaniu przyrządu (pozycja palnika, napięcie wzmocnienia, napięcie obiektywu, masa/rozdzielczość, kalibracja impulsowa/analogowa (P/A), kalibracja bazy danych (DB) i walidacja), wybierz żądaną metodę pomiaru i wykonaj pomiary.
5. Podczas pracy z nieznanymi próbkami należy wykonać oznaczenie półilościowe, aby uzyskać informacje o tym, jakie pierwiastki są obecne w próbce i jakie jest ich przybliżone stężenie.
   UWAGA: Zaleca się dodatkowe rozcieńczenie próbek do oznaczania półilościowego, ponieważ detektory mają limit stężenia pierwiastków, które mogą wykryć jednocześnie. Niższe stężenia próbek mogą wydłużyć żywotność elementów urządzenia.
6. Po uzyskaniu danych o przybliżonych stężeniach pierwiastków w próbkach należy utworzyć w oprogramowaniu metodę ilościowego oznaczania pierwiastków. Wybierz warunki pracy ICP-MS (Tabela 1) i wybierz żądane elementy (w tym przypadku Cu, Fe, Mn i Zn). Określić liczbę i stężenia roztworów wzorca wymagane do utworzenia krzywej kalibracyjnej (czasami nazywanej krzywą analityczną lub krzywą roboczą) (tabela 1).
   UWAGA: Przygotuj co najmniej sześć różnych stężeń jako punkty kalibracji dla krzywej kalibracyjnej.
7. Przygotować roztwory wzorca do krzywej kalibracyjnej. Za pomocą pipet automatycznych odpipetować wymaganą objętość wielopierwiastkowych roztworów wzorcowych o stężeniu 100 mg/l do szklanych kolb miarowych o pojemności 25 ml, aby przygotować roztwory wzorców o następujących stężeniach: 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, i 50,0 μg/L. Napełnić kolby do kreski 1 % wag. HNO₃. Dodatkowo należy przygotować ślepą próbę kalibracyjną przy użyciu 1% wag. roztworu HNO₃ .
8. Przenieść przygotowane roztwory wzorca i próbek do plastikowych probówek o pojemności 15 ml, umieścić je w automatycznym podajniku próbek i uruchomić urządzenie zgodnie z procedurą opisaną w kroku 7.4.
9. Wykonaj pomiar ilościowy wybranych pierwiastków przy użyciu metodologii krzywej kalibracyjnej.
10. Po zakończeniu pomiarów wyłącz plazmę, zamknij dopływ gazu Ar i He, wyłącz agregat chłodniczy ICP-MS i wyłącz system wentylacji.

Wyniki

Homogenizacja
Wszystkie próbki wysuszono do stałej masy za pomocą suszarki laboratoryjnej w celu wyeliminowania wilgoci. Przeniesienie próbki do eksykatora pozwoliło jej schłodzić się do temperatury pokojowej bez wiązania wilgoci z otaczającego środowiska. Próbki żywności były następnie homogenizowane za pomocą miksera laboratoryjnego w celu uzyskania drobnego proszku. Powstałe homogenizowane cząstki były jednorodne pod względem wielkości i równomiernie rozłożone, zapewniając, że podpróbki (próbki po...

Dyskusja

Homogenizacja
Aby zapewnić powtarzalne wyniki w oznaczaniu pierwiastków, konieczna jest homogenizacja próbek przed mineralizacją kwasową ze względu na ich złożoną i niejednorodną strukturę i skład. Homogenizacja ma na celu wyeliminowanie niejednorodności konstytucyjnej i dystrybucyjnej. Mieszanie próbki minimalizuje niejednorodność dystrybucji poprzez równomierne rozmieszczanie składników w próbce. Podobnie, zmniejszając wielkość cząstek do jednolitej wielkości, zmniejsza się niejednorodność konstytuc...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Gaz	Ar Messer	7440-37-1	Gaz Ar 5.0 (czystość 99,999%).
System automatycznego podajnika próbek AS-10	Shimadzu		podłączony do ICP-MS, zawierający 68 portów dla próbek.
Pipety automatyczne	Sartorius		200 µ Pipety automatyczne L, 1 ml i 5 mL.
Balance XSE104 METTLER	Toledo, Columbus, Ohio, USA		Waga analityczna o maksymalnej masie ważenia 120 g.
		ceramiczny Nóż ceramiczny używany do cięcia świeżych próbek żywności.
Eksykator			Szklany eksykator z grudkami żelu krzemionkowego.
ETHOS LEAN	Milestone, Sorisole, Włochy		System mikrofalowy do mokrego roztwarzania kwasem w zamkniętych naczyniach o pojemności 100 ml wykonany z TFM-PTFE.
Wyciąg			laboratoryjny Wyciąg laboratoryjny z regulowanym przepływem powietrza.
Zlewki szklane RASOTHERM	CarlRoth GmbH + Co.KG		Zlewki szklane 50 mL, 250 mL
Lejki szklane Małe			szklane lejki pasujące do szyjki kolb miarowych.
Gaz He	Messer	7440-59-7	He 5.0 (czystość 99,999%).
Nadtlenek wodoru	ThermoFisher Scientific	7722-84-1	Hxdrogen nadtlenek 100 objętości 30% wag. roztwór. Klasa odczynnika laboratoryjnego.
Wielopierwiastkowy roztwór wzorcowy ICP VIII	Supelco	109492	100 mg/l Wielopierwiastkowy roztwór wzorcowy ICP zawierający 24 pierwiastki (Al, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Se, Sr, Te, Tl, Zn) w 2 % rozcieńczonym kwasie azotowym.
ICPMS 2030	Shimadzu		System spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie do analizy wielopierwiastkowej strawionych próbek.
ICP-MS Roztwór strojeniowy	CarlRoth GmbH + Co.KG		250 ml roztworu strojącego zawierającego 6 pierwiastków (Be, Bi, Ce, Co, In, Mn) w 1 % kwasie azotowym.
Rękawice nitrylowe KIMTECH Purple	Kimberly-Clark GmbH		Jednorazowe rękawice z fioletowego nitrylu (S, M lub L).
Fartuch laboratoryjny	Każdy dostępny dostawca		/
Mieszalnik B-400	BÜ CHI Labortechnik AG, Flawil, Szwajcaria		Mieszalnik laboratoryjny z ostrzami ceramicznymi.
Kwas azotowy	ThermoFisher Scientific	7697-37-2	Kwas azotowy, gatunek do analizy śladowej, 68 % wag., gęstość 1,42, Primar Plus, do analizy metali śladowych.
Plastikowe probówki wirówkowe	Isolab		50 ml plastikowe probówki wirówkowe z zakrętkami, jednorazowego użytku.
Plastikowe strzykawki Injekt	B. Braun		2 sztuki, jednorazowe strzykawki 20 ml.
Probówki plastikowe do podajnika próbek	Shimadzu	046-00147-04	Probówki plastikowe do podajnika próbek o pojemności 15 ml, średnicy 16 mm, długości 100 mm.
Pojemniki na odpady			Pojemniki z tworzywa sztucznego do usuwania substancji chemicznych po procedurze czyszczenia naczyń reakcyjnych.
Gogle			/
Próbki (brokuły, kiełbasa, makaron, cukinia, grzyby)			Świeże próbki, które zostały wysuszone do stałej masy i homogenizowane podczas zabiegu. Próbki zostały zakupione w lokalnym sklepie.
Szpatułka			Plastikowa szpatułka.
Sterylizator Instrumentaria ST 01/02	Instrumentaria Suszarka		z regulowaną temperaturą.
Filtry strzykawkowe	CHROMAFIL Xtra	729212	Filtry strzykawkowe z polipropylenową obudową i poliamidową membraną hydrofilową. Średnica membrany 25 mm, wielkość porów membrany 0,2 &mikro;m.
Woda ultraczysta	ELGA Labwater, Veolia Water Technologies.		Woda ultraczysta o rezystywności 18,2 MΩ cm, uzyskany za pomocą laboratoryjnego systemu oczyszczania wody.
Kolby			Szklane kolby miarowe o pojemności 25 ml.