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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Il protocollo presentato descrive l'omogeneizzazione del campione con un miscelatore da laboratorio, la digestione acida di campioni alimentari utilizzando una miscela di 68% in peso di HNO3 e 30% in peso di H2O2 tramite digestione acida a umido assistita da microonde e determinazione multielemento eseguita con spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente.

Abstract

La preparazione del campione è fondamentale per la determinazione elementare e sono disponibili varie tecniche, una delle quali prevede l'omogeneizzazione seguita dalla digestione acida. È necessaria un'attenzione particolare durante la manipolazione del campione nella fase di preparazione per eliminare o ridurre al minimo la potenziale contaminazione e la perdita di analiti. L'omogeneizzazione è un processo che riduce contemporaneamente la dimensione delle particelle e distribuisce uniformemente i componenti del campione. Dopo l'omogeneizzazione, il campione viene sottoposto a digestione acida, in cui viene digerito con acidi e sostanze chimiche ausiliarie a temperature elevate, trasformando i campioni solidi in uno stato liquido. In questo processo, i metalli nel campione originale reagiscono con gli acidi per formare sali solubili in acqua. I campioni preparati attraverso la digestione acida sono adatti per l'analisi elementare utilizzando tecniche come la spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente, la spettroscopia di emissione ottica al plasma accoppiato induttivamente, la spettroscopia di assorbimento atomico, i metodi elettrochimici e altre tecniche analitiche. Questo lavoro descrive in dettaglio la preparazione di campioni alimentari per la determinazione di più elementi utilizzando la spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente. La procedura passo-passo prevede il processo di omogeneizzazione utilizzando un miscelatore di dimensioni da laboratorio con lame in ceramica, seguito dalla digestione acida in recipienti chiusi utilizzando la digestione acida umida assistita da microonde. Una miscela di 5,0 mL di HNO3 al 68% in peso e 1,0 mL di H2O2 al 30% in peso funge da reagente ausiliario. Questa guida fornisce una spiegazione dei processi coinvolti in entrambe le fasi.

Introduzione

L'analisi elementare è un processo analitico per determinare la composizione elementare di vari campioni. Può essere utilizzato per controllare l'assunzione di metalli nel corpo umano (in particolare metalli pesanti1) poiché le loro alte concentrazioni possono causare problemi di salute indesiderati. I metalli pesanti sono anche uno dei principali contaminanti ambientali, pertanto è necessario controllare la loro presenza nell'ambiente2. Inoltre, l'analisi elementare può essere impiegata per determinare l'origine geografica dei prodotti alimentari3 e per controllare la qualità delle risorse alimentari e idriche4. Inoltre, viene utilizzato per la determinazione di micro e macronutrienti nei suoli5 e per ottenere informazioni sui processi geologici nel corso della storia esaminando la composizione chimica di minerali e sedimenti6. Sono stati inoltre condotti studi per determinare la presenza di metalli rari nei rifiuti elettrici ed elettronici per un'ulteriore rigenerazione dei metalli7, per valutare il successo dei trattamenti farmacologici8 e per verificare la composizione elementare degli impianti metallici9.

La spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS) e la spettroscopia di emissione ottica al plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES) sono tecniche comunemente utilizzate per l'analisi elementare di vari campioni10. Consentono la determinazione simultanea di più elementi con limiti di rilevazione (LOD) e limiti di quantificazione (LOQ) fino a ng/L. In generale, l'ICP-MS ha valori di LODpiù bassi 11 e un intervallo di concentrazione lineare più ampio rispetto all'ICP-OES12. Altre tecniche per determinare la composizione elementare sono la spettrometria di emissione ottica al plasma indotta da microonde13 e diverse varianti della spettroscopia di assorbimento atomico (AAS), tra cui la spettroscopia di assorbimento atomico a fiamma, la spettroscopia di assorbimento atomicoelettrotermico 2, la spettroscopia di assorbimento atomico a vapore freddo e la spettroscopia di assorbimento atomico di generazione di idruri14. Inoltre, la determinazione elementare con basso LOD e LOQ è possibile con diversi metodi elettroanalitici, in particolare con la voltammetria di stripping anodico15,16. Naturalmente, ci sono altri metodi per determinare la composizione elementare dei campioni, ma non sono così frequentemente impiegati come i metodi sopra menzionati.

La determinazione elementare diretta di campioni solidi è fattibile utilizzando la spettroscopia di rottura indotta dal laser e la fluorescenza a raggi X17. Tuttavia, per la determinazione elementare con ICP-MS, ICP-OES e AAS è necessario convertire i campioni solidi in uno stato liquido. A tale scopo, la digestione acida viene eseguita utilizzando acidi e reagenti ausiliari (nella maggior parte dei casi H2O2 ). La digestione acida viene effettuata a temperatura e pressione elevate, convertendo la parte organica del campione in prodotti gassosi e convertendo gli elementi metallici in sali solubili in acqua, sciogliendoli così nella soluzione18.

Esistono due tipi principali di digestione acida, la digestione a vaso aperto e la digestione a vaso chiuso. La digestione a vaso aperto è economicamente vantaggiosa14 ma presenta limitazioni, come la temperatura massima di digestione, che coincide con la temperatura di ebollizione degli acidi a pressione atmosferica. Il campione può essere riscaldato su piastre riscaldanti, blocchi riscaldanti, bagni d'acqua, bagni di sabbia2 e microonde19. Riscaldando il campione in questo modo, gran parte del calore generato viene disperso nell'ambiente circostante20, il che prolunga il tempo di digestione14. Altri svantaggi della digestione a vaso aperto includono un maggiore consumo di prodotti chimici, la maggiore possibilità di contaminazione dall'ambiente circostante e la possibile perdita di analiti a causa della formazione di componenti volatili e della loro evaporazione dalla miscela di reazione21.

I sistemi a recipiente chiuso sono più convenienti per la digestione di campioni organici e inorganici rispetto ai sistemi a recipiente aperto. I sistemi a recipiente chiuso utilizzano una varietà di fonti di energia per riscaldare i campioni, come il riscaldamento a conduzione e le microonde22. I metodi di digestione che utilizzano le microonde includono la combustione indotta da microonde23, i sistemi a camera singoladi reazione 24 e la digestione acida umida assistita da microonde (MAWD) comunemente usata25,26. MAWD consente la digestione a temperature di esercizio più elevate, comprese tra 220 °C e 260 °C e pressioni massime fino a 200 bar, a seconda delle condizioni di lavoro dello strumento27.

L'efficienza e la velocità di MAWD dipendono da diversi fattori, tra cui la composizione chimica dei campioni, la temperatura massima, il gradiente di temperatura, la pressione nel recipiente di reazione, la quantità di acidi aggiunti e la concentrazione di acidi utilizzati28. Nella MAWD, la digestione acida completa può essere raggiunta in pochi minuti grazie alle elevate condizioni di reazione rispetto alle digestioni più durature nei sistemi a vaso aperto. Nella MAWD sono richiesti volumi e concentrazioni inferiori di acidi, in linea con le attuali linee guida sulla chimica verde29. Nella MAWD, è necessaria una quantità minore di campione rispetto alla digestione a vaso aperto per eseguire la digestione acida, di solito sono sufficienti fino a 500 mg di campione 30,31,32. Possono essere digerite quantità di campione maggiori, ma richiedono una maggiore quantità di sostanze chimiche.

Poiché lo strumento per MAWD controlla automaticamente le condizioni di reazione e la persona non entra in contatto diretto con le sostanze chimiche durante il riscaldamento, MAWD è più sicuro da usare rispetto alle digestioni a vaso aperto. Tuttavia, la persona dovrebbe sempre procedere con cautela quando si aggiungono sostanze chimiche ai vasi di reazione per evitare che entrino in contatto con il corpo e causino danni. Anche i recipienti di reazione devono essere aperti lentamente poiché la pressione si accumula al loro interno durante la digestione acida.

Sebbene la digestione acida sia una tecnica utile per preparare i campioni per la determinazione elementare, la persona che la esegue dovrebbe essere consapevole dei suoi possibili limiti. La digestione acida potrebbe non essere adatta a tutti i campioni, in particolare a quelli con matrici complesse e a quelli altamente reattivi o che potrebbero reagire in modo esplosivo. Pertanto, la composizione del campione deve essere sempre valutata per selezionare le sostanze chimiche e le condizioni di reazione appropriate per una digestione completa che dissolva tutti gli elementi desiderati nella soluzione. Altre preoccupazioni che l'utente deve considerare e affrontare sono le impurità e la perdita di analiti in ogni fase della preparazione del campione. La digestione acida deve essere sempre eseguita secondo regole specifiche o utilizzando protocolli.

Il protocollo descritto di seguito fornisce le istruzioni per l'omogeneizzazione dei campioni alimentari in un miscelatore di dimensioni da laboratorio, una procedura per la pulizia dei componenti del miscelatore, la corretta pesatura del campione, l'aggiunta di sostanze chimiche, l'esecuzione della digestione acida mediante MAWD, la pulizia dei recipienti di reazione al termine della digestione, la preparazione dei campioni per la determinazione elementare e l'esecuzione di una determinazione quantitativa multielemento con ICP-MS. Seguendo le istruzioni riportate di seguito, si dovrebbe essere in grado di preparare un campione adatto alla determinazione elementare ed eseguire le misurazioni dei campioni digeriti.

Protocollo

1. Omogeneizzazione del campione

  1. Usando un coltello di ceramica pulito, taglia manualmente i campioni di cibo (broccoli, funghi, salsicce e tagliatelle) in pezzi più piccoli per accelerare il processo di essiccazione. Preparare una quantità sufficiente di campioni per un minimo di 6 repliche della digestione acida (assicurarsi che la massa minima dei campioni essiccati sia di 1500 mg).
    NOTA: L'aumento della superficie del campione espone una porzione maggiore del campione all'aria circostante riscaldata, aumentando la velocità di evaporazione dell'acqua.
  2. Mettere il campione in un becher di vetro da 250 ml e asciugarlo a 105 °C a un peso costante utilizzando un essiccatore.
  3. Rimuovere il bicchiere di vetro con il campione dall'essiccatore e inserirlo nell'essiccatore.
  4. Lasciare raffreddare il campione a temperatura ambiente.
    NOTA: I campioni devono essere pesati a una temperatura costante per garantire che il peso rifletta accuratamente la massa. Le variazioni di temperatura possono influenzare il volume e la densità dei campioni misurati.
  5. Aprire l'essiccatore e trasferire il becher di vetro con il campione sulla bilancia analitica. Misurare il peso del bicchiere di vetro con il campione.
  6. Al termine della pesata, rimettere il campione nell'essiccatore.
    NOTA: Se il campione si è ridotto significativamente durante l'essiccazione, è possibile trasferirlo in un bicchiere di vetro più piccolo utilizzando una spatola di plastica per una pesatura più comoda.
  7. Ripetere il processo come descritto nei passaggi 1.3-1.6 fino a ottenere un peso costante del campione.
  8. Inserire il campione eterogeneo essiccato nel becher del miscelatore (vedere la tabella dei materiali), assicurandosi che non superi il volume massimo del becher del miscelatore.
  9. Inserire il becher del miscelatore nel miscelatore e chiudere lo sportello di protezione (Figura 1).
  10. Premere il pulsante di avvio per attivare le lame per la macinazione e la miscelazione del campione.
  11. Eseguire la macinazione fino a quando il campione non si trasforma in una polvere fine o in una pasta omogenea. Per ottenere un prodotto di questo tipo, ripetere più volte il processo di macinazione.
  12. Quando il campione è omogeneizzato, spegnere il miscelatore, aprire lo sportello di protezione e rimuovere il becher del miscelatore.
  13. Rimuovere il campione omogeneizzato dal bicchiere miscelatore e trasferirlo in un bicchiere di vetro pulito da 50 ml utilizzando una spatola di plastica pulita (Figura 2).
    NOTA: Se il campione è troppo duro e potrebbe potenzialmente danneggiare i componenti del miscelatore, come le lame e il becher del miscelatore, può essere omogeneizzato con altri mezzi, come la frantumazione in malta. I miscelatori sono generalmente inadatti per l'omogeneizzazione di materiali duri, campioni congelati o campioni facilmente infiammabili, che potrebbero danneggiare i componenti del miscelatore. L'uso di solventi organici nel miscelatore è sconsigliato.
    ATTENZIONE: Utilizzare l'equipaggiamento di sicurezza e assicurarsi che la porta del miscelatore sia adeguatamente chiusa mentre le lame del miscelatore ruotano ad alta velocità.

2. Pulizia del miscelatore

  1. Aggiungere acqua ultrapura (vedi Tabella dei materiali) al segno del bicchiere miscelatore vuoto.
  2. Inserire il becher del miscelatore nel miscelatore ed eseguire la procedura di miscelazione standard.
  3. Estrarre il becher dal miscelatore e versare l'acqua di scarico. Se necessario, ripetere più volte il processo con acqua ultrapura fino a quando l'acqua rimane pulita anche dopo la miscelazione.
  4. Rimuovere le lame e il separatore a membrana contaminati dal miscelatore e pulirli accuratamente con acqua ultrapura.
    NOTA: Utilizzare detergenti neutri per migliorare l'efficienza della pulizia, soprattutto quando si tratta di campioni con un alto contenuto di grassi, poiché il grasso aderisce facilmente alla superficie dell'inventario di laboratorio.
    ATTENZIONE: Indossare dispositivi di protezione adeguati, come guanti, durante la rimozione e la pulizia delle lame per ridurre il rischio di potenziali lesioni dovute ai loro bordi taglienti.
  5. Asciugare i componenti puliti nell'essiccatore a 105 °C e reinserirli nel miscelatore.
    NOTA: Assicurarsi che i componenti del miscelatore siano completamente asciutti prima di reinstallarli nel miscelatore, per evitare il trascinamento dell'acqua al campione successivo.

3. Pesatura dei campioni

  1. Rimuovere il coperchio dal recipiente di reazione TFM-PTFE da 100 mL di trifluorometossil-politetrafluoroetilene33.
  2. Posizionare il recipiente di reazione aperto sulla bilancia analitica e assicurarsi che la bilancia sia livellata e azzerata prima di ogni misurazione (Figura 3).
    NOTA: La pesatura deve essere eseguita a temperatura ambiente. Evitare le aree in cui forti fluttuazioni di temperatura e flusso d'aria potrebbero influire sul peso misurato. Assicurarsi che l'area di pesatura sia pulita e priva di contaminanti.
  3. Trasferire il campione omogeneizzato nel recipiente di reazione utilizzando una spatola di plastica e pesare 250 mg del campione. Non pesare il campione al di sotto del limite di pesata minima della bilancia analitica.
  4. Una volta completata la pesata, posizionare il coperchio sul recipiente di reazione per proteggere il campione dalla contaminazione.
    NOTA: Il superamento del limite di peso della procedura di digestione può causare una digestione incompleta. Maneggiare con cura il campione e i recipienti di reazione per evitare qualsiasi contaminazione esterna.

4. Aggiunta di acido

  1. Versare rispettivamente circa 40,0 mL di HNO3 al 68% in peso e 5,0 mL di H2O2 al 30% in peso in becher di vetro separati da 50 mL.
    NOTA: Le sostanze chimiche devono essere di elevata purezza con impurità di metalli in tracce inferiori a 1,0 μg/L (ppb), idealmente nell'intervallo ng/L (ppt). Le impurità dei metalli in tracce influiscono sull'accuratezza e sulla ripetibilità della determinazione elementare.
  2. Collocare i recipienti di reazione in una cappa aspirante, aprire i coperchi di copertura e aggiungere i volumi indicati di seguito del 68% in peso di HNO3 e del 30% in peso di H2O2 con pipette automatiche da 1 mL o 5 mL, secondo le seguenti specifiche:
    1. Broccoli, funghi, salsicce e tagliatelle; per 250 mg di campione aggiungere 5,0 mL 68% in peso HNO3 e 1,0 mL 30% in peso H2O2. Preparare tre repliche per ogni campione.
    2. Per determinare l'accuratezza del metodo (in termini di recupero, Rec), utilizzare la procedura descritta al punto 4.2.1 e aggiungere 37,5 μL di soluzione standard multielemento ICP da 100 mg/L (vedere Tabella dei materiali) nei recipienti di reazione utilizzando una pipetta automatica da 200 μL. Per ogni campione, preparare tre repliche.
      NOTA: Il volume di 37,5 μL è stato selezionato in quanto corrisponde a un aumento di 15,0 μg/L per le soluzioni addizionate dei campioni rispetto alla concentrazione nelle soluzioni non addizionate dei campioni. Inoltre, l'aumento della concentrazione per la soluzione addizionata dei campioni corrisponde alla concentrazione finale che è ancora nell'intervallo di concentrazione lineare per ogni analita misurato.
    3. Preparare un campione bianco utilizzando lo stesso volume di 68% in peso di HNO3 e 30% in peso di H2O2 utilizzato per la digestione dei campioni alimentari al punto 4.2.1. Per un bianco campione, non aggiungere il campione ai recipienti di reazione.
      ATTENZIONE: L'HNO3 utilizzato per la digestione è corrosivo e produce fumi. Per questo motivo, l'aggiunta di acido deve essere eseguita in una cappa aspirante. Devono essere utilizzati dispositivi di protezione da laboratorio standard (guanti, occhiali di sicurezza e camice da laboratorio). In caso di contatto con l'acido, l'area interessata deve essere immediatamente sciacquata sotto il getto di acqua fredda e deve essere cercata assistenza medica.
  3. Posizionare il coperchio sui recipienti di reazione e lasciare che i campioni reagiscano con l'aggiunta del 68% in peso di HNO3 e del 30% in peso di H2O2 per 2-3 minuti.
  4. Avvitare il coperchio filettato sul recipiente e serrare i coperchi del coperchio.
  5. Agitare il recipiente di reazione con leggeri movimenti della mano per incorporare completamente i campioni nelle sostanze chimiche.
    NOTA: Non lasciare i campioni sulle pareti o sui coperchi dei recipienti di reazione, poiché esiste la possibilità che non vengano completamente digeriti.

5. Digestione acida umida assistita da microonde

  1. Accendere il sistema a microonde (vedere la tabella dei materiali) per la digestione acida premendo il pulsante di avvio (Figura 4).
  2. Aprire la porta del forno a microonde e rimuovere la griglia.
  3. Distribuire i recipienti di reazione chiusi simmetricamente nel rack per garantire un'irradiazione uniforme dei campioni mediante microonde.
  4. Inserite il rack nella camera del microonde e montatelo su un supporto (Figura 5).
  5. Chiudere la porta del forno a microonde.
  6. Impostare un programma di digestione adatto sul touch screen del forno a microonde utilizzando uno strumento a forma di penna. Scegliere un gradiente di temperatura appropriato, la temperatura finale e il numero di campioni da digerire. Il programma di digestione raccomandato per i diversi campioni di cibo è elencato di seguito:
    1. Broccoli, funghi, salsicce e tagliatelle: aumento di 10 min a 160 °C, aumento di 10 min a 200 °C, 15 min a 200 °C, potenza massima 900 W.
  7. Avviare il programma di digestione e monitorare il cambiamento delle condizioni di reazione sullo schermo. Interrompere il processo di digestione se la temperatura non aumenta secondo il programma prescritto.
    NOTA: Durante la digestione, sullo schermo del forno a microonde possono essere visualizzati improvvisi picchi di temperatura. Si verificano quando i campioni reagiscono esotermicamente con le sostanze chimiche. Il sistema a microonde regolerà automaticamente la temperatura regolando la potenza di uscita.
  8. Attendere fino al completamento della digestione assistita da microonde e alla diminuzione della temperatura del campione.
  9. Aprire la porta del forno a microonde e rimuovere la griglia dalla camera del forno a microonde. Chiudere lo sportello e spegnere lo strumento.
  10. Rimuovere i recipienti di reazione dal rack e attendere che si raffreddino a temperatura ambiente.
  11. Aprire lentamente manualmente i coperchi del coperchio per rilasciare i gas che si formano durante la digestione acida. Ruotare i recipienti di reazione in direzione della cappa aspirante (Figura 6).
  12. Rimuovere completamente il coperchio e sciacquare il coperchio e le pareti del recipiente di reazione con una piccola quantità di acqua ultrapura.
  13. Trasferire quantitativamente il contenuto del recipiente di reazione in un matraccio tarato di vetro pulito da 25 mL attraverso un imbuto di vetro risciacquando ripetutamente il coperchio e il recipiente di reazione con acqua ultrapura.
  14. Diluire il campione con acqua ultrapura fino al segno del matraccio tarato. Chiudere il matraccio tarato con un tappo e mescolare il contenuto del matraccio tarato.
    NOTA: Deve essere eseguita un'ulteriore diluizione dei campioni digeriti con acqua ultrapura in quanto devono contenere meno del 5% (V/V) di acido residuo34 e meno di 2 g/L di elementi disciolti, detti anche solidi totali disciolti35.
  15. Prendere una siringa di plastica da 20 mL e collegarla con un filtro per siringa in poliammide (diametro 25 mm, dimensione dei pori 0,20 μm). Riempire la siringa di plastica con il campione diluito e filtrarne il contenuto in una provetta da centrifuga di plastica da 50 ml applicando pressione. Utilizzare una nuova siringa di plastica e un filtro per siringa per ogni campione per evitare qualsiasi contaminazione incrociata.
    NOTA: I campioni devono essere filtrati per rimuovere eventuali materiali insolubili o particelle solide che potrebbero rimanere non digeriti dopo MAWD. Queste particelle possono interferire con le misure di determinazione elementare intasando i componenti dello strumento. Quando si filtrano i campioni, assicurarsi di scartare le prime due gocce. Utilizzare filtri idrofili (in poliammide) per soluzioni acquose. I filtri idrofobici (PTFE) non sono adatti per la filtrazione di soluzioni acquose in quanto richiedono una pressione applicata più elevata, che potrebbe provocare la rottura della membrana36.
  16. Chiudere la provetta da centrifuga in plastica da 50 ml con un tappo a vite e mettere il campione in frigorifero fino alle misurazioni.
    NOTA: I campioni digeriti vengono conservati in frigorifero a temperature più basse per preservarli e prolungarne il tempo di conservazione.

6. Pulizia del recipiente di reazione

  1. Dopo che i campioni digeriti sono stati trasferiti in matracci tarati da 50 mL, aggiungere 5,0 mL di HNO3 al 68% in peso e 5,0 mL di acqua ultrapura con pipette automatiche da 5 mL nei recipienti di reazione.
  2. Chiudere i recipienti di reazione con i coperchi di copertura e inserirli nel rack. Trasferire la griglia nella camera del forno a microonde.
  3. Applicare il seguente programma microonde: aumento di 15 min a 160 °C, aumento di 10 min a 180 °C, potenza massima 900 W.
  4. Monitorare le condizioni di reazione durante il riscaldamento. Al termine del riscaldamento, lasciare raffreddare i recipienti di reazione.
  5. Aprire il forno a microonde, rimuovere i recipienti di reazione dalla griglia e aprirli lentamente nella cappa aspirante.
  6. Gettare il contenuto dei recipienti di reazione nei contenitori per rifiuti di plastica.
  7. Sciacquare i recipienti di reazione con acqua ultrapura per rimuovere il materiale o le sostanze chimiche in eccesso.
  8. Asciugare i recipienti di reazione nell'essiccatore a 105 °C prima dell'uso successivo.
    NOTA: La stessa procedura a microonde (tempo, potenza, gradiente di temperatura e volume delle sostanze chimiche) utilizzata per la digestione acida dei campioni può essere utilizzata per la pulizia dei recipienti di reazione. In alternativa, i recipienti di reazione possono essere puliti senza il sistema a microonde immergendoli in HNO3 concentrato o HCl per diverse ore e risciacquando con acqua ultrapura.

7. Determinazione multi-elemento con ICP-MS

  1. Prelevare dal frigorifero le provette da centrifuga in plastica da 50 ml contenenti i campioni digeriti e lasciarle riscaldare a temperatura ambiente.
  2. Diluire i campioni di un fattore 10 per diminuire la concentrazione di acido nel campione digerito e per diminuire la concentrazione del componente della matrice del campione. Utilizzando una pipetta automatica, trasferire 2,50 mL del campione in un matraccio tarato di vetro da 25 mL e riempirlo fino al segno con acqua ultrapura.
  3. Trasferire i campioni diluiti nelle provette di plastica da 15 mL e posizionarli nelle posizioni appropriate nell'autocampionatore.
  4. Preparare lo strumento ICP-MS (vedi Tabella dei Materiali) per le misurazioni:
    1. Accendere la ventilazione e il refrigeratore che alimenta l'ICP-MS con acqua di raffreddamento e raffredda i suoi componenti.
    2. Utilizzare il software compatibile per garantire che la soluzione di risciacquo (1% in peso HNO3 ) fluisca continuamente dall'autocampionatore all'ICP-MS senza pulsazioni.
    3. Aprire le bombole di gas Ar (purezza al 99,999%) e He (purezza al 99,999%) per alimentare entrambi i gas dell'ICP-MS. Controllare il flusso di gas nel software e, se necessario, regolarlo.
      NOTA: Utilizzare la cella di collisione con il gas He quando sono previste interferenze spettrali dovute alla formazione di ioni poliatomici (ad esempio, 40Ar16O+ che interferiscono con 56Fe+)37.
    4. Avviare il plasma e calibrare lo strumento utilizzando la soluzione di accordatura (vedere la tabella dei materiali).
    5. Una volta calibrato lo strumento (posizione torcia, tensione di guadagno, tensione dell'obiettivo, massa/risoluzione, calibrazione a impulsi/analogica (P/A), calibrazione del database (DB) e convalida), selezionare il metodo di misurazione desiderato ed eseguire le misurazioni.
  5. Quando si lavora con campioni sconosciuti, eseguire una determinazione semiquantitativa per ottenere informazioni su quali elementi sono presenti nel campione e sulla loro concentrazione approssimativa.
    NOTA: Si consiglia di diluire ulteriormente i campioni per la determinazione semiquantitativa poiché i rivelatori hanno un limite di concentrazione di elementi che possono rilevare contemporaneamente. Concentrazioni di campione più basse possono prolungare la durata dei componenti dello strumento.
  6. Dopo aver ottenuto i dati sulle concentrazioni approssimative degli elementi nei campioni, creare un metodo per la determinazione elementare quantitativa nel software. Selezionare le condizioni operative dell'ICP-MS (Tabella 1) e selezionare gli elementi desiderati (in questo caso Cu, Fe, Mn e Zn). Determinare il numero e le concentrazioni di soluzioni dello standard necessarie per creare una curva di calibrazione (a volte indicata come curva analitica o curva di lavoro) (Tabella 1).
    NOTA: Preparare almeno sei diverse concentrazioni come punti di calibrazione per la curva di calibrazione.
  7. Preparare le soluzioni di standard per la curva di calibrazione. Utilizzando pipette automatiche, pipettare il volume richiesto di soluzioni standard multielemento da 100 mg/L in matracci tarati di vetro da 25 mL, per preparare soluzioni standard con le seguenti concentrazioni: 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 e 50,0 μg/L. Riempire i matracci fino al segno con l'1% in peso di HNO3. Inoltre, preparare un bianco di calibrazione utilizzando la soluzione HNO3 all'1% in peso.
  8. Trasferire le soluzioni preparate dello standard e dei campioni nelle provette di plastica da 15 mL, inserirle nell'autocampionatore e avviare lo strumento seguendo la procedura descritta al punto 7.4.
  9. Eseguire la misurazione quantitativa degli elementi selezionati utilizzando la metodologia della curva di calibrazione.
  10. Una volta completate le misurazioni, spegnere il plasma, chiudere le forniture di gas Ar e He, spegnere il refrigeratore ICP-MS e spegnere il sistema di ventilazione.

Risultati

Omogeneizzazione
Tutti i campioni sono stati essiccati a massa costante con l'essiccatore da laboratorio per eliminare l'umidità. Il trasferimento del campione in un essiccatore ha permesso di raffreddarlo a temperatura ambiente senza legare l'umidità dall'ambiente circostante. I campioni di cibo sono stati poi omogeneizzati utilizzando il miscelatore di laboratorio per ottenere una polvere fine. Le particelle omogeneizzate risultanti erano di dimensioni uniformi e distribuite uniformemente, assicur...

Discussione

Omogeneizzazione
Per garantire risultati riproducibili nella determinazione elementare, è necessario omogeneizzare i campioni prima della digestione acida a causa della loro struttura e composizione complessa e disomogenea. L'omogeneizzazione mira ad eliminare l'eterogeneità costituzionale e distributiva. La miscelazione del campione riduce al minimo l'eterogeneità distributiva ridistribuendo uniformemente i componenti in tutto il campione. Allo stesso modo, riducendo la dimensione delle particelle...

Divulgazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Riconoscimenti

Gli autori riconoscono il sostegno finanziario dell'Agenzia slovena per la ricerca (sovvenzioni n. P2-0414, P2-0118, J1-2470, NK-0001 e J1-4416).

Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
Ar gasMesser7440-37-1Ar 5.0 gas (purity 99.999%).
AS-10 Autosampler systemShimadzuAutosampler connected to the ICP-MS, containing 68 ports for samples.
Automatic pipettesSartorius200 µL, 1 mL, and 5 mL automatic pipettes.
Balance XSE104Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USAAnalytical balance scale with a maximum weighing mass of 120 g.
Ceramic knifeCeramic knife used for cutting fresh food samples.
DessicatorGlass desiccator with lumps of silica gel.
ETHOS LEANMilestone, Sorisole, ItalyMicrowave system for wet acid digestion in closed 100 mL vessels made of TFM-PTFE.
Fume hoodLaboratory fume hood with adjustable air flow.
Glass beakers RASOTHERMCarlRoth GmbH + Co.KG50 mL, 250 mL glass beakers
Glass funnelsSmall glass funnels fitting into the neck of volumetric flasks.
He gasMesser7440-59-7He 5.0 gas (purity 99.999%).
Hydrogen peroxideThermoFisher Scientific7722-84-1Hxdrogen peroxide 100 volumes 30 wt.% solution. Laboratory reagent grade.
ICP multi-element standard solution VIIISupelco109492100 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 2030ShimadzuInductively coupled plasma mass spectrometry system for multi-element analysis of digested samples.
ICP-MS Tuning Solution ACarlRoth GmbH + Co.KG250 mL tuning solution containing 6 elements (Be, Bi, Ce, Co, In, Mn) in 1 % nitric acid.
KIMTECH Purple Nitrile glovesKimberly-Clark GmbHDisposable Purple Nitrile gloves (S, M or L).
Laboratory coatAny available supplier/
Mixer B-400BÜCHI Labortechnik AG, Flawil, SwitzerlandLaboratory mixer with ceramic blades.
Nitric acidThermoFisher Scientific7697-37-2Nitric acid, trace analysis grade, 68 wt%, density 1.42, Primar Plus, For Trace Metal Analysis.
Plastic centrifuge tubesIsolab50 mL plastic centrifuge tubes with screw caps, single use.
Plastic syringes InjektB. Braun2 pice, single use 20 mL syringes.
Plastic tubes for autosamplerShimadzu046-00147-04Plastic tubes for autosampler, 15 mL capacity, 16 mm diameter, 100 mm length.
Plastic waste containersPlastic 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.
SpatulaPlastic spatula.
Sterilizator Instrumentaria ST 01/02InstrumentariaDryer with adjustable temperature.
Syringe filtersCHROMAFIL Xtra729212Syringe filters with polypropylene housing and polyamide hydrophilic membrane. Membrane diameter 25 mm, membrane pore size 0.2 µm.
Ultrapure waterELGA Labwater, Veolia Water Technologies.Ultrapure water with a resistivity of 18.2 MΩcm, obtained with laboratory water purification system.
Volumetric flasks25 mL glass volumetric flasks.

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