Przygotowanie próbek żywności z wykorzystaniem homogenizacji i roztwarzania kwasowego na mokro wspomaganego mikrofalami w celu oznaczania wielu pierwiastków za pomocą ICP-MS
22 grudnia 2023
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.
Nasze badania mają na celu określenie składu pierwiastkowego różnych próbek żywności za pomocą różnych urządzeń spektroskopowych, na przykład do kontroli jakości próbek żywności. Oprócz ICP-MS nasze laboratorium może również wykonywać analizę pierwiastkową strawionych próbek żywności za pomocą ICP-OS, atomowej spektroskopii absorpcyjnej i chromatografii jonowej. Możemy jednak również przeprowadzić analizę pierwiastkową za pomocą fotospektroskopii rentgenowskiej i jonmostometrii wtórnej czasu przelotu.
Obecne wyzwania eksperymentalne, przed którymi stoimy, dotyczą głównie procesu przygotowania próbek. Naszym celem jest poprawa przepustowości próbki i optymalizacja procedury czyszczenia w celu zminimalizowania przenoszenia próbki. Informacje zawarte w artykule dotyczą homogenizacji próbki, mineralizacji kwasowej i analizy elementarnej, aby lepiej zrozumieć krytyczne procedury przygotowania SAPA i późniejszej analizy, ponieważ podkreślamy ważne kroki, sugestie i ograniczenia całego procesu, Skupimy się na optymalizacji całych procesów dla próbek takich jak warzywa, wino, lody, płyny, a w przyszłości, nawet próbki nieorganiczne, które wymagają różnych technik przygotowania próbek.
Na początek użyj czystego noża ceramicznego, aby ręcznie pokroić próbki żywności na mniejsze kawałki. Przenieść próbki do szklanych zlewek o pojemności 250 mililitrów. Następnie umieść próbki w suszarce w temperaturze 105 stopni Celsjusza, aż nie nastąpi zmiana masy.
Następnie przenieść wysuszoną próbkę do zlewki miksera. Zmielić próbkę, aż zamieni się w drobny proszek lub jednorodną pastę. Za pomocą czystej, plastikowej szpatułki przenieś homogenizowaną próbkę do szklanej zlewki o pojemności 50 mililitrów.
Następnie odważyć 250 miligramów próbki do otwartego naczynia reakcyjnego na wadze analitycznej. Po zakończeniu ważenia przykryj naczynie reakcyjne pokrywką, a następnie przenieś je do dygestorium. Teraz otwórz pokrywy naczyń reakcyjnych.
Następnie odpipetuj pięć mililitrów 68% kwasu azotowego i jeden mililitr 30% nadtlenku wodoru do każdego naczynia reakcyjnego. Za pomocą pipety o pojemności 200 mikrolitrów dodaj 37,5 mikrolitra wielopierwiastkowego roztworu wzorcowego ICP do naczyń reakcyjnych w celu przeprowadzenia testu odzyskiwania wzbogaconego, upewnij się, że każda próbka bez wzbogaceń i wzbogaceń jest przygotowana w trzech egzemplarzach. Umieść pokrywki na naczyniach reakcyjnych i przykręć osłonę gwintu do naczyń reakcyjnych, aby dokręcić pokrywy.
Pozostawić próbki do reakcji z kwasami przez dwie do trzech minut. Aby przeprowadzić roztwarzanie kwasowe na mokro wspomagane mikrofalami, należy rozprowadzić symetrycznie zamknięte naczynia reakcyjne w stojaku mikrofalowym. Włóż ruszt do komory kuchenki mikrofalowej i zamontuj go na uchwycie.
Następnie zamknij drzwi kuchenki mikrofalowej. Trawienie próbek przy użyciu wybranego programu mineralizacji przy jednoczesnym monitorowaniu zmian warunków reakcji na ekranie. Po zakończeniu trawienia wyjmij ruszt z komory piekarnika.
Zamknij drzwiczki instrumentu i wyłącz go. Teraz powoli otwórz pokrywki naczyń reakcyjnych, aby uwolnić wszelkie gazy powstałe podczas trawienia. Obrócić naczynia reakcyjne w kierunku dygestorium.
Za pomocą szklanego lejka przenieść ilościowo strawioną próbkę do czystej, szklanej kolby miarowej o pojemności 25 mililitrów. Rozcieńczyć próbkę ultraczystą wodą do kreski na kolbie. Następnie zamknąć otwór kolby korkiem i dobrze wymieszać zawartość.
Następnie podłącz plastikową strzykawkę o pojemności 20 mililitrów do poliamidowego filtra strzykawkowego. Napełnij strzykawkę rozcieńczoną próbką, a następnie przefiltruj jej zawartość do 50-mililitrowej plastikowej probówki wirówkowej. W wyniku homogenizacji uzyskano drobne cząstki w próbce, które były jednorodne pod względem wielkości i równomiernie rozłożone.
Trawienie kwasowe powodowało stały wzrost temperatury w miarę upływu czasu. Na początek odpipetuj 2,5 mililitra przefiltrowanych, strawionych próbek żywności do 25-mililitrowych szklanych kolb miarowych. Uzupełnić objętość kolby ultraczystą wodą.
Przenieś rozcieńczone próbki do 15-mililitrowych plastikowych probówek i umieść je w odpowiednich pozycjach w automatycznym podajniku próbek. Następnie włącz wentylację i agregat chłodniczy przyrządu ICP-MS. Zaprogramuj oprogramowanie tak, aby umożliwiało ciągły przepływ roztworu płuczącego z automatycznego podajnika próbek do urządzenia bez pulsacji.
Otwórz butle z argonem i helem, aby zasilić instrument. Następnie uruchom instrument i skalibruj go za pomocą roztworu strojeniowego. Po określeniu przybliżonych stężeń pierwiastków za pomocą analizy półilościowej, należy utworzyć w oprogramowaniu metodę ilościowej analizy pierwiastkowej.
Wybierz pierwiastki do analizy i zdecyduj o liczbie i stężeniach roztworów wzorca potrzebnych do skonstruowania krzywej kalibracyjnej. Aby przygotować roztwory wzorca za pomocą pipet automatycznych, dodaj wymagane objętości wielopierwiastkowego roztworu wzorcowego do szklanej kolby miarowej o pojemności 20 mililitrów. Uzupełnić każdą kolbę 1% kwasem azotowym.
Przygotować ślepą próbę kalibracyjną z tylko 1% roztworem kwasu azotowego. Wykonaj analizę ilościową wybranych pierwiastków w próbkach w oparciu o metodologię krzywej kalibracyjnej. Po zakończeniu pomiarów wyłącz plazmę, zamknij dopływ argonu i helu.
Następnie wyłącz agregat ICP-MS i system wentylacji. Liniowe zakresy stężeń dla wszystkich mierzonych pierwiastków mieściły się w zakresie od 1 do 50 mikrogramów na litr. Procent odzysku dla wszystkich analitów zmierzonych we wszystkich czterech próbkach żywności mieścił się w zakresie od 80% do 120%, co wskazuje na dokładność metody analitycznej.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł przedstawia protokół wyznaczania składu pierwiastkowego próbek żywności poprzez homogenizację próbek i trawienie kwasem. Omówione metody obejmują trawienie kwasem mokrym wspomagane mikrofalami oraz wielopierwiastkowe oznaczenie za pomocą spektrometrii masowej z plazmą indukcyjnie sprzężoną (ICP-MS).
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nauki o żywności
- Chemia analityczna
- Analiza pierwiastkowa
Tło
- Analiza pierwiastkowa jest kluczowa dla kontroli jakości żywności.
- Można wykorzystać różne urządzenia spektroskopowe do analizy.
- Przygotowanie próbki jest istotnym wyzwaniem w procesie analizy.
- Optymalizacja procedur czyszczenia jest konieczna, aby zmniejszyć przenoszenie próbek.
Cel badania
- Aby poprawić przepływ próbek w analizie pierwiastkowej.
- Aby zoptymalizować techniki przygotowywania próbek dla różnych rodzajów żywności.
- Aby podkreślić ważne kroki i ograniczenia w procesie przygotowania próbek.
Zastosowane metody
- Homogenizacja próbek za pomocą mieszadła laboratoryjnego.
- Trawienie kwasem za pomocą mieszaniny HNO3 i H2O2.
- Trawienie kwasem mokrym wspomagane mikrofalami.
- Wielopierwiastkowe oznaczenie za pomocą ICP-MS.
Główne wyniki
- Udana analiza pierwiastkowa różnych próbek żywności.
- Identyfikacja krytycznych procedur przygotowywania próbek.
- Rekomendacje dotyczące optymalizacji procesu analizy.
- Plany przyszłych analiz próbek nieorganicznych z zastosowaniem różnych technik.
Wnioski
- Skuteczna przygotowanie próbek jest niezbędne do dokładnej analizy pierwiastkowej.
- Strategie optymalizacji mogą zwiększyć przepływ i zmniejszyć skażenie.
- Kontynuacja badań jest potrzebna, aby udoskonalić metody dla różnorodnych typów próbek.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Robust sample homogenization and microwave-assisted acid digestion are foundational for high-confidence multi-element quantification in food matrices using ICP-MS. These procedures directly impact data quality, reproducibility, and throughput in analytical pipelines supporting food safety, quality control, and regulatory compliance. Standardized preparation workflows reduce contamination risk and analyte loss, enabling reliable cross-study and cross-laboratory comparisons.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables precise quantification of trace elements critical for nutritional and toxicological studies.
- Supports mechanistic de-risking by ensuring analyte integrity and minimizing matrix effects.
- Facilitates hypothesis-driven interrogation of food composition and contaminant pathways.
Screening & Assay Development
- Delivers uniform, reproducible sample matrices for downstream multi-element analysis.
- Standardizes workflows for high-throughput screening of diverse food types.
- Ensures quantitative outputs suitable for method validation and inter-lab benchmarking.
Translational & Preclinical Research
- Aligns sample preparation with regulatory and quality standards for food safety studies.
- Enables continuity from discovery to preclinical evaluation of food additives or contaminants.
- Supports risk-adjusted advancement of analytical methods for broader application.
Pipeline & Workflow Integration
Homogenization and microwave-assisted digestion position sample preparation at the critical interface between raw material intake and high-sensitivity elemental analysis, supporting workflows from discovery through quality assurance.
- Discovery Biology: Provides reliable matrices for hypothesis testing and mechanistic studies of food composition.
- Screening: Ensures assay readiness and reproducibility for multi-element detection platforms.
- Analytics: Delivers quantitative, contamination-minimized outputs for robust statistical comparison.
- Translational Research: Bridges analytical workflows to regulatory and preclinical validation requirements.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, standardized protocol adaptable to various food and environmental matrices.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces analytical ambiguity in elemental profiling.
- Operational Value: Enhances throughput, reproducibility, and contamination control across sample types.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and efficient resource allocation in analytical development.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of analytical methods and sample types for further study.
Implementation Considerations
- Requires expertise in sample handling, contamination control, and analytical chemistry.
- Demands access to homogenization equipment, microwave digestion systems, and ICP-MS instrumentation.
- Necessitates rigorous cleaning and standardization protocols to minimize carryover and variability.
- Adaptable to a range of food matrices but may require protocol adjustments for inorganic or highly heterogeneous samples.
- Throughput and accuracy depend on careful optimization of digestion and filtration steps.
