המחברים מודים על התמיכה הכספית של סוכנות המחקר הסלובנית (מענק מס' P2-0414, P2-0118, J1-2470, NK-0001 ו-J1-4416).

הומוגניזציה ועיכול של דגימות מזון לניתוח רב-אלמנטי

למחברים אין מה לחשוף.

הומוגניזציה כדי להבטיח תוצאות ניתנות לשחזור בקביעת יסוד, יש צורך הומוגניזציה של דגימות לפני עיכול חומצה בשל המבנה המורכב והלא הומוגני שלהם והרכבם. הומוגניזציה נועדה לחסל את ההטרוגניות החוקתית והחלוקתית. ערבוב המדגם ממזער את ההטרוגניות החלוקתית על ידי חלוקה מחדש של רכיבים באו?...

ניתוח אלמנטלי הוא תהליך אנליטי לקביעת הרכב היסוד של דגימות שונות. ניתן להשתמש בו כדי לשלוט בצריכת מתכות לגוף האדם (במיוחד מתכות כבדות1) מכיוון שהריכוזים הגבוהים שלהן עלולים לגרום לבעיות בריאותיות לא רצויות. מתכות כבדות הן גם אחד המזהמים הסביבתיים העיקריים, ולכן יש צורך בבקרה על נוכחותן בסביבה2. יתר על כן, ניתוח יסודי יכול לשמש כדי לקבוע את המקור הגיאוגרפי של מוצרי מזון3 ולשלוט על איכות משאבי המזון והמים4. בנוסף, הוא משמש לקביעת מיקרונוטריאנטים ומקרונוטריאנטים בקרקעות5 ולקבלת תובנות על תהליכים גיאולוגיים לאורך ההיסטוריה על ידי בחינת ההרכב הכימי של מינרלים ומשקעים6. כמו כן נעשו מחקרים כדי לקבוע את נוכחותן של מתכות נדירות בפסולת חשמלית ואלקטרונית להתחדשות מתכות נוספת7, להעריך את הצלחת טיפולים תרופתיים8, ולאמת את ההרכב היסודי של שתלי מתכת9.
ספקטרומטריית מסה פלזמה מצומדת אינדוקטיבית (ICP-MS) וספקטרוסקופיית פליטה אופטית פלזמה מצומדת אינדוקטיבית (ICP-OES) הן טכניקות נפוצות לניתוח יסודי של דגימות שונות10. הם מאפשרים קביעה בו זמנית של אלמנטים מרובים עם גבולות זיהוי (LOD) וגבולות כימות (LOQ) נמוכים כמו ng / L. באופן כללי, ל- ICP-MS ערכי LOD נמוכים יותר11 וטווח ריכוז ליניארי רחב יותר בהשוואה ל- ICP-OES12. טכניקות אחרות לקביעת הרכב היסוד הן ספקטרומטריית פליטה אופטית של פלזמה13 הנגרמת על ידי מיקרוגל ומספר גרסאות של ספקטרוסקופיית בליעה אטומית (AAS), כולל ספקטרוסקופיית בליעה אטומית של להבה, ספקטרוסקופיית בליעה אטומית אלקטרותרמית2, ספקטרוסקופיית ספיגה אטומית של אדים קרים, וספקטרוסקופיית בליעה אטומית של יצירת הידריד14. יתר על כן, קביעת יסודות עם LOD נמוך ו- LOQ אפשרית בשיטות אלקטרואנליטיות שונות, במיוחד עם וולטמטריית הפשטה אנודית15,16. כמובן, ישנן שיטות אחרות כדי לקבוע את הרכב היסוד של דגימות, אבל הם לא משמשים לעתים קרובות כמו שיטות הנ"ל.
קביעה יסודית ישירה של דגימות מוצקות אפשרית באמצעות ספקטרוסקופיית פירוק הנגרמת על ידי לייזר ופלואורסצנטיות קרני רנטגן17. עם זאת, עבור קביעת יסודות עם ICP-MS, ICP-OES, ו- AAS יש צורך להמיר דגימות מוצקות למצב נוזלי. לשם כך, עיכול חומצה מבוצע באמצעות חומצות ריאגנטים עזר (ברוב המקרים H2O2). עיכול חומצה מתבצע בטמפרטורה ולחץ גבוהים, המרת החלק האורגני של הדגימה למוצרים גזיים והמרת יסודות המתכת למלחים מסיסים במים, ובכך המסתם בתמיסה18.
ישנם שני סוגים עיקריים של עיכול חומצה, עיכול כלי דם פתוח ועיכול כלי דם סגור. עיכול כלי פתוח הוא חסכוני14 אך יש לו מגבלות, כגון טמפרטורת העיכול המקסימלית, אשר עולה בקנה אחד עם טמפרטורת הרתיחה של חומצות בלחץ אטמוספרי. ניתן לחמם את הדגימה על פלטות חמות, בלוקים לחימום, אמבטיות מים, אמבטיות חולות2, ועל ידי מיקרוגל19. על ידי חימום הדגימה באופן זה, חלק גדול מהחום שנוצר הולך לאיבוד לסביבה20, מה שמאריך את זמן העיכול14. חסרונות אחרים של עיכול כלי פתוח כוללים צריכה כימית גדולה יותר, אפשרות גדולה יותר של זיהום מהסביבה הסובבת, ואובדן אפשרי של אנליטים עקב היווצרות רכיבים נדיפים ואידויים שלהם מתערובת התגובה21.
מערכות כלי סגור נוחות יותר לעיכול דגימות אורגניות ואי-אורגניות בהשוואה למערכות כלים פתוחים. מערכות כלי סגור מנצלות מגוון מקורות אנרגיה לחימום הדגימות, כגון חימום הולכה ומיקרוגל22. שיטות עיכול המשתמשות בגלי מיקרו כוללות בעירה23 הנגרמת על ידי מיקרוגל, מערכות תא תגובה יחיד24, ועיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל (MAWD) 25,26. MAWD מאפשר עיכול בטמפרטורות הפעלה גבוהות יותר, הנעות בין 220°C ל-260°C ולחצים מרביים של עד 200 בר, בהתאם לתנאי העבודה של המכשיר27.
היעילות והקצב של MAWD תלויים במספר גורמים, כולל ההרכב הכימי של הדגימות, הטמפרטורה המקסימלית, שיפוע הטמפרטורה, הלחץ בכלי התגובה, כמות החומצות שנוספו וריכוז החומצות המשמשות28. ב- MAWD, עיכול חומצי מלא יכול להיות מושג תוך מספר דקות בשל תנאי התגובה הגבוהים בהשוואה לעיכול ארוך טווח במערכות כלי דם פתוחים. נפחים וריכוזים נמוכים יותר של חומצות נדרשים ב- MAWD, אשר עולה בקנה אחד עם הנחיות הכימיה הירוקה הנוכחיות29. ב MAWD, כמות קטנה יותר של דגימה לעומת עיכול כלי דם פתוח נדרש לבצע עיכול חומצי, בדרך כלל עד 500 מ"ג של מדגם מספיק 30,31,32. כמויות דגימה גדולות יותר עשויות להתעכל, אך הן דורשות כמות גדולה יותר של כימיקלים.
מכיוון שמכשיר MAWD שולט אוטומטית בתנאי התגובה והאדם אינו בא במגע ישיר עם הכימיקלים במהלך החימום, MAWD בטוח יותר לתפעול מאשר עיכול כלי דם פתוחים. עם זאת, האדם צריך תמיד להמשיך בזהירות בעת הוספת כימיקלים לכלי התגובה כדי למנוע מהם לבוא במגע עם הגוף ולגרום נזק. כלי תגובה גם צריכים להיפתח לאט כמו הלחץ נבנה בתוכם במהלך עיכול חומצה.
למרות עיכול חומצה היא טכניקה שימושית להכנת דגימות לקביעת יסוד, האדם המבצע את זה צריך להיות מודע למגבלות האפשריות שלה. עיכול חומצה עשוי שלא להתאים לכל הדגימות, במיוחד אלה עם מטריצות מורכבות ואלה שהן תגובתיות מאוד או יכולות להגיב בפיצוץ. לכן, הרכב מדגם תמיד צריך להיות מוערך כדי לבחור את הכימיקלים המתאימים ואת תנאי התגובה לעיכול מלא הממיס את כל האלמנטים הרצויים בתמיסה. חששות אחרים שעל המשתמש לקחת בחשבון, ולטפל בהם הם זיהומים ואובדן אנליטים בכל שלב של הכנת הדגימה. עיכול חומצה חייב להתבצע תמיד על פי כללים ספציפיים או באמצעות פרוטוקולים.
הפרוטוקול המתואר להלן מספק הוראות להומוגניזציה של דגימות מזון במיקסר בגודל מעבדה, הליך לניקוי רכיבי המיקסר, שקילה נכונה של הדגימה, הוספת כימיקלים, ביצוע עיכול חומצה על ידי MAWD, ניקוי כלי התגובה לאחר השלמת העיכול, הכנת הדגימות לקביעת יסודות, וביצוע קביעה כמותית מרובת אלמנטים עם ICP-MS. על ידי ביצוע ההוראות המפורטות להלן, יש להיות מסוגל להכין דגימה המתאימה לקביעת היסוד ולבצע את המדידות של דגימות מעוכלות.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ar gas</td>
			<td>Messer</td>
			<td>7440-37-1</td>
			<td>Ar 5.0 gas (purity 99.999%).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AS-10 Autosampler system</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td></td>
			<td>Autosampler connected to the ICP-MS, containing 68 ports for samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Automatic pipettes</td>
			<td>Sartorius</td>
			<td></td>
			<td>200 &#181;L, 1 mL, and 5 mL automatic pipettes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Balance XSE104</td>
			<td>Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA</td>
			<td></td>
			<td>Analytical balance scale with a maximum weighing mass of 120 g.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic knife</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Ceramic knife used for cutting fresh food samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dessicator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Glass desiccator with lumps of silica gel.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ETHOS LEAN</td>
			<td>Milestone, Sorisole, Italy</td>
			<td></td>
			<td>Microwave system for wet acid digestion in closed 100 mL vessels made of TFM-PTFE.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fume hood</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Laboratory fume hood with adjustable air flow.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass beakers RASOTHERM</td>
			<td>CarlRoth GmbH + Co.KG</td>
			<td></td>
			<td>50 mL, 250 mL glass beakers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass funnels</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Small glass funnels fitting into the neck of volumetric flasks.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>He gas</td>
			<td>Messer</td>
			<td>7440-59-7</td>
			<td>He 5.0 gas (purity 99.999%).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>7722-84-1</td>
			<td>Hxdrogen peroxide 100 volumes 30 wt.% solution. Laboratory reagent grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ICP multi-element standard solution VIII</td>
			<td>Supelco</td>
			<td>109492</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ICPMS 2030</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td></td>
			<td>Inductively coupled plasma mass spectrometry system for multi-element analysis of digested samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ICP-MS Tuning Solution A</td>
			<td>CarlRoth GmbH + Co.KG</td>
			<td></td>
			<td>250 mL tuning solution containing 6 elements (Be, Bi, Ce, Co, In, Mn) in 1 % nitric acid.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KIMTECH Purple Nitrile gloves</td>
			<td>Kimberly-Clark GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Disposable Purple Nitrile gloves (S, M or L).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory coat</td>
			<td>Any available supplier</td>
			<td></td>
			<td>/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mixer B-400</td>
			<td>B&#220;CHI Labortechnik AG, Flawil, Switzerland</td>
			<td></td>
			<td>Laboratory mixer with ceramic blades.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric acid</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>7697-37-2</td>
			<td>Nitric acid, trace analysis grade, 68 wt%, density 1.42, Primar Plus, For Trace Metal Analysis.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic centrifuge tubes</td>
			<td>Isolab</td>
			<td></td>
			<td>50 mL plastic centrifuge tubes with screw caps, single use.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic syringes Injekt</td>
			<td>B. Braun</td>
			<td></td>
			<td>2 pice, single use 20 mL syringes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic tubes for autosampler</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td>046-00147-04</td>
			<td>Plastic tubes for autosampler, 15 mL capacity, 16 mm diameter, 100 mm length.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic waste containers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Plastic containers for the removal of chemicals after the cleaning procedure of reaction vessels.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protective googles</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Samples (broccoli, sausage, noodles, zucchini, mushrooms)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Fresh samples, which were dried to a constant weight and homogenized during the procedure. The samples were purchased from a local shop.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatula</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Plastic spatula.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterilizator Instrumentaria ST 01/02</td>
			<td>Instrumentaria</td>
			<td></td>
			<td>Dryer with adjustable temperature.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe filters</td>
			<td>CHROMAFIL Xtra</td>
			<td>729212</td>
			<td>Syringe filters with polypropylene housing and polyamide hydrophilic membrane. Membrane diameter 25 mm, membrane pore size 0.2 &#181;m.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrapure water</td>
			<td>ELGA Labwater, Veolia Water Technologies.</td>
			<td></td>
			<td>Ultrapure water with a resistivity of 18.2 M&#937;cm, obtained with laboratory water purification system.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Volumetric flasks</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>25 mL glass volumetric flasks.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of food samples using homogenization and microwave-assisted wet acid digestion for multi-element determination with icp-ms

הכנת הדגימה חיונית לקביעת יסודות, וקיימות טכניקות שונות, שאחת מהן כוללת הומוגניזציה ואחריה עיכול חומצה. טיפול מיוחד נדרש במהלך הטיפול בדגימה בשלב ההכנה כדי למנוע או למזער זיהום פוטנציאלי ולנתח אובדן. הומוגניזציה היא תהליך שמקטין בו זמנית את גודל החלקיקים ומפיץ באופן אחיד את רכיבי הדגימה. לאחר הומוגניזציה, הדגימה עוברת עיכול חומצי, שבו היא מתעכלת עם חומצות וכימיקלים עזר בטמפרטורות גבוהות, והופכת דגימות מוצקות למצב נוזלי. בתהליך זה, מתכות במדגם המקורי מגיבות עם חומצות ליצירת מלחים מסיסים במים. דגימות שהוכנו באמצעות עיכול חומצה מתאימות לאנליזה יסודית באמצעות טכניקות כגון ספקטרומטריית מסה פלזמה מצומדת אינדוקטיבית, ספקטרוסקופיית פליטה אופטית פלזמה מצומדת אינדוקטיבית, ספקטרוסקופיית בליעה אטומית, שיטות אלקטרוכימיות וטכניקות אנליטיות אחרות. עבודה זו מפרטת את הכנת דגימות המזון לקביעה רב-אלמנטית באמצעות ספקטרומטריית מסות פלזמה מצומדת אינדוקטיבית. התהליך שלב אחר שלב כולל את תהליך ההומוגניזציה באמצעות מיקסר בגודל מעבדה עם להבים קרמיים, ואחריו עיכול חומצה בכלי סגור באמצעות עיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל. תערובת של 5.0 מ"ל של 68 wt% HNO3 ו 1.0 מ"ל של 30 wt% H2O2 משמש מגיב עזר. מדריך זה מספק הסבר על התהליכים המעורבים בשני השלבים.

Elemental analysis is an analytical process for determining the elemental composition of various samples. It can be used to control the intake of metals into human bodies (especially heavy metals1) since their high concentrations may cause unwanted health problems. Heavy metals are also one of the main environmental contaminants, therefore, control of their presence in the environment is necessary2. Moreover, elemental analysis can be employed to determine the geographical origin of food products3 and to control the quality of food and water resources4. In addition, it is used for the determination of micro- and macronutrients in soils5 and to gain insights into geological processes throughout history by examining the chemical composition of minerals and sediments6. Studies have also been made to determine the presence of rare metals in electrical and electronic waste for further metal regeneration7, to evaluate the success of drug treatments8, and to verify the elemental composition of metal implants9.
Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) are commonly used techniques for the elemental analysis of various samples10. They allow simultaneous determination of multiple elements with limits of detection (LOD) and limits of quantification (LOQ) as low as ng/L. In general, ICP-MS has lower LOD values11 and a wider linear concentration range compared to ICP-OES12. Other techniques to determine elemental composition are microwave-induced plasma optical emission spectrometry13 and several variants of atomic absorption spectroscopy (AAS), including flame atomic absorption spectroscopy, electrothermal atomic absorption spectroscopy2, cold vapor atomic absorption spectroscopy, and hydride generation atomic absorption spectroscopy14. Furthermore, elemental determination with low LOD and LOQ is possible with different electroanalytical methods, especially with anodic stripping voltammetry15,16. Of course, there are other methods to determine the elemental composition of samples, but they are not as frequently employed as the above-mentioned methods.
Direct elemental determination of solid samples is feasible using laser-induced breakdown spectroscopy and X-ray fluorescence17. However, for elemental determination with ICP-MS, ICP-OES, and AAS it is necessary to convert solid samples into a liquid state. For this purpose, acid digestion is performed using acids and auxiliary reagents (in most cases H2O2). Acid digestion is carried out at elevated temperature and pressure, converting the organic part of the sample into gaseous products and converting the metal elements into water-soluble salts, thus dissolving them in the solution18.
There are two main types of acid digestion, open vessel digestion and closed vessel digestion. Open vessel digestion is cost-effective14 but has limitations, such as the maximum digestion temperature, which coincides with the boiling temperature of acids at atmospheric pressure. The sample can be heated on hot plates, heating blocks, water baths, sands baths2, and by microwaves19. By heating the sample in that manner, much of the generated heat is lost to the surroundings20, which extends the digestion time14. Other disadvantages of open vessel digestion include greater chemical consumption, the greater possibility of contamination from the surrounding environment, and possible loss of analytes due to the formation of volatile components and their evaporation from the reaction mixture21.
Closed vessel systems are more convenient for the digestion of organic and inorganic samples compared to open vessel systems. Closed vessel systems utilize a variety of energy sources to heat the samples, such as conduction heating and microwaves22. Digestion methods which use microwaves include microwave-induced combustion23, single reaction chamber systems24, and commonly used microwave-assisted wet acid digestion (MAWD)25,26. MAWD allows digestion at higher operating temperatures, ranging between 220 &#176;C and 260 &#176;C and maximum pressures up to 200 bar, depending on the instrument&#39;s working conditions27.
The efficiency and rate of MAWD depend on several factors, including the chemical composition of the samples, the maximum temperature, the temperature gradient, the pressure in the reaction vessel, the amount of acids added, and the concentration of acids used28. In MAWD, complete acid digestion can be achieved in a few minutes due to the elevated reaction conditions compared to longer-lasting digestions in open vessel systems. Lower volumes and concentrations of acids are required in MAWD, which is in line with current green chemistry guidelines29. In MAWD, a smaller amount of sample compared to open vessel digestion is needed to perform acid digestion, usually up to 500 mg of sample is sufficient30,31,32. Larger sample quantities may be digested, but they require a larger amount of chemicals.
Since the instrument for MAWD automatically controls the reaction conditions and the person does not come in direct contact with the chemicals during heating, MAWD is safer to operate than open vessel digestions. However, the person should always proceed with caution when adding chemicals to the reaction vessels to prevent them from coming into contact with the body and causing harm. Reaction vessels also need to be opened slowly as the pressure is built up inside them during acid digestion.
Although acid digestion is a useful technique for preparing samples for elemental determination, the person performing it should be aware of its possible limitations. Acid digestion may not be suitable for all samples, especially those with complex matrices and those that are highly reactive or could react explosively. Therefore, sample composition should always be evaluated to select the appropriate chemicals and reaction conditions for complete digestion that dissolves all desired elements in the solution. Other concerns that the user must consider, and address are impurities and loss of analytes at every step of sample preparation. Acid digestion must always be performed according to specific rules or using protocols.
The protocol described below provides instructions for the homogenization of food samples in a laboratory-sized mixer, a procedure for cleaning the mixer&#39;s components, properly weighing the sample, adding chemicals, performing acid digestion by MAWD, cleaning the reaction vessels after the digestion is complete, preparing the samples for elemental determination, and performing a quantitative multi-element determination with ICP-MS. By following the instructions given below, one should be able to prepare a sample suitable for elemental determination and perform the measurements of digested samples.

מחבר זרקור: טכנולוגיות ואתגרים בניתוח יסודי של דגימות מזון

הכנת דגימות מזון באמצעות הומוגניזציה ועיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל לקביעת רב-אלמנטים עם ICP-MS

Our research aims to determine the elemental composition of different food samples using different spectroscopic devices to, for example, control the quality of food samples. Besides ICP-MS, our laboratory can also perform elemental analysis of the digested food samples with ICP-OES, atomic absorption spectroscopy, and ion chromatography. However, we can also perform elemental analysis with X-ray photoelectron spectroscopy, and time-of-flight secondary ion mass spectrometry.Current experimental challenges that we face are mostly in the sample preparation process. Our goal is to improve the sample throughput and to optimize the cleaning procedure to minimize any carryover of the sample. The information in the article is about sample homogenization, acid digestion, and elemental analysis to better understand critical procedures for sample preparation and subsequent analysis as we highlight important steps, suggestions, and limitations of the entire process.We will focus on the optimization of the entire processes for samples such as vegetables, wine, ice creams, E-liquids, and in the future, even inorganic samples, which require different sample preparation techniques.

הומוגניזציה כל הדגימות יובשו למסה קבועה עם מייבש המעבדה כדי לסלק כל לחות. העברת הדגימה למייבש אפשרה לה להתקרר לטמפרטורת החדר מבלי לקשור לחות מהסביבה. דגימות המזון עברו הומוגניות באמצעות מערבל המעבדה כדי לקבל אבקה דקה. החלקיקים ההומוגניים שהתקבלו היו אחידים בגודלם והתפזרו באופ...

Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Technologies and Challenges in Elemental Analysis of Food Samples at JoVE.com

הפרוטוקול המוצג מתאר הומוגניזציה של דגימות עם מערבל מעבדה, עיכול חומצה של דגימות מזון באמצעות תערובת של 68 wt% HNO3 ו- 30 wt% H2O2 באמצעות עיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל, וקביעה מרובת אלמנטים המבוצעת עם ספקטרומטריית מסות פלזמה מצומדת אינדוקטיבית.

Sample preparation is crucial for elemental determination, and various techniques are available, one of which involves homogenization followed by acid ...

מטרת המחקר שלנו היא לקבוע את ההרכב היסודי של דגימות מזון שונות באמצעות התקנים ספקטרוסקופיים שונים, למשל, כדי לשלוט באיכות דגימות המזון. מלבד ICP-MS, המעבדה שלנו יכולה גם לבצע אנליזה יסודית של דגימות המזון המעוכלות באמצעות ICP-OES, ספקטרוסקופיית בליעה אטומית וכרומטוגרפיית יונים. עם זאת, אנו יכולים גם לבצע אנליזה יסודית עם ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים של קרני רנטגן, וספקטרומטריית מסות יונים משנית בזמן הטיסה.אתגרי הניסוי הנוכחיים העומדים בפנינו הם בעיקר בתהליך הכנת הדגימה. המטרה שלנו היא לשפר את תפוקת הדגימה ולייעל את הליך הניקוי כדי למזער כל נשיאה של הדגימה. המידע במאמר עוסק בהומוגניזציה של דגימות, עיכול חומצה וניתוח יסודות כדי להבין טוב יותר הליכים קריטיים להכנת הדגימה ולניתוח שלאחר מכן, כאשר אנו מדגישים צעדים, הצעות ומגבלות חשובים של התהליך כולו.נתמקד באופטימיזציה של כל התהליכים לדגימות כגון ירקות, יין, גלידות, נוזלי E, ובעתיד גם לדגימות אנאורגניות, הדורשות טכניקות הכנת דגימות שונות.

preparation-food-samples-using-homogenization-microwave-assisted-wet

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation of Food Samples Using Homogenization and Microwave-Assisted Wet Acid Digestion for Multi-Element Determination with ICP-MS

1.4K Views.  University of Maribor. מטרת המחקר שלנו היא לקבוע את ההרכב היסודי של דגימות מזון שונות באמצעות התקנים ספקטרוסקופיים שונים, למשל, כדי לשלוט באיכות דגימות המזון. מלבד ICP-MS, המעבדה שלנו יכולה גם לבצע אנליזה יסודית של דגימות המזון המעוכלות באמצעות ICP-OES, ספקטרוסקופיית בליעה אטומית וכרומטוגרפיית יונים. ...

Video: מחבר זרקור: טכנולוגיות ואתגרים בניתוח יסודי של דגימות מזון

Sample preparation is crucial for elemental determination, and various techniques are available, one of which involves homogenization followed by acid digestion. Special care is required during sample handling in the preparation stage to eliminate or minimize potential contamination and analyte loss. Homogenization is a process that simultaneously reduces particle size and uniformly distributes sample components. Following homogenization, the sample undergoes acid digestion, wherein it is digested with acids and auxiliary chemicals at elevated temperatures, transforming solid samples into a liquid state. In this process, metals in the original sample react with acids to form water-soluble salts. Samples prepared through acid digestion are suitable for elemental analysis using techniques such as inductively coupled plasma mass spectrometry, inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, atomic absorption spectroscopy, electrochemical methods, and other analytical techniques. This work details the preparation of food samples for multi-element determination using inductively coupled plasma mass spectrometry. The step-by-step procedure involves the homogenization process using a laboratory-sized mixer with ceramic blades, followed by acid digestion in closed vessels using microwave-assisted wet acid digestion. A mixture of 5.0 mL of 68 wt% HNO3 and 1.0 mL of 30 wt% H2O2 serves as an auxiliary reagent. This guide provides an explanation of the processes involved in both stages.

The presented protocol describes sample homogenization with a laboratory mixer, acid digestion of food samples using a mixture of 68 wt% HNO3 and 30 wt% H2O2&#160;via microwave-assisted wet acid digestion, and multi-element determination performed with inductively coupled plasma mass spectrometry.

Homogenization and Acid Digestion of Food Samples for Multi-Elemental Determination

To begin, use a clean ceramic knife to manually cut food samples into smaller pieces. Transfer the samples to 250-milliliter glass beakers. Then place the samples in a dryer at 105 degrees Celsius until there is no change in weight.Next, transfer the dried sample into a mixer beaker. Grind the sample until it turns into a fine powder or a homogenous paste. With a clean plastic spatula, transfer the homogenized sample into a 50-milliliter glass beaker.Next, weigh 250 milligrams of the sample into an open reaction vessel on an analytical balance. Once the weighing is complete, cover the reaction vessel with its lid. Then transfer it to a fume hood.Now open the cover lids of the reaction vessels. Then pipette five milliliters of 68%nitric acid and one milliliter of 30%hydrogen peroxide into each reaction vessel. With a 200-microliter pipette, add 37.5 microliters of ICP multi-element standard solution into reaction vessels for a spike recovery test.Ensure that each unspiked and spiked sample is prepared in triplicate. Place the cover lids on the reaction vessels and screw the thread cover on the reaction vessels to tighten the cover lids. Allow the samples to react with the acids for two to three minutes.To perform microwave-assisted wet acid digestion, distribute the closed reaction vessels symmetrically in the microwave rack. Insert the rack into the microwave chamber and mount it on a holder. Then close the microwave door.Digest the samples using the selected digestion program, while monitoring the change in reaction conditions on the screen. Once the digestion is complete, remove the rack from the oven chamber. Close the door of the instrument and switch it off.Now slowly open the lids of the reaction vessels to release any gases formed during digestion. Turn the reaction vessels towards the fume hood. With a glass funnel, quantitatively transfer the digested sample into a clean 25-milliliter glass volumetric flask.Dilute the sample with ultrapure water up to the mark on the flask. Then close the mouth of the flask with a stopper and mix the contents well. Next, connect a 20-milliliter plastic syringe to a polyamide syringe filter.Fill the syringe with the diluted sample. Then filter its contents into a 50-milliliter plastic centrifuge tube. Homogenization resulted in fine sample particulates that were uniform in size and evenly distributed.Acid digestion caused a steady increase in temperature with time.

הומוגניזציה ועיכול חומצה של דגימות מזון לקביעה רב-אלמנטאלית

Multi-Element Determination of Homogenized Food Samples

To begin, pipette 2.5 milliliters of the filtered digested food samples into 25-milliliter glass volumetric flasks. Make up the volume of the flask with ultrapure water. Transfer the diluted samples into 15-milliliter plastic tubes and place them in appropriate positions in the autosampler.Next, switch on the ventilation and the chiller of the ICP-MS instrument. Program the software to allow for continuous flow of the rinsing solution from the autosampler to the instrument without pulsating. Open the argon and helium gas cylinders to supply the instrument.Then, start up the instrument and calibrate it with the tuning solution. After determining the approximate element concentrations with a semi-quantitative analysis, create a method in the software for a quantitative elemental analysis. Choose the elements to be analyzed and decide on the number and concentrations of the solutions of standard needed to construct a calibration curve.To prepare the solutions of standard with automatic pipettes, add the required volumes of multi-element standard solution into a 25-milliliter glass volumetric flask. Top off each flask with 1%nitric acid. Prepare a calibration blank with only 1%nitric acid solution.Perform the quantitative analysis of the selected elements in samples based on the calibration curve methodology. Once the measurements are complete, switch off the plasma. Close the argon and helium gas supplies.Then, switch off the ICP-MS chiller and the ventilation system. The linear concentration ranges for all measured elements were in the range from one to 50 micrograms per liter. The recovery percentage for all analytes measured in all four food samples was in the range of 80%to 120%indicative of the accuracy of the analytical method.