Oznaczanie arsenu nieorganicznego w szerokim zakresie matryc spożywczych z wykorzystaniem wytwarzania wodorków - atomowa spektrometria absorpcyjna.
1 września 2017
Wykazano przydatność metody analitycznej do oznaczania arsenu nieorganicznego w szerokim zakresie matryc żywnościowych. Metoda polega na selektywnej ekstrakcji arsenu nieorganicznego do chloroformu z końcowym oznaczeniem metodą spektrometrii absorpcyjnej z wytwarzaniem wodorków.
Ogólnym celem tej metodologii analitycznej jest oznaczenie nieorganicznego arsenu w szerokim zakresie próbek żywności za pomocą selektywnej ekstrakcji i detekcji metodą spektroskopii absorpcyjnej z generowaniem wodorków. Jest to metoda pozioma, która pozwala na oznaczenie nieorganicznego arsenu, będącego najbardziej toksyczną formą arsenu występującą w produktach owocowych. Główną zaletą tej techniki jest fakt, że wymagana instrumentacja nie jest tak kosztowna i zaawansowana jak w przypadku HPLC-ICP-MS, a selektywność jest lepsza niż w przypadku bezpośredniej spektroskopii absorpcyjnej z generowaniem wodorków. Procedurę tę zaprezentuje Dinoraz Velez, jeden ze współautorów tej pracy oraz badacz z naszego laboratorium. Aby rozpocząć, należy dokładnie odważyć od 0,5 do 1 g liofilizowanej próbki do 50ml polipropylenowej probówki wirówkowej z nakrętką. Dodać 4,1ml wody dejonizowanej. Następnie mieszać próbkę na wstrząsarze mechanicznym przez około pięć minut, aż próbka zostanie całkowicie zwilżona. Dodać 18,4ml stężonego kwasu solnego. Mieszać na wstrząsarze mechanicznym przez 15 minut, a następnie pozostawić próbkę na 12 do 15 godzin. Aby przeprowadzić ekstrakcję, do zhydrolizowanej próbki należy najpierw dodać 2ml bromowodoru i 1ml roztworu kwasu siarkowego. Wstrząsać próbką przez 30 sekund na wstrząsarze mechanicznym lub ręcznie. Następnie dodać 10ml chloroformu. Po pięciominutowym mieszaniu próbki na wstrząsarze mechanicznym, wirować przez pięć minut przy 800 ×g. Po wirowaniu przenieść fazę chloroformową pipetą do drugiej 50ml polipropylenowej probówki wirówkowej. Dodać kolejne 10ml chloroformu do pozostałej fazy kwasowej i powtórzyć ekstrakcję. Po ekstrakcji powinno zostać zebrane około 20ml chloroformu. Należy uważać, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego z fazy kwasowej. Połączone fazy chloroformowe wirować przez pięć minut przy 800 ×g. Usunąć wszystkie pozostałości fazy kwasowej znajdujące się na chloroformie za pomocą pipety 1ml. Następnie przefiltrować chloroform przez hydrofobową membranę PTFE, aby usunąć pozostałe ciała stałe lub pozostałości fazy kwasowej obecne w fazie chloroformowej. Zebrać fazę chloroformową do 50ml polipropylenowej probówki wirówkowej. Ten krok jest kluczowy. Jakakolwiek faza kwasowa pozostała w fazie chloroformowej doprowadzi do zawyżenia wyników zawartości arsenu nieorganicznego, ponieważ wszystkie pozostałe formy arsenu w próbce znajdują się w tej fazie kwasowej. Aby przeprowadzić reeksstrakcję, dodać 10ml jednomolarnego kwasu solnego, aby wyekstrahować arsen nieorganiczny z fazy chloroformowej zebranej po etapie filtracji. Następnie wstrząsać próbką przez pięć minut na wstrząsarze mechanicznym. Wirować próbkę przez pięć minut przy 800 ×g. Po wirowaniu przenieść fazę kwasową pipetą do 250ml zlewki szklanej w celu mineralizacji. Powtórzyć reeksstrakcję i połączyć zebrane fazy HCl. Zawiesić 20 g sześciowodnego azotanu magnezu i dwa g tlenku magnezu w 100ml wody dejonizowanej. Następnie dodać 2,5ml tej zawiesiny do zlewki szklanej, wstrząsając podczas dodawania, aby uniknąć wytrącenia osadu. Następnie dodać 10ml stężonego kwasu azotowego i odparować do suchoty w łaźni piaskowej, unikając rozprysków. Przykryć zlewkę szkiełkiem zegarkowym lub podobnym elementem. Następnie umieścić zlewkę w piecu muflowym w temperaturze początkowej nieprzekraczającej 150
Przegląd
W niniejszym artykule przedstawiono metodę analityczną oznaczania nieorganicznego arsenu w różnych matrycach spożywczych. Metoda ta wykorzystuje selektywną ekstrakcję do chloroformu, a następnie detekcję za pomocą spektrometrii absorpcyjnej z generowaniem wodorków.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Chemia analityczna
- Bezpieczeństwo żywności
- Toksykologia
Wstęp
- Nieorganiczny arsen jest toksycznym zanieczyszczeniem występującym w produktach spożywczych.
- Obecne metody detekcji mogą być kosztowne i skomplikowane.
- Celem niniejszego badania jest dostarczenie bardziej dostępnej techniki analitycznej.
- Spektroskopia absorpcyjna atomów z generowaniem wodorków oferuje poprawioną selektywność.
Cel badania
- Opracowanie kosztowo efektywnej metody wykrywania nieorganicznego arsenu.
- Wykazanie skuteczności technik ekstrakcji selektywnej.
- Zwiększenie dokładności pomiarów arsenu w próbkach żywności.
Zastosowane metody
- Ważenie i przygotowanie liofilizowanych próbek żywności.
- Hydroliza próbek kwasem solnym.
- Selektywna ekstrakcja przy użyciu chloroformu.
- Wykrywanie arsenu nieorganicznego za pomocą spektrometrii absorpcyjnej z generowaniem wodorków.
Główne wyniki
- Metoda ta pozwala na skuteczną ekstrakcję nieorganicznego arsenu z matryc żywnościowych.
- Wyniki wskazują na poprawioną selektywność w porównaniu z metodami tradycyjnymi.
- Technika ta jest powtarzalna i niezawodna dla różnych rodzajów żywności.
- Analiza kosztów wykazuje, że metoda ta jest bardziej dostępna w rutynowych badaniach.
Wnioski
- Ta metoda stanowi realną alternatywę dla wykrywania arsenu w żywności.
- Zapewnia ona równowagę między kosztem a wydajnością, co czyni ją odpowiednią do szerokiego zastosowania.
- Przyszłe badania mogą rozszerzyć zakres jej zastosowania o inne zanieczyszczenia.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niniejsza metoda analityczna umożliwia kosztowo efektywną i selektywną detekcję nieorganicznego arsenu w różnorodnych matrycach żywnościowych, wspierając ocenę ryzyka w zakresie bezpieczeństwa żywności oraz profilowanie zanieczyszczeń. Dzięki zapewnieniu powtarzalnego oznaczania ilościowego przy niskiej granicy wykrywalności, metoda ta pomaga w generowaniu wiarygodnych danych o ekspozycji do oceny toksykologicznej. Podejście to stanowi praktyczną alternatywę dla droższej aparatury, ułatwiając szersze zastosowanie w rutynowych laboratoriach badania żywności.
Strategiczne Zastosowania w Badań i Rozwoju Biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie specjacji arsenu w celu wyjaśnienia mechanizmów toksykologicznych w badaniach nad bezpieczeństwem żywności.
- Wartość operacyjna: Wspiera testowanie hipotez dotyczących biodostępności nieorganicznego arsenu w różnych matrycach żywnościowych.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Zapewnia selektywną ekstrakcję i detekcję nieorganicznego arsenu, zwiększając swoistość analizy w badaniach przesiewowych zanieczyszczeń.
- Wartość operacyjna: Dostarcza powtarzalne wyniki ilościowe z określoną granicą oznaczalności, co umożliwia standaryzację przeprowadzania analizy.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Generuje istotne dla chorób dane dotyczące ekspozycji poprzez ilościowe oznaczanie nieorganicznego arsenu w żywności, wspierając translacyjną ocenę ryzyka.
- Wartość operacyjna: Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia po walidację przedkliniczną dzięki spójnym wynikom uzyskiwanym w różnych laboratoriach.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w ciąg badań nad bezpieczeństwem żywności, wspierając procesy identyfikacji zagrożeń, oceny narażenia oraz charakterystyki ryzyka w badaniach toksykologicznych i nad bezpieczeństwem żywności.
- Biologia odkrywcza: Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez umożliwienie dokładnego oznaczania ilości toksycznych nieorganicznych form arsenu w złożonych matrycach żywnościowych.
- Przesiewanie: Poprawia gotowość testów dzięki selektywnej ekstrakcji i powtarzalnej detekcji, co redukuje liczbę wyników fałszywie dodatnich pochodzących od innych form arsenu.
- Analityka: Dostarcza pomiarów ilościowych za pomocą spektrometrii absorpcyjnej z generowaniem wodorków, co pozwala na porównania międzylaboratoryjne i harmonizację danych.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki analityczne z ciągłością przedkliniczną, dostarczając danych o stężeniach istotnych dla ekspozycji do modelowania toksykologicznego.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Stanowi skalowalną, kosztowo efektywną platformę odpowiednią do wdrożenia w wielu punktach testowania żywności i programach oceny biegłości.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Poprawia pewność prognostyczną danych dotyczących specjacji arsenu, ograniczając niejednoznaczność mechanistyczną w ocenach bezpieczeństwa żywności.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację, powtarzalność i niskie wymagania infrastrukturalne w porównaniu do technik sprzężonych, takich jak HPLC-ICP-MS.
- Wartość strategiczna: Umożliwia lepszą priorytetyzację działań w zakresie monitorowania bezpieczeństwa żywności w oparciu o ryzyko dzięki niezawodnemu oznaczaniu ilości zanieczyszczeń.
- Wpływ na portfolio: Wspiera decyzje o rozwoju programów bezpieczeństwa żywności dostosowane do poziomu ryzyka poprzez dostarczanie rzetelnych danych o ekspozycji.
Wskazówki dotyczące realizacji
- Wymagana jest wiedza z zakresu przygotowywania próbek, ekstrakcji selektywnej oraz technik generowania wodorków.
- Niezbędne jest podstawowe instrumentarium, w tym system generowania wodorków oraz spektrometr absorpcyjny.
- Wymagana jest standaryzacja protokołów ekstrakcji i re-ekstrakcji pomiędzy zespołami w celu zapewnienia powtarzalności.
- Należy uwzględnić modyfikacje w zależności od rodzaju macierzy żywnościowej, ponieważ różnice w zawartości białek i lipidów wpływają na wydajność ekstrakcji.
- Ograniczenia praktyczne obejmują konieczność starannego rozdzielenia faz, aby uniknąć przeniesienia fazy kwasowej, co mogłoby prowadzić do zawyżenia wyników.
