Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

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

Published: December 22, 2023 doi: 10.3791/65624
Automatic Translation
1, 1, 1
1Faculty of Chemistry and Chemical Engineering, University of Maribor

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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 stripvoltammetrie15,16. 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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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.% H2Ø2 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.% H2O2 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% HNO3-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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 uit een groter monster) die werden gebruikt voor zure vergisting representatief waren. De monsters konden gemakkelijk uit de mengbeker worden verwijderd met behulp van een plastic spatel, behalve het monster van gedroogd vlees, dat moeilijker te verwijderen was vanwege het hogere vetgehalte. Door het hogere vetgehalte hechtte het monster zich gedeeltelijk aan de glazen wanden van de mengbeker. De vergelijking van verse, gedroogde en gehomogeniseerde monsters wordt weergegeven in figuur 2.

De onderdelen van het instrument moesten meerdere keren worden gereinigd met ultrapuur water om alle voedseldeeltjes die in de mixer achterbleven te verwijderen.

Het is van essentieel belang ervoor te zorgen dat de gewogen massa van het monster de maximaal toegestane waarde in de reactievaten niet overschrijdt. De weging werd uitgevoerd met behulp van een analytische balans bij een constante temperatuur en er werd een plastic spatel gebruikt om verontreiniging met metalen spatels te voorkomen.

Zure vertering
Alle monsters die in het protocol werden gebruikt, waren voedselmonsters die verschillende hoeveelheden koolhydraten, eiwitten en vetten bevatten. HNO3 is in combinatie met H2O2 geschikt voor de vertering van deze moleculen en andere chemicaliën zijn niet nodig. De chemicaliën werden behandeld in een zuurkast, aangezien HNO3 dampen vormt. Na het toevoegen van de chemicaliën aan de TFM-PTFE-reactievaten, werden afdekdeksels op de bovenkant van de reactievaten gemonteerd en goed afgedicht om mogelijke verontreiniging en verlies van analyt te voorkomen. De reactievaten werden symmetrisch verdeeld in het rek om een gelijkmatige microgolfbestraling in het microgolfsysteem te garanderen.

Tijdens de zuurvertering werd de deur van het microgolfsysteem gesloten en kon de deur pas aan het einde van het protocol worden geopend. Het hele proces van zure vertering kan worden gevolgd op het scherm van het apparaat, waarbij de temperatuurverandering in de loop van de tijd wordt weergegeven (Figuur 7).

Nadat de zuurdigestie was voltooid en de oplossingen van de verteerde monsters tot kamertemperatuur waren afgekoeld, werden de reactievaten in de zuurkast geopend. Ze werden zo langzaam mogelijk geopend. Als de druk te snel wordt afgelaten, kunnen zelfs kleine druppeltjes van het reactiemengsel ontsnappen, wat resulteert in verlies van analyt. Bij het openen van de reactievaten kwam een geel of geeloranje gas vrij (figuur 8). De verkleuring van de dampen kan worden toegeschreven aan NO2, dat bij hogere temperaturen oranje dampen vormt. De drukverhoging in de reactievaten was te wijten aan de oxidatie van voedselmonsters met HNO3, wat resulteerde in de vorming van gassen zoals CO2, H2O, NO, enz. Nadat de reactievaten waren ontgast, bleef er een lichtgele of kleurloze oplossing van het verteerde monster achter in het reactievat, wat aangeeft dat totale zuurvertering door MAWD was bereikt. Dit werd verder bevestigd door de afwezigheid van zichtbare deeltjes in de oplossing.

De laatste stap van de monstervoorbereiding bestond uit het verdunnen van de verteerde monsters met ultrapuur water om de resterende zuurgraad (RA) te verminderen. Hoge RA-waarden verstoren de metingen door het achtergrondsignaal te versterken. Verdunning verlaagt ook de concentratie metaalionen in het vloeistofmonster26. Bij het overbrengen van de oplossing van de verteerde monsters in volumetrische kolven werden de componenten van het reactievat grondig gespoeld met ultrapuur water om de analyt volledig over te brengen. Een probleem dat zich voordoet is dat kleine druppels ultrapuur water, die de analyt van belang kunnen bevatten, zich aan de wanden van de reactievaten hechten. Na verdunning met ultrapuur water tot de 25 ml-markering werden alle monsters kleurloos. De uiteindelijke oplossingen van de verteerde monsters bevatten in water oplosbare zouten, aangezien de in het monster aanwezige metaalelementen reageerden met HNO3 om goed oplosbare nitraten te vormen. Elementaire analysetechnieken kunnen de metaalionen bepalen die in water oplosbare zouten vormen. Bij het filteren van de verdunde oplossingen is het belangrijk om de eerste paar druppels weg te gooien om ervoor te zorgen dat eventuele deeltjes of verontreinigingen worden verwijderd. Na filtratie werden de oplossingen goed afgesloten om lekkage te voorkomen en vervolgens in de koelkast bewaard.

De belangrijkste beperking van de procedure van zure vergisting is de doorvoer van monsters. Het MAWD-systeem kan slechts een beperkt aantal monsters tegelijk verteren. Bovendien kan elke digestie en de daaropvolgende stap van de monstervoorbereiding enkele uren in beslag nemen. Bovendien is het reinigen van reactievaten ook tijdrovend, maar het is van cruciaal belang om het risico op kruisbesmetting tussen monsters tot een minimum te beperken.

Bepaling van meerdere elementen met ICP-MS
Voor elk element werd een kalibratiecurve geconstrueerd. Ze werden verkregen door de intensiteit uit te zetten als functie van de analytconcentraties (figuur 9). De lineaire concentratiebereiken voor alle gemeten elementen lagen in het bereik van 1,0 μg/L tot 50,0 μg/L.

De LOD en LOQ voor elk element werden berekend met behulp van respectievelijk vergelijking 1 en vergelijking 2. In beide vergelijkingen vertegenwoordigt sblank de standaarddeviatie van de verschillende metingen van kalibratie blank (10 replicaten)38,39, terwijl b1 de helling van de kalibratiecurve voorstelt.

Equation 1(1)

Equation 2(2)

De verkregen LOD's waren 0,5 ng/L, 2,8 ng/L, 2,8 ng/L en 3,2 ng/L voor respectievelijk Mn, Cu, Fe en Zn. De verkregen LOQ's waren respectievelijk 1,6 ng/L, 9,2 ng/L, 9,5 ng/L en 10,8 ng/L voor Mn, Cu, Fe en Zn.

Van elk monster werden zes replicaatvergistingen uitgevoerd. Van elk monster werden drie replicaatdigesties uitgevoerd zonder het monster te prikken met standaardoplossingen, en drie replicaatdigesties werden uitgevoerd met toevoeging van een oplossing van een bekende hoeveelheid analytstandaard om de nauwkeurigheid (spike-hersteltest40) en precisie van de hele methodologie te testen. Voor de bepaling van de nauwkeurigheid vóór de digestieprocedure werd 37,5 μl ICP-standaardoplossing met meerdere elementen van 100 mg/l gepipetteerd in de reactievaten die het monster bevatten, wat resulteerde in een toename van de concentratie met 15,0 μg/l in monsters met spikes die met een factor 10 werden verdund. Dit kwam ook overeen met een toename van 15,0 μg per gram monster voor elk gemeten metaalion. De nauwkeurigheid en precisie werden bepaald met behulp van respectievelijk Rec en relatieve standaarddeviatie (RSD).

De nauwkeurigheid van een analysemethode kan worden beoordeeld aan de hand van de spike-hersteltest. Daartoe wordt een oplossing van een bekende hoeveelheid analytstandaard aan het monster toegevoegd, die vervolgens wordt verteerd onder dezelfde reactieomstandigheden als monsters die niet zijn verrijkt41. De Rec wordt berekend met behulp van vergelijking 3, waarbij γi de gemeten concentratie van de verrijkte monsters na digestie is, terwijl γt de bepaalde concentratie van het niet-gespikete monster vertegenwoordigt door rekening te houden met de toename van de toegevoegde oplossing van de analytstandaard. De γi en γt zijn gemiddelden van de drie replicaten. De analysemethode wordt geacht nauwkeurig te zijn wanneer de Rec tussen 80,00% en 120,00% ligt42.

Equation 3(3)

De precisie van een analysemethode wordt geëvalueerd met RSD. Het beschrijft de mate van overeenstemming tussen onafhankelijke resultaten, die werden verkregen door middel van verschillende duplicaatmetingen. RSD wordt berekend met behulp van vergelijking 4, waarbij sm de standaarddeviatie van de duplicaatmetingen voor de concentratiebepaling vertegenwoordigt, terwijl Equation 4 de gemiddelde waarde van de vastgestelde concentraties wordt weergegeven. De analysemethode wordt als nauwkeurig beschouwd als de RSD-waarde lager is dan 20,00%43.

Equation 5(4)

Alle monsters werden vóór de ICP-MS-metingen (voor de eerste reeks metingen) verdund met ultrapuur water met een factor 10. De verdunning verlaagde de concentratie van de matrixcomponenten die in de analysator werden ingebracht. Bovendien neemt de RA af door het monster te verdunnen. Een hoge RA kan de efficiëntie van plasma-ionisatie in gevaar brengen of leiden tot problemen met matrixinterferentie. Als de concentratie van de analyten na de eerste reeks metingen lager is dan de LOQ, moet de verdunningsfactor lager zijn dan 10. De kwantificering van de metaalionen werd uitgevoerd met behulp van een kalibratiecurve. De waarden van de berekende resultaten moeten dezelfde nauwkeurigheid hebben (hetzelfde aantal significante cijfers) als de oplossing van de standaard die voor de kalibratie wordt gebruikt. Het gehalte aan metaalionen in het monster werd uitgedrukt als μg per gewichtsgram (μg/g). Dit werd bereikt door de gemeten massaconcentratie van het geanalyseerde monster te vermenigvuldigen met de verdunningsfactor om de concentratie in het oorspronkelijke verteerde monster te verkrijgen. Deze massaconcentratie werd vervolgens vermenigvuldigd met het volume van het verteerde monster (25 ml) en vervolgens gedeeld door de aanvankelijk gewogen massa van het gehomogeniseerde monster (de aanvankelijk gewogen massa is de massa van het monster dat in het reactievat voor de MAWD werd gewogen). Alle waarden worden gerapporteerd als een gemiddelde van drie replicaten.

De gerapporteerde inhoud van de onderstaande elementen wordt weergegeven als Equation 4 ± sm. Het gehalte aan Cu, Mn en Zn in het broccolimonster was respectievelijk 5,9 ± 0,5 μg/g, 32,5 ± 2,7 μg/g en 42,8 ± 0,2 μg/g. De vastgestelde massaconcentratie van Fe in broccolimonsters overschreed de bovengrens van het lineaire concentratiebereik van de kalibratiecurve (d.w.z. 50,0 μg/L). Zo werd de oplossing van het monster verdund met ultrapuur water met een factor 2 en werd de ICP-MS-meting van deze oplossing uitgevoerd. De resultaten toonden aan dat de broccoli 63,0 ± 1,9 μg/g Fe bevatte.

Voor de paddenstoel was het gehalte aan Zn, Fe, Cu en Mn respectievelijk 35,6 ± 1,4 μg/g, 30,4 ± 1,3 μg/g, 18,5 ± 1,0 μg/g en 5,4 ± 0,3 μg/g. Worsten bevatten 42,2 ± 0,9 μg/g Fe, 25,1 ± 2,6 μg/g Zn en 1,0 ± 0,1 μg/g Cu. De bepaling van de verteerde oplossing met ICP-MS, die 10 keer werd verdund, toonde aan dat de concentratie Mn lager was dan de ondergrens van het lineaire concentratiebereik (d.w.z. 1,0 μg/L). Zo werd de oorspronkelijke oplossing van het worstmonster slechts met een factor 5 verdund en werd de bepaling van meerdere elementen met ICP-MS herhaald. Het gehalte aan Mn in worstmonsters werd vastgesteld op 0,9 ± 0,3 μg/g. Noedels bevatten 5,4 ± 2,8 μg/g Zn, 10,3 ± 1,2 μg/g Fe, 1,6 ± 0,3 μg/g Cu en 7,5 ± 0,2 μg/g Mn.

De Rec voor alle analyten die in alle vier de monsters werden gemeten, lag in het bereik van 80,00%-120,00%, wat de nauwkeurigheid van de analysemethode aangeeft. Uit de berekeningen bleek dat de analysemethode nauwkeurig was, aangezien de RSD-waarden lager waren dan 20,00%, met uitzondering van de RSD voor Zn in noedelmonsters. De resultaten zijn weergegeven in tabel 2.

Figure 1
Figuur 1: Laboratoriummenger gebruikt voor de homogenisatie van voedselmonsters. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Vergelijking van verse, gedroogde en gehomogeniseerde monsters. (A-D) Verse monsters van broccoli, champignons, worst en noedels. (E-H) gedroogde monsters van broccoli, champignons, worst en noedels. (I-L) gehomogeniseerde monsters van broccoli, champignons, worst en noedels. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: Weging van het monster op een analytische balans. Dit gebeurt van bovenaf door de bovenste klep te openen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: Magnetronsysteem. Het microgolfsysteem voor zuurvergisting met touchscreen aan de zijkant voor het selecteren van reactiecondities en het bewaken van het proces van zuurvergisting. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 5
Figuur 5: Componenten die worden gebruikt voor zuurvergisting met behulp van microgolven. (A) Rek met 14 reactievaten voor zuurvergisting in de kamer van de magnetron. (B) TFM-PTFE-reactievaten bestaan uit 3 delen. Zodra de vaten met deksels zijn afgesloten, kunnen noch het monster, noch de gassen uit de reactievaten ontsnappen of erin komen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 6
Figuur 6: De inwendige werking van de reactievaten in de zuurkast. (A) De geeloranje verkleuring van de rookgassen is te wijten aan NO2 dat bij zure vertering wordt geproduceerd. (B) De gele verkleuring van de oplossing van het verteerde monster nadat de meeste gassen uit het reactievat zijn ontsnapt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 7
Figuur 7: Verandering van temperatuur in de loop van de tijd. Een grafiek die de temperatuurverandering laat zien als functie van de tijd tijdens zure vertering met MAWD. T2 staat voor de temperatuur van het reactiemengsel in de reactievaten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 8
Figuur 8: Opening van de reactievaten onder de zuurkast, waar geeloranje gassen vrijkomen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 9
Figuur 9: Voorbeeld van een kalibratiecurve voor Mn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 10
Figuur 10: ICP-MS-instrument gebruikt voor de bepaling van meerdere elementen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Tabel 1: Bedrijfsomstandigheden van het ICP-MS-instrument. Klik hier om deze tabel te downloaden.

Tabel 2: Rec- en RSD-waarden van broccoli, champignons, worst en noedels. Klik hier om deze tabel te downloaden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 tot een uniforme grootte, wordt de constitutionele heterogeniteit verminderd44. Om representatief te zijn voor de representatief45 moeten de uit het homogenaat verkregen deelmonsters dezelfde verhouding van de bestanddelen bevatten als het oorspronkelijke monster.

Homogenisatie wordt bereikt door een kracht uit te oefenen om het monster in kleinere deeltjes af te breken46. Monsters kunnen worden gehomogeniseerd door snijden, hakken, knippen, pletten, malen of mengen. Bij de juiste methode moet echter rekening worden gehouden met de mate van hardheid, broosheid, abrasiviteit, elasticiteit, vorm en het vermogen van het monster om zich te hechten aan de componenten van de homogenisator, methode47.

Het monster kan handmatig worden geplet met een vijzel of worden gemalen in verschillende molens (messenmolen, snijmolen, kogelmolen, mengmolen, enz.) en andere vormen van homogenisatoren48. Kleine mixers ter grootte van een laboratorium met keramische of metalen bladen worden vaak gebruikt voor homogenisatie, omdat ze de deeltjesgrootte snel verkleinen door het monster te desintegreren en tegelijkertijd te mengen. Het vermalen van monsters tot kleinere homogene deeltjes vergroot het specifieke oppervlak, wat de zuurvertering door MAWD versnelt.

Er moet echter voor worden gezorgd dat verontreiniging door slijtage tijdens het slijpen wordt voorkomen. De monsters mogen niet worden gehomogeniseerd met messen die dezelfde metalen bevatten als de elementen die na zure vertering moeten worden bepaald. Bijgevolg worden keramische mesjes vaker gebruikt in vergelijking met metalen mesjes. Homogenisatie is vaak een belangrijke factor die bijdraagt aan kruisbesmetting, meestal door onjuist gereinigde inventaris en instrumentcomponenten, wat resulteert in systematische fouten. Na gebruik moet elk onderdeel van de mixer grondig worden gereinigd en gewassen met ultrapuur water.

Cryogeen malen wordt gebruikt bij het homogeniseren van monsters die moeilijker te breken zijn. Het monster wordt ingevroren met vloeibare stikstof (die -196 °C heeft), waardoor het broos is en gemakkelijker te homogeniseren49,50.

Zure vertering
Een van de meest gebruikte oxiderende zuren bij zure vergistingsprocedures is HNO3. Het wordt meestal gebruikt in combinatie met een lage hoeveelheid H2O2, die het oxiderende vermogen van het zuur verhoogt, waardoor de efficiëntie van de spijsvertering wordt verbeterd20. Een mengsel van deze twee chemicaliën wordt vaak gebruikt voor de vertering van organische monsters, waaronder voedselmonsters51. De vergisting van organische monsters in MAWD vindt plaats bij verhoogde druk en temperaturen die het kookpunt (121 °C) van HNO3 azeotroop overschrijden bij atmosferische druk27. In MAWD stijgt het kookpunt van HNO3 tot 176 °C als de druk wordt verhoogd tot 5 atm27. De temperatuur waarbij zure vergisting wordt uitgevoerd in MAWD kan niet worden bereikt in open systemen omdat de HNO3 zou verdampen, waardoor de efficiëntie van zure vergisting zou afnemen.

Tijdens de vergisting in gesloten vaten door MAWD reageert HNO3 met het organische monster onder zware reactieomstandigheden, waarbij gasvormige producten worden gevormd zoals CO2, H2O en NO (vergelijking 5)52,53. Het voordeel van het gebruik van gesloten reactievaten is het lagere volume en de lagere concentratie van het zuur dat nodig is voor de spijsvertering, aangezien HNO3 voortdurend wordt geregenereerd. Dit regeneratieproces vindt plaats zolang O2 in het reactievat aanwezig is. De primaire bron van O2 is H2O2, die thermisch onstabiel is en uiteenvalt in H2O en O2 (vergelijking 6). In het reactievat reageert NO met O2 om NO2 te vormen (vergelijking 7). Gevormd NO2 lost vervolgens op in H2O, wat resulteert in de vorming van HNO3 en HNO2 (vergelijking 8). Het geproduceerde HNO2 wordt vervolgens afgebroken tot H2O, NO2 en NO (vergelijking 9), waarmee het regeneratiemechanisme53,54 wordt voltooid. De nieuw gevormde NO en NO2 reageren dan door de bovengenoemde processen.

Equation 6(5)

Waarbij n staat voor het aantal koolstofatomen.

Equation 7(6)

Equation 8(7)

Equation 9(8)

Equation 10(9)

Wanneer organische monsters reageren met HNO3, zullen de metalen die in hun chemische structuur aanwezig zijn, in water oplosbare nitraten vormen55. Aangezien MAWD tot doel heeft vaste stoffen om te zetten in vloeistoffen, is de vorming van in water oplosbare zouten gewenst.

Voor verschillende monsters kunnen verschillende combinaties van zuren worden gebruikt vanwege de complexiteit van de monstersamenstelling. Omdat minder gemakkelijk afbreekbare organische en vooral anorganische monsters niet alleen met HNO3 kunnen worden opgelost, worden ook andere zuren zoals HCl, HF, HClO4 en H2SO4 gebruikt21,56.

Niet-oxiderend HCl bij verhoogde temperaturen wordt gebruikt voor de vertering van zouten zoals carbonaten, fosfaten, oxiden, boraten, sulfiden en fluoriden28,55. Wanneer HCl wordt gecombineerd met HNO3 in een molaire verhouding van 3:1, wordt aqua regia gevormd, wat het oxiderende vermogen verbetert in vergelijking met HCl en HNO3 alleen vanwege de vorming van nitrosylchloride (NOCl), Cl2 en H2O (vergelijking 10)57. Aqua regia is in staat om edele metalen zoals Au, Pt, Pd28 op te lossen.

Equation 11(10)

Voor de vertering van silicaten wordt HF vaak gebruikt, omdat het sterke bindingen tussen Si en O verbreekt. Wanneer HF interageert met silicaatmonsters (mineralen, bodem), wordt hexafluorkiezelzuur (H2SiF6) gevormd (vergelijking 11)19,58. Ondanks het vermogen van HF om silicaten te verteren, vertoont het echter verschillende nadelen, waaronder de vorming van onoplosbare fluoridezouten6, de vorming van vluchtige producten met zware metalen19 en vluchtig SiF427. Bovendien kan HF niet worden gebruikt met glaswerk en kwartsreactievaten, omdat het deze oplost18.

Equation 12(11)

Reactievaten voor zure vertering
De reactievaten die in MAWD worden gebruikt, zijn ontworpen om hoge temperaturen en verhoogde drukken te weerstaan tijdens zure vergisting. Deze reactievaten vertonen ook een goede microgolfpermeabiliteit, waardoor microgolven kunnen passeren zonder te worden geabsorbeerd20. Microgolven die door de reactievaten gaan, bereiken watermoleculen, die ze effectief zullen absorberen omdat ze polair zijn, waardoor de oplossing met het monster59 wordt opgewarmd. Alleen de vloeibare fase in de reactievaten absorbeert de microgolfstraling, terwijl de gasvormige fase dat niet doet, wat resulteert in een hoge temperatuurstijging met een lichte toename van de druk18.

Om verontreiniging en analytverlies tot een minimum te beperken, zijn reactievaten hermetisch afgesloten, waardoor wordt voorkomen dat materialen ontsnappen of in de vaten terechtkomen.

De meest gebruikte materialen voor reactievaten zijn synthetisch polytetrafluorethyleen (PTFE), gecopolymeriseerd PTFE bekend als TFM, perfluoralkoxy-alkaan (PFA) en kwarts 52,60. Deze materialen zijn chemisch inert voor de meeste chemicaliën die worden gebruikt bij zure vergisting, met uitzondering van kwartsvaten, waarin HF oplost. Het gebruik van slechts één type reactievat in elk experiment is cruciaal, aangezien het gebruik van verschillende soorten vaten kan leiden tot verschillende reactieomstandigheden wanneer ze worden blootgesteld aan microgolfverwarming. Bij lagere reactietemperaturen worden PTFE-, PFA- en TFM-PTFE-reactievaten gebruikt, terwijl bij temperaturen boven 300 °C kwartsvaten worden aanbevolen52. Dit komt omdat polymeren verslechteren en ontleden bij hogere temperaturen.

Evaluatie van de efficiëntie van zure vertering
Er zijn verschillende manieren om de efficiëntie van zure vertering te evalueren. De kleur van de oplossing kan worden gebruikt om te beoordelen of het monster volledig of gedeeltelijk is verteerd. Gewoonlijk is een kleurloze of lichtgele verkleuring van de oplossing een indicator van een succesvolle vertering, terwijl de donkerdere gele, oranje, groene of bruine kleur van de oplossing suggereert dat het verteringsproces niet succesvol was, wat betekent dat er een gedeeltelijke vertering plaatsvond61. In sommige gevallen kunnen na de vertering onverteerde organische of anorganische deeltjes in het reactiemengsel aanwezig zijn, waardoor filtratie nodig is voordat het monster in het instrument kan worden ingebracht voor elementaire bepaling. Verwijdering van onverteerde deeltjes voorkomt verstopping van het systeem en plasma-instabiliteit in het geval van ICP-OES en ICP-MS31.

De efficiëntie van zure vergisting kan ook experimenteel worden geëvalueerd door metingen van het residuele koolstofgehalte (RCC) en RA. RCC vertegenwoordigt de hoeveelheid organische koolstof die in de oplossing achterblijft en die tijdens de vergisting niet is omgezet in CO2 62. Een lagere RCC-waarde heeft de voorkeur om niet-spectrale en spectrale interferenties (bijv. 40Ar12C+) in de elementaire bepaling63,64 te verminderen. RCC-metingen worden uitgevoerd met behulp van ICP-OES. Het koolstofgehalte wordt bepaald bij een emissiegolflengte van 193.091 nm 65,66,67. De efficiëntie van zure vertering hangt samen met het verbruik van chemicaliën. Hoe meer zuur er wordt verbruikt, hoe lager de RCC-waarden worden bepaald25.

Het zuur wordt tijdens de spijsvertering voortdurend verbruikt terwijl het reageert met het monster. In de meeste gevallen blijft een kleine hoeveelheid zuur ongereageerd. De hoeveelheid RA kan worden bepaald door titratie met NaOH10 of KOH 25,54. Lagere waarden van RA hebben de voorkeur, omdat de hogere zuurconcentratie in de uiteindelijk verteerde oplossing het achtergrondsignaal kan verhogen in analytische technieken zoals ICP-MS25 en ICP-OES68. Hogere RA-waarden kunnen ook duiden op het gebruik van een lagere aanvangszuurconcentratie voor de spijsvertering69.

Bepaling van meerdere elementen met ICP-MS
ICP-MS bestaat uit verschillende componenten. De peristaltische pomp pompt de monsteroplossing van de autosampler naar de vernevelaar. Het vloeibare monster wordt vervolgens door de vernevelaar omgezet in een aerosol door het te mengen met Ar-gas. Vervolgens filtert de sproeikamer aërosoldruppels, waardoor de fijnste aërosoldruppelfractie in het plasma70 kan worden ingebracht. Ar-plasma wordt in de toorts gegenereerd en onderhouden door de radiofrequentiespoel, wat resulteert in temperaturen van ongeveer 10.000 K70. De aerosol wordt verneveld en geïoniseerd in het Ar-plasma. Ionen gaan dan verder door het grensvlak naar het hoogvacuümgebied. Ionenoptica leidt de ionen door de botsingscel, waar de stroom He-gas botst met de monoatomische ionen van de analyten en polyatomische ionen. Omdat polyatomische ionen groter zijn dan analyten met dezelfde nominale massa, botsen ze vaker met He, verliezen ze meer kinetische energie en worden ze dus efficiënt verwijderd71. In de volgende stap bereiken ionen de massaanalysator (in dit geval quadrupool). In de massaanalysator worden de ionen gescheiden op basis van hun massa-ladingsverhouding (m/z)72. Na de scheiding door m/z bereiken de ionen de detector (in dit geval een elektronenvermenigvuldiger) (figuur 10).

Kritieke stappen en beperkingen
Er zijn verschillende kritieke stappen en enkele beperkingen binnen het protocol. Ervoor zorgen dat de monsters volledig droog zijn voordat het proces wordt voortgezet en besmetting voorkomen, zijn cruciale stappen in homogenisatie. Om verontreiniging te voorkomen, moet worden getracht al het glaswerk gedurende het hele proces schoon te houden73, aangezien dit de nauwkeurigheid van de analyse kan beïnvloeden. In geval van verontreiniging moet het monster worden weggegooid en moet het bereidingsproces worden herhaald, wat tijdrovend kan zijn. Wanneer dit protocol wordt toegepast op andere monsters die niet in dit protocol worden beschreven, wordt mogelijk geen volledige vertering bereikt, omdat sommige monsters hogere temperaturen en andere chemicaliën nodig hebben om alle metalen in het monster volledig op te lossen. Voor zure vertering zijn chemicaliën met een hoge zuiverheid nodig, die duur kunnen zijn. Het gebruik van chemicaliën met een hoge zuiverheidsgraad helpt interferenties te minimaliseren en zorgt voor een verbeterde betrouwbaarheid, nauwkeurigheid en precisie van metingen die door ICP-MS worden uitgevoerd. Het monstervoorbereidingsproces is tijdrovend en heeft een lage monsterdoorvoer omdat de voorbereiding enkele dagen kan duren (drogen, homogeniseren, zure vergisting), waardoor het aantal monsters dat op één dag kan worden bereid, wordt beperkt.

Bij het bepalen van meerdere elementen met ICP-MS kunnen spectrale interferenties (polyatomisch en isobaar) worden aangetroffen. Polyatomische interferenties, die meestal in plasma voorkomen, combineren ten minste twee isotopen, terwijl isobare interferenties isotopen van andere elementen vertegenwoordigen met dezelfde m/z als gemeten analyten74. Het elimineren van deze interferenties (bijvoorbeeld met een botsingscel) is belangrijk. Naast spectrale interferenties worden de resultaten ook beïnvloed door niet-spectroscopische interferenties die bestaan uit het inbrengen van monsters in het ICP-MS-instrument, de verdeling van de aerosoldruppelgrootte, plasmastabiliteit, ionentransport door het grensvlak, enz.75.

Het hierin beschreven protocol heeft het potentieel voor andere toepassingen dan die voor de voedselmonsters. Met kleine wijzigingen in de homogenisatie- en zuurvergistingsstappen kan het worden aangepast voor de bereiding van anorganische monsters, grond76, elektronisch afval28, enz. De aanpassingen kunnen bestaan uit het gebruik van verschillende chemicaliën, het variëren van hun volumes en het aanpassen van de verteringstemperatuur aan verschillende soorten monsters. Bovendien kunnen, naarmate de technologie en methodologieën evolueren, verdere verbeteringen en automatisering in het protocol worden opgenomen, waardoor de efficiëntie toeneemt en de totale voorbereidingstijd van het monster wordt verkort.

Samengevat demonstreert dit protocol de homogenisatie van voedselmonsters in een laboratoriummixer, microgolfgeassisteerde natte zuurvergisting met behulp van een mengsel van 68 gew.% HNO3 en 30 gew.% H2O.2 bij een verhoogde temperatuur en druk, en elementaire bepaling met ICP-MS. Het protocol kan worden gebruikt om personeel te trainen in het voorbereiden van monsters voor elementaire bepaling, aangezien het protocol stapsgewijze instructies geeft en de theorie achter homogenisatie, zuurvertering en elementaire bepaling uitlegt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs erkennen de financiële steun van het Sloveense onderzoeksbureau (subsidienrs. P2-0414, P2-0118, J1-2470, NK-0001 en J1-4416).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ar gas Messer 7440-37-1 Ar 5.0 gas (purity 99.999%).
AS-10 Autosampler system Shimadzu Autosampler connected to the ICP-MS, containing 68 ports for samples.
Automatic pipettes Sartorius 200 µL, 1 mL, and 5 mL automatic pipettes.
Balance XSE104 Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA Analytical balance scale with a maximum weighing mass of 120 g.
Ceramic knife Ceramic knife used for cutting fresh food samples.
Dessicator Glass desiccator with lumps of silica gel.
ETHOS LEAN Milestone, Sorisole, Italy Microwave system for wet acid digestion in closed 100 mL vessels made of TFM-PTFE.
Fume hood Laboratory fume hood with adjustable air flow.
Glass beakers RASOTHERM CarlRoth GmbH + Co.KG 50 mL, 250 mL glass beakers
Glass funnels Small glass funnels fitting into the neck of volumetric flasks.
He gas Messer 7440-59-7 He 5.0 gas (purity 99.999%).
Hydrogen peroxide ThermoFisher Scientific 7722-84-1 Hxdrogen peroxide 100 volumes 30 wt.% solution. Laboratory reagent grade.
ICP multi-element standard solution VIII Supelco 109492 100 mg/L ICP multi-element standard solution containing 24 elements (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 % dilute nitric acid.
ICPMS 2030 Shimadzu Inductively coupled plasma mass spectrometry system for multi-element analysis of digested samples.
ICP-MS Tuning Solution A CarlRoth GmbH + Co.KG 250 mL tuning solution containing 6 elements (Be, Bi, Ce, Co, In, Mn) in 1 % nitric acid.
KIMTECH Purple Nitrile gloves Kimberly-Clark GmbH Disposable Purple Nitrile gloves (S, M or L).
Laboratory coat Any available supplier /
Mixer B-400 BÜCHI Labortechnik AG, Flawil, Switzerland Laboratory mixer with ceramic blades.
Nitric acid ThermoFisher Scientific 7697-37-2 Nitric acid, trace analysis grade, 68 wt%, density 1.42, Primar Plus, For Trace Metal Analysis.
Plastic centrifuge tubes Isolab 50 mL plastic centrifuge tubes with screw caps, single use.
Plastic syringes Injekt B. Braun 2 pice, single use 20 mL syringes.
Plastic tubes for autosampler Shimadzu 046-00147-04 Plastic tubes for autosampler, 15 mL capacity, 16 mm diameter, 100 mm length.
Plastic waste containers Plastic containers for the removal of chemicals after the cleaning procedure of reaction vessels.
Protective googles /
Samples (broccoli, sausage, noodles, zucchini, mushrooms) Fresh samples, which were dried to a constant weight and homogenized during the procedure. The samples were purchased from a local shop.
Spatula Plastic spatula.
Sterilizator Instrumentaria ST 01/02 Instrumentaria Dryer with adjustable temperature.
Syringe filters CHROMAFIL Xtra 729212 Syringe filters with polypropylene housing and polyamide hydrophilic membrane. Membrane diameter 25 mm, membrane pore size 0.2 µm.
Ultrapure water ELGA Labwater, Veolia Water Technologies. Ultrapure water with a resistivity of 18.2 MΩcm, obtained with laboratory water purification system.
Volumetric flasks 25 mL glass volumetric flasks.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Catenza, K. F., Donkor, K. K. Determination of heavy metals in cannabinoid-based food products using microwave-assisted digestion and ICP-MS. Food Analytical Methods. 15, 2537-2546 (2022).
  2. Güven, D. E., Akinci, G. Comparison of acid digestion techniques to determine heavy metals in sediment and soil samples. Gazi University Journal of Science. 24, 29-34 (2011).
  3. Soós, Á, Bódi, É, Várallyay, S., Molnár, S., Kovács, B. Microwave-assisted sample preparation of hungarian raw propolis in quartz vessels and element analysis by ICP-OES and ICP-MS for geographical identification. Talanta. 233, 122613 (2021).
  4. De Oliveira, A. F., Da Silva, C. S., Bianchi, S. R., Nogueira, A. R. A. The use of diluted formic acid in sample preparation for macro- and microelements determination in foodstuff samples using ICP-OES. Journal of Food Composition and Analysis. 66, 7-12 (2018).
  5. Moor, C., Lymberopoulou, T., Dietrich, V. J. Determination of heavy metals in soils, sediments and geological materials by ICP-AES and ICP-MS. Microchimica Acta. 136 (3), 123-128 (2001).
  6. Kuznetsova, O. V., Burmii, Z. P., Orlova, T. V., Sevastyanov, V. S., Timerbaev, A. R. Quantification of the diagenesis-designating metals in sediments by ICP-MS: Comparison of different sample preparation methods. Talanta. 200, 468-471 (2019).
  7. Buechler, D. T., et al. Comprehensive elemental analysis of consumer electronic devices: Rare earth, precious, and critical elements. Waste Management. 103, 67-75 (2020).
  8. Riisom, M., Gammelgaard, B., Lambert, I. H., Stürup, S. Development and validation of an ICP-MS method for quantification of total carbon and platinum in cell samples and comparison of open-vessel and microwave-assisted acid digestion methods. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 158, 144-150 (2018).
  9. Stricker, A., et al. Impurities in commercial titanium dental implants - a mass and optical emission spectrometry elemental analysis. Dental Materials. 38 (8), 1395-1403 (2022).
  10. Bressy, F. C., Brito, G. B., Barbosa, I. S., Teixeira, L. S. G., Korn, M. G. A. Determination of trace element concentrations in tomato samples at different stages of maturation by ICP-OES and ICP-MS following microwave-assisted digestion. Microchemical Journal. 109, 145-149 (2013).
  11. Lachas, H., et al. Determination of 17 trace elements in coal and ash reference materials by ICP-MS applied to milligram sample sizes. Analyst. 124 (2), 177-184 (1999).
  12. Meermann, B., Nischwitz, V. ICP-MS for the analysis at the nanoscale-a tutorial review. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 33 (9), 1432-1468 (2018).
  13. Lemos, M. S., Dantas, K. G. F. Evaluation of the use of diluted formic acid in sample preparation for elemental determination in crustacean samples by mip oes. Biological Trace Element Research. 201 (7), 3513-3519 (2022).
  14. Mohammed, E., Mohammed, T., Mohammed, A. Optimization of acid digestion for the determination of hg, as, se, sb, pb and cd in fish muscle tissue. MethodsX. 4, 513-523 (2017).
  15. Sobhanardakani, S., Tayebi, L., Farmany, A., Cheraghi, M. Analysis of trace elements (cu, cd, and zn) in the muscle, gill, and liver tissues of some fish species using anodic stripping voltammetry. Environmental Monitoring and Assessment. 184 (11), 6607-6611 (2012).
  16. Ostapczuk, P., Valenta, P., Rützel, H., Nürnberg, H. Application of differential pulse anodic stripping voltammetry to the determination of heavy metals in environmental samples. Science of The Total Environment. 60, 1-16 (1987).
  17. Gamela, R. R., Costa, V. C., Sperança, M. A., Pereira-Filho, E. R. Laser-induced breakdown spectroscopy (libs) and wavelength dispersive x-ray fluorescence (wdxrf) data fusion to predict the concentration of k, mg and p in bean seed samples. Food Research International. 132, 109037 (2020).
  18. Hu, Z., Qi, L. Treatise on geochemistry (second edition). Holland, H. D., Turekian, K. K. , Elsevier, Oxford. 87-109 (2014).
  19. Ojeda, C. B., Rojas, F. S. Encyclopedia of analytical science (third edition). Worsfold, P., Poole, C., Townshend, A., Miró, M. , Academic Press, Oxford. 85-97 (2019).
  20. Bizzi, C. A., Nóbrega, J. A., Barin, J. S. Microwave-assisted sample preparation for trace element analysis. Flores, ÉM. dM. , Elsevier, Amsterdam. 179-204 (2014).
  21. Twyman, R. M. Encyclopedia of analytical science (second edition). Worsfold, P., Townshend, A., Poole, C. , Elsevier, Oxford. 146-153 (2005).
  22. Traversa, L. C., et al. Closed-vessel conductively heated digestion system for the elemental analysis of agricultural materials by high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometry (hr-cs faas). Analytical Letters. 56 (15), 2443-2456 (2023).
  23. Rondan, F. S. Determination of se and te in coal at ultra-trace levels by ICP-MS after microwave-induced combustion. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 34 (5), 998-1004 (2019).
  24. Muller, E. I., et al. Microwave-assisted wet digestion with H2O2 at high temperature and pressure using single reaction chamber for elemental determination in milk powder by ICP-OES and ICP-MS. Talanta. 156 - 157, 232-238 (2016).
  25. Pardinho, R. B., et al. Determination of toxic elements in yerba mate by ICP-MS after diluted acid digestion under O2 pressure. Food Chemistry. 263, 37-41 (2018).
  26. Barela, P. S., et al. Microwave-assisted digestion using diluted nitric acid for further trace elements determination in biodiesel by sf-ICP-MS. Fuel. 204, 85-90 (2017).
  27. Müller, E. I., Mesko, M. F., Moraes, D. P., Korn, M. D. G. A., Flores, ÉM. M. Microwave-assisted sample preparation for trace element analysis. Flores, ÉM. dM. , Elsevier, Amsterdam. 99-142 (2014).
  28. Das, S., Ting, Y. -P. Evaluation of wet digestion methods for quantification of metal content in electronic scrap material. Resources. 6 (4), 64 (2017).
  29. Nóbrega, J. A., et al. Microwave-assisted digestion of organic samples: How simple can it become. Talanta. 98, 272-276 (2012).
  30. Bizzi, C. A., et al. Evaluation of oxygen pressurized microwave-assisted digestion of botanical materials using diluted nitric acid. Talanta. 83 (5), 1324-1328 (2011).
  31. Da Silva, I. J. S., Lavorante, A. F., Paim, A. P. S., Da Silva, M. J. Microwave-assisted digestion employing diluted nitric acid for mineral determination in rice by ICP-OES. Food Chemistry. 319, 126435 (2020).
  32. Bizzi, C. A., Flores, E. M. M., Barin, J. S., Garcia, E. E., Nóbrega, J. A. Understanding the process of microwave-assisted digestion combining diluted nitric acid and oxygen as auxiliary reagent. Microchemical Journal. 99 (2), 193-196 (2011).
  33. Le Gresley, A., Ampem, G., De Mars, S., Grootveld, M., Naughton, D. P. 34;Real-world" evaluation of lipid oxidation products and trace metals in french fries from two chain fast-food restaurants. Frontiers in Nutrition. 8, 620952 (2021).
  34. Kutscher, D., Cui, J., Cojocariu, C. Key steps to create a sample preparation strategy for inductively coupled plasma (ICP) or ICP-mass spectrometry (ICP-MS) analysis. Spectroscopy. 37 (1), 38-42 (2022).
  35. Mccurdy, E., Proper, W. Improving ICP-MS analysis of samples containing high levels of total dissolved solids. Spectroscopy. 29 (11), 14 (2014).
  36. Cytiva. Membrane filtration: How to choose the appropriate filter material for every sample. , https://www.cytivalifesciences.com/en/us/solutions/lab-filtration/knowledge-center/membrane-filtration-choosing-the-correct-type-of-filter (2023).
  37. May, T. W., Wiedmeyer, R. H. A table of polyatomic interferences in ICP-MS. Atomic Spectroscopy-Norwalk Connecticut. 19, 150-155 (1998).
  38. Taleuzzaman, M. Limit of blank (lob), limit of detection (lod), and limit of quantification (loq). Organic & Medicinal Chemistry International Journal. 7 (5), 127-131 (2018).
  39. Willner, J., et al. A versatile approach for the preparation of matrix-matched standards for la-ICP-MS analysis - standard addition by the spraying of liquid standards. Talanta. 256, 124305 (2023).
  40. Green, J. M. Peer reviewed: A practical guide to analytical method validation. Analytical Chemistry. 68 (9), 305A-309A (1996).
  41. Xu, J., et al. A critical view on spike recovery for accuracy evaluation of analytical method for medicinal herbs. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 62, 210-215 (2012).
  42. Massart, D. L., et al. Handbook of chemometrics and qualimetrics: Part a. , Elsevier. (1998).
  43. UNOO. Guidance for the validation of analytical methodology and calibration of equipment used for testing of illicit drugs in seized materials and biological specimens: A commitment to quality and continuous improvement. , United Nations Publications. (2009).
  44. Berben, G., et al. Guidelines for sample preparation procedures in GMO analysis. Publications Office of the European Union. EUR27021, JRC94042 (2014).
  45. Lacorte, S., Bono-Blay, F., Cortina-Puig, M. Comprehensive sampling and sample preparation. Pawliszyn, J. , Academic Press, Oxford. 65-84 (2012).
  46. Kaur, G. J., Orsat, V., Singh, A. An overview of different homogenizers, their working mechanisms and impact on processing of fruits and vegetables. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 63 (14), 2004-2017 (2021).
  47. Baudelaire, E. D. Handbook of food powders. Bhandari, B., Bansal, N., Zhang, M., Schuck, P. , Woodhead Publishing. 132-149 (2013).
  48. Jung, H., Lee, Y. J., Yoon, W. B. Effect of moisture content on the grinding process and powder properties in food: A review. Processes. 6 (6), 69 (2018).
  49. Krejčová, A., Pouzar, M., Černohorský, T., Pešková, K. The cryogenic grinding as the important homogenization step in analysis of inconsistent food samples. Food Chemistry. 109 (4), 848-854 (2008).
  50. Balasubramanian, S., Gupta, M. K., Singh, K. Cryogenics and its application with reference to spice grinding: A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 52, 781-794 (2012).
  51. Potočnik, D., Jagodic Hudobivnik, M., Mazej, D., Ogrinc, N. Optimization of the sample preparation method for determination of multi-elemental composition in fruit samples by ICP-MS analysis. Measurement: Sensors. 18, 100292 (2021).
  52. DINEN ISO. Theory of sample preparation using acid digestion, pressure digestion and microwave digestion (microwave decomposition). , (1972).
  53. Bizzi, C. A., Barin, J. S., Oliveira, J. S., Cravotto, G., Flores, E. M. Microwave-assisted oxidation of organic matter using diluted hno 3 under o 2 pressure: Rationalization of the temperature gradient effect for acid regeneration. Journal of the Brazilian Chemical Society. 28, 1673-1681 (2017).
  54. Castro, J. T., et al. A critical evaluation of digestion procedures for coffee samples using diluted nitric acid in closed vessels for inductively coupled plasma optical emission spectrometry. Talanta. 78 (4), 1378-1382 (2009).
  55. Ju, T., Han, S., Meng, Y., Song, M., Jiang, J. Occurrences and patterns of major elements in coal fly ash under multi-acid system during microwave digestion processes. Journal of Cleaner Production. 359, 131950 (2022).
  56. Matusiewicz, H. Comprehensive analytical chemistry. 41, Elsevier. 193-233 (2003).
  57. Sheng, P. P., Etsell, T. H. Recovery of gold from computer circuit board scrap using aqua regia. Waste Management & Research. 25 (4), 380-383 (2007).
  58. Sucharova, J., Suchara, I. Determination of 36 elements in plant reference materials with different si contents by inductively coupled plasma mass spectrometry: Comparison of microwave digestions assisted by three types of digestion mixtures. Analytica Chimica Acta. 576, 163-176 (2006).
  59. Santos, H. M., et al. Microwave-assisted digestion using diluted HNO3 and H2O2 for macro and microelements determination in guarana samples by ICP-OES. Food Chemistry. 273, 159-165 (2019).
  60. Usepa, E. Method 3052: Microwave assisted acid digestion of siliceous and organically based matrices. United States Environmental Protection Agency, Washington, DC USA. , (1996).
  61. Gray, P., Mindak, W., Cheng, J. Elemental analysis manual, 4.7 inductively coupled plasma-mass spectrometric determination of arsenic, cadmium, chromium, lead, mercury, and other elements in food using microwave assisted digestion. , https://s27415.pcdn.co/wp-content/uploads/2020/01/64ER20-7/Heavy_Metals/1-FDA-EAM-4.7-Inductively-Coupled-Plasma-MS-Determination-of-Arsenic-Cadmium-Chromium-Lead-Mercury-etc.pdf (2015).
  62. Leme, A. B. P., Bianchi, S. R., Carneiro, R. L., Nogueira, A. R. A. Optimization of sample preparation in the determination of minerals and trace elements in honey by ICP-MS. Food Analytical Methods. 7 (5), 1009-1015 (2014).
  63. Vanhoe, H., Goossens, J., Moens, L., Dams, R. Spectral interferences encountered in the analysis of biological materials by inductively coupled plasma mass spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 9, 177-185 (1994).
  64. Loula, M., Kaňa, A., Mestek, O. Non-spectral interferences in single-particle ICP-MS analysis: An underestimated phenomenon. Talanta. 202, 565-571 (2019).
  65. Muller, C. C. Feasibility of nut digestion using single reaction chamber for further trace element determination by ICP-OES. Microchemical Journal. 116, 255-260 (2014).
  66. Muller, A. L. H., Oliveira, J. S. S., Mello, P. A., Muller, E. I., Flores, E. M. M. Study and determination of elemental impurities by ICP-MS in active pharmaceutical ingredients using single reaction chamber digestion in compliance with usp requirements. Talanta. 136, 161-169 (2015).
  67. Duarte, F. A., et al. Microwave-induced combustion in disposable vessels: A novel perspective for sample digestion. Analytical Chemistry. 92 (12), 8058-8063 (2020).
  68. Novaes, C. G., et al. A review of multivariate designs applied to the optimization of methods based on inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). Microchemical Journal. 128, 331-346 (2016).
  69. Damak, F., Asano, M., Baba, K., Ksibi, M., Tamura, K. Comparison of sample preparation methods for multielements analysis of olive oil by ICP-MS. Methods and Protocols. 2 (3), 72 (2019).
  70. Thomas, R. Practical guide to ICP-MS: A tutorial for beginners. , CRC Press. (2013).
  71. Yamada, N. Kinetic energy discrimination in collision/reaction cell ICP-MS: Theoretical review of principles and limitations. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 110, 31-44 (2015).
  72. Elmer, P. The 30-minute guide to ICP-MS. Perkin Elmer, Shelton CT. , https://resources.perkinelmer.com/corporate/cmsresources/images/44-74849tch_icpmsthirtyminuteguide.pdf 1-8 (2001).
  73. Gonzálvez, A., Armenta, S., Pastor, A., De La Guardia, M. Searching the most appropriate sample pretreatment for the elemental analysis of wines by inductively coupled plasma-based techniques. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 56 (13), 4943-4954 (2008).
  74. Lum, T. -S., Leung, K. S. -Y. Strategies to overcome spectral interference in ICP-MS detection. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 31 (5), 1078-1088 (2016).
  75. Agatemor, C., Beauchemin, D. Matrix effects in inductively coupled plasma mass spectrometry: A review. Analytica Chimica Acta. 706 (1), 66-83 (2011).
  76. Melaku, S., Dams, R., Moens, L. Determination of trace elements in agricultural soil samples by inductively coupled plasma-mass spectrometry: Microwave acid digestion versus aqua regia extraction. Analytica Chimica Acta. 543 (1), 117-123 (2005).

Tags

Chemie Homogenisatie microgolf-geassisteerde natte zuurvergisting monstervoorbereiding voedselmonsters elementaire bepaling
Bereiding van voedselmonsters met behulp van homogenisatie en microgolfondersteunde natte zuurvertering voor bepaling van meerdere elementen met ICP-MS
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rantaša, M., Majer, D.,… More

Rantaša, M., Majer, D., Finšgar, M. Preparation of Food Samples Using Homogenization and Microwave-Assisted Wet Acid Digestion for Multi-Element Determination with ICP-MS. J. Vis. Exp. (202), e65624, doi:10.3791/65624 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter