著者らは、スロベニア研究機関の財政的支援(助成金番号P2-0414、P2-0118、J1-2470、NK-0001、およびJ1-4416)に感謝の意を表します。

1. サンプルの均質化
<ol><li>清潔なセラミックナイフを使用して、食品サンプル(ブロッコリー、マッシュルーム、ソーセージ、麺)を手作業で細かく切り、乾燥プロセスをスピードアップします。酸分解を最低 6 回繰り返すのに十分なサンプルを調製します(乾燥サンプルの最小質量が 1500 mg であることを確認してください)。 注意: サンプルの表面積を増やすと、サンプルの大部分が加熱された周囲の空気にさらされ、水の蒸発速度が増加します。</li>
	<li>サンプルを250 mLのガラスビーカーに入れ、乾燥機を使用して105°Cで一定の重量になるまで乾燥させます。</li>
	<li>サンプルの入ったガラスビーカーを乾燥機から取り出し、デシケーターに挿入します。</li>
	<li>サンプルを室温まで冷まします。 注:重量が質量を正確に反映するように、サンプルは一定の温度で計量する必要があります。温度変化は、測定するサンプルの体積と密度に影響を与える可能性があります。</li>
	<li>デシケーターを開き、ガラスビーカーをサンプルと一緒に分析天びんに移します。サンプルでガラスビーカーの重量を測定します。</li>
	<li>計量が完了したら、サンプルを乾燥機に戻します。 注:乾燥中にサンプルが大幅に縮んだ場合は、プラスチック製のヘラを使用して小さなガラスビーカーに移し、より便利な計量を行うことができます。</li>
	<li>サンプルの重量が一定になるまで、ステップ1.3〜1.6で説明したプロセスを繰り返します。</li>
	<li>乾燥した不均一サンプルをミキサービーカーに入れ( 材料表を参照)、ミキサービーカーの最大容量を超えないようにします。</li>
	<li>ミキサービーカーをミキサーに挿入し、ガードドアを閉じます(図1)。</li>
	<li>スタートボタンを押して、サンプルを粉砕および混合するためのブレードをアクティブにします。</li>
	<li>サンプルが微粉末または均質なペーストに変わるまで粉砕を行います。このような製品を実現するには、粉砕プロセスを数回繰り返します。</li>
	<li>サンプルが均質化されたら、ミキサーのスイッチを切り、ガードドアを開き、ミキサービーカーを取り外します。</li>
	<li>均質化したサンプルをミキサービーカーから取り出し、清潔なプラスチックベラを使用して清潔な50 mLガラスビーカーに移します(図2)。 注意: サンプルが硬すぎて、ブレードやミキサービーカーなどのミキサーのコンポーネントに損傷を与える可能性がある場合は、モルタルで粉砕するなど、他の方法で均質化できます。ミキサーは通常、硬い材料、凍結したサンプル、または可燃しやすいサンプルの均質化には適しておらず、ミキサーのコンポーネントを損傷する可能性があります。ミキサーでの有機溶剤の使用はお勧めしません。 注意: ミキサーのブレードが高速で回転するため、安全装置を使用し、ミキサーのドアが適切に閉じていることを確認してください。</li>
</ol>2.ミキサーの洗浄
<ol><li>空のミキサービーカーのマークに超純水( 材料表を参照)を追加します。</li>
	<li>ミキサービーカーをミキサーに挿入し、標準の混合手順を実行します。</li>
	<li>ミキサーからビーカーを取り出し、廃水を注ぎます。必要に応じて、超純水で数回繰り返し、混合後も水がきれいになるまで繰り返します。</li>
	<li>汚染されたブレードとダイヤフラムシールをミキサーから取り外し、超純水で完全に洗浄します。 注:中性洗剤を使用して、特に脂肪含有量の高いサンプルを扱う場合は、脂肪がラボの在庫の表面に付着しやすいため、洗浄効率を向上させてください。 注意: ブレードを取り外して清掃するときは、鋭利なエッジによる怪我のリスクを減らすために、手袋などの適切な保護具を着用してください。</li>
	<li>洗浄した成分を乾燥機で105°Cで乾燥させ、ミキサーに再挿入します。 注意: 次のサンプルへの水のキャリーオーバーを防ぐために、ミキサーに再度取り付ける前に、ミキサーのコンポーネントが完全に乾いていることを確認してください。</li>
</ol>3. サンプル計量
<ol><li>100mLのトリフルオロメトキシル-ポリテトラフルオロエチレンTFM-PTFE反応容器33から蓋蓋を取り外す。</li>
	<li>開いた反応容器を分析天びんの上に置き、各測定の前に天びんが平らになり、ゼロになっていることを確認します(図3)。 注意: 計量は室温で行う必要があります。激しい温度変動や空気の流れが測定重量に影響を与える可能性のある場所は避けてください。計量エリアが清潔で、汚染物質がないことを確認してください。</li>
	<li>均質化したサンプルをプラスチックスパチュラを使用して反応容器に移し、250mgのサンプルを秤量します。分析天びんの最小重量制限を下回る重量でサンプルを計量しないでください。</li>
	<li>計量が完了したら、サンプルを汚染から保護するために、反応容器に蓋を置きます。 注意: 消化手順の重量制限を超えると、消化が不完全になる可能性があります。サンプルおよび反応容器は、外部からの汚染を避けるために注意して取り扱ってください。</li>
</ol>4.酸の付加
<ol><li>約40.0mLの68重量%HNO3および5.0mLの30重量%H2O2を別々の50mLガラスビーカーにそれぞれ注ぐ。 注:化学物質は、微量金属不純物が1.0 μg/L(ppb)未満、理想的にはng/L(ppt)の範囲の高純度でなければなりません。微量金属不純物は、元素測定の精度と再現性に影響を与えます。</li>
	<li>反応容器をドラフトに入れ、蓋の蓋を開け、以下の仕様に従って、以下の容量の68 wt%HNO3 および30 wt%H2O2 を1 mLまたは5 mLの自動ピペットで加えます。<ol><li>ブロッコリー、マッシュルーム、ソーセージ、麺類。250mgの試料に対して、5.0mLの68wt%HNO3および1.0mLの30wt%H2O2を添加する。各サンプルについて3回の繰り返しを調製します。</li>
		<li>分析法の正確性(回収率、Rec)を決定するには、ステップ 4.2.1 で説明した手順に従い、200 μL の自動ピペットを使用して、37.5 μL の 100 mg/L ICP 多元素標準溶液( 材料表を参照)を反応容器に加えます。各サンプルについて、3 回の繰り返しを準備します。 注:容量 37.5 μL は、サンプルのスパイクなし溶液中の濃度と比較して、サンプルのスパイク溶液の濃度が 15.0 μg/L 増加したことに対応するため、37.5 μL を選択しました。さらに、サンプルのスパイク溶液の濃度の増加は、測定したすべての分析種について線形濃度範囲内にある最終濃度に対応します。</li>
		<li>ステップ4.2.1で食品サンプルの分解に使用したのと同じ容量の68重量%HNO3および30重量%H2O2を使用してサンプルブランクを調製する。サンプルブランクの場合は、反応容器にサンプルを添加しないでください。 注意:分解に使用されるHNO3 は腐食性があり、煙を発生します。このため、酸の添加はドラフト内で行う必要があります。標準的な実験室用保護具(手袋、安全ゴーグル、実験用コート)を使用する必要があります。酸との接触がある場合は、患部を直ちに冷水の流れで洗い流し、医師の診察を受ける必要があります。</li>
	</ol></li>
	<li>蓋蓋を反応容器に置き、添加した68重量%HNO3 および30重量%H2O2 とサンプルを2〜3分間反応させる。</li>
	<li>容器にネジカバーをねじ込み、カバーの蓋を締めます。</li>
	<li>手を軽く動かして反応容器を振とうし、サンプルを化学物質に完全に取り込みます。 注:試料は完全に消化されない可能性があるため、反応容器の壁や蓋に放置しないでください。</li>
</ol>5. マイクロ波支援湿潤酸分解
<ol><li>スタートボタンを押して、酸分解用のマイクロ波システム(材料表を参照)をオンにします(図4)。</li>
	<li>電子レンジのドアを開き、ラックを取り外します。</li>
	<li>密閉した反応容器をラック内に対称的に分配し、マイクロ波によるサンプルの照射を均一にします。</li>
	<li>ラックを電子レンジチャンバーに挿入し、ホルダーに取り付けます(図5)。</li>
	<li>電子レンジのドアを閉めます。</li>
	<li>ペンの形をしたツールを使用して、電子レンジのタッチスクリーンに適切な分解プログラムを設定します。適切な温度勾配、最終温度、および分解するサンプル数を選択します。さまざまな食品サンプルに推奨される消化プログラムを以下に示します。<ol><li>ブロッコリー、マッシュルーム、ソーセージ、麺類:160°Cまで10分間上昇、200°Cまで10分間上昇、200°Cで15分間、最大出力900W。</li>
	</ol></li>
	<li>消化プログラムを開始し、画面上で反応条件の変化を監視します。所定のプログラムに従って温度が上昇しない場合は、分解プロセスを停止します。 注意: 消化中に、電子レンジの画面に突然の温度スパイクが表示される場合があります。これらは、サンプルが化学物質と発熱的に反応するときに発生します。マイクロ波システムは、出力電力を調整することにより、温度を自動的に調整します。</li>
	<li>マイクロ波による分解が完了し、サンプルの温度が下がるまで待ちます。</li>
	<li>電子レンジのドアを開き、ラックを電子レンジのチャンバーから取り外します。ドアを閉め、機器の電源を切ります。</li>
	<li>反応容器をラックから取り出し、室温まで冷えるのを待ちます。</li>
	<li>蓋カバーを手動でゆっくりと開けて、酸分解中に発生したガスを放出します。反応容器をドラフトの方向に回します(図6)。</li>
	<li>カバーを完全に取り外し、カバーと反応容器の壁を少量の超純水ですすいでください。</li>
	<li>カバーと反応容器を超純水で繰り返しすすぎ、ガラス漏斗を通して反応容器の内容物を清潔な25 mLガラスメスフラスコに定量的に移します。</li>
	<li>サンプルを超純水でメスフラスコのマークまで希釈します。メスフラスコをストッパーで閉じ、メスフラスコの内容物を混合します。 注:分解されたサンプルは、残留酸34が5%(V / V)未満、溶解元素が2 g / L未満(総溶解固形分35とも呼ばれる)を含む必要があるため、超純水でさらに希釈する必要があります。</li>
	<li>20 mLのプラスチックシリンジを用意し、ポリアミドシリンジフィルター(直径25 mm、孔径0.20 μm)と接続します。希釈したサンプルをプラスチックシリンジに充填し、圧力をかけてその内容物を50 mLのプラスチック遠心チューブにろ過します。クロスコンタミネーションを避けるために、すべてのサンプルに新しいプラスチックシリンジとシリンジフィルターを使用してください。 注:MAWD後に未消化のままになる可能性のある不溶性物質または固体粒子を除去するには、サンプルをろ過する必要があります。これらの粒子は、装置のコンポーネントを詰まらせることにより、元素測定測定を妨げる可能性があります。サンプルをろ過するときは、最初の数滴を必ず廃棄してください。水溶液には親水性フィルター(ポリアミド製)をご使用ください。疎水性フィルター(PTFE)は、より高い印加圧力を必要とし、膜破裂を引き起こす可能性があるため、水溶液のろ過には適していない36。</li>
	<li>50 mLのプラスチック製遠心チューブをスクリューキャップで閉じ、測定が終わるまでサンプルを冷蔵庫に入れます。 注:消化されたサンプルは、保存と保存期間を延ばすために、低温で冷蔵庫に保管されます。</li>
</ol>6. 反応容器洗浄
<ol><li>消化したサンプルを50 mLのメスフラスコに移した後、5.0 mLの68 wt%HNO3 と5.0 mLの超純水を5 mLの自動ピペットで反応容器に加えます。</li>
	<li>反応容器を蓋で閉じ、ラックに挿入します。ラックを電子レンジのチャンバーに移します。</li>
	<li>次のマイクロ波プログラムを適用します:160°Cまで15分増加、180°Cまで10分間増加、最大電力900W。</li>
	<li>加熱中の反応条件をモニターします。加熱が終わったら、反応容器を冷まします。</li>
	<li>電子レンジを開き、反応容器をラックから取り出し、ドラフト内でゆっくりと開きます。</li>
	<li>反応容器の内容物はプラスチック廃棄物容器に廃棄します。</li>
	<li>反応容器を超純水ですすぎ、余分な物質や薬品を取り除きます。</li>
	<li>次回の使用前に、反応容器を乾燥機で105°Cで乾燥させてください。 注:サンプルの酸分解に使用されるのと同じマイクロ波手順(時間、電力、温度勾配、および化学物質の量)を反応容器の洗浄に使用できます。あるいは、反応容器を濃縮HNO3 またはHClに数時間浸し、超純水ですすぐことにより、マイクロ波システムなしで洗浄することができます。</li>
</ol>7. ICP-MSによる多元素測定
<ol><li>消化したサンプルが入った50 mLのプラスチック遠心チューブを冷蔵庫から取り出し、室温まで温めます。</li>
	<li>サンプルを 10 倍に希釈して、消化サンプル中の酸の濃度を下げ、サンプルマトリックスの成分の濃度を下げます。自動ピペットを使用して、2.50 mLのサンプルを25 mLのガラス製メスフラスコに移し、超純水でマークまで満たします。</li>
	<li>希釈したサンプルを 15 mL のプラスチックチューブに移し、オートサンプラーの適切な位置に配置します。</li>
	<li>測定用にICP-MS装置( 材料表を参照)を準備します。<ol><li>換気装置と、ICP-MS に冷却水を供給し、そのコンポーネントを冷却するチラーのスイッチを入れます。</li>
		<li>互換性のあるソフトウェアを使用して、リンス溶液(1 wt% HNO3)が脈動することなくオートサンプラーからICP-MSに連続的に流れるようにします。</li>
		<li>Ar(純度99.999%)とHe(純度99.999%)のガスボンベを開けて、ICP-MSに両方のガスを供給します。ソフトウェアでガス流量を確認し、必要に応じて調整します。 注:多原子イオンの形成(例えば、 40Ar16O+ が 56Fe+に干渉する)37の形成によりスペクトル干渉が予想される場合は、Heガスとの衝突セルを使用してください。</li>
		<li>プラズマを起動し、チューニングソリューションを使用して機器を校正します( 材料表を参照)。</li>
		<li>装置の校正(トーチ位置、ゲイン電圧、レンズ電圧、質量/分解能、パルス/アナログ(P/A)校正、データベース(DB)校正、および検証)が完了したら、目的の測定方法を選択し、測定を実行します。</li>
	</ol></li>
	<li>未知のサンプルを扱う場合は、半定量的な測定を実行して、サンプル中に存在する元素とそのおおよその濃度に関する情報を取得します。 注:検出器には一度に検出できる元素の濃度に制限があるため、半定量測定のためにサンプルをさらに希釈することをお勧めします。サンプル濃度を低くすると、装置コンポーネントの寿命を延ばすことができます。</li>
	<li>サンプル中の元素のおおよその濃度に関するデータを取得した後、ソフトウェアで定量元素測定法を作成します。ICP-MSの操作条件(表1)を選択し、目的の元素(この場合はCu、Fe、Mn、Zn)を選択します。検量線(分析曲線または作業曲線と呼ばれることもあります)の作成に必要な標準試料の溶液の数と濃度を決定します(表 1)。 注:検量線の検量線の検量点として、少なくとも 6 つの異なる濃度を準備します。</li>
	<li>検量線用の標準液を調製します。自動ピペットを使用して、必要な容量の 100 mg/L の多元素標準溶液を 25 mL のガラス製メスフラスコにピペットで移し、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、50.0 μg/L の濃度の標準液を調製します。 フラスコに 1 wt% HNO3 をマークまで充填します。さらに、1 wt% HNO3 溶液を使用してキャリブレーションブランクを調製します。</li>
	<li>調製した標準液とサンプル溶液を 15 mL のプラスチックチューブに移し、オートサンプラーに入れ、ステップ 7.4 で説明した手順に従って装置を始動します。</li>
	<li>検量線法を使用して、選択した元素の定量測定を実行します。</li>
	<li>測定が完了したら、プラズマをオフにし、ArおよびHeガスの供給を閉じ、ICP-MSチラーのスイッチを切り、換気システムをオフにします。</li>
</ol>

多元素分析のための食品サンプルの均質化と分解

著者は何も開示していません。

均一化 元素測定で再現性のある結果を得るには、サンプルの構造と組成が複雑で不均一であるため、酸分解の前にサンプルを均質化する必要があります。均質化は、構成的および分布的不均一性を排除することを目的としています。サンプルを混合すると、サンプル全体に成分が均等に再分配されるため、分布の不均一性が最小限に抑えられます。同様に、粒子径を均一な大?...

元素分析は、さまざまなサンプルの元素組成を決定するための分析プロセスです。高濃度の金属(特に重金属1)は望ましくない健康問題を引き起こす可能性があるため、人体への金属の摂取を制御するために使用できます。重金属も主要な環境汚染物質の1つであるため、環境中の重金属の存在を制御する必要があります2。さらに、元素分析は、食品の地理的原産地を決定し3、食品 や水資源の品質を管理するためにも使用できます4。さらに、土壌中の微量栄養素と多量栄養素の測定5や、 鉱物や堆積物の化学組成を調べることで、歴史を通しての地質学的プロセスへの洞察を得るために使用されます6。また、さらなる金属再生のための電気および電子廃棄物中のレアメタルの存在を決定し7、薬物治療の成功を評価し8、金属インプラントの元素組成を検証するための研究も行われています9。
誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)および誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-OES)は、さまざまなサンプルの元素分析に一般的に使用される技術です10。検出限界(LOD)と定量限界(LOQ)がng/Lと低い複数の元素を同時に測定できます。一般に、ICP-MS は ICP-OES12 と比較して LOD 値11 が低く、線形濃度範囲が広くなっています。元素組成を決定する他の技術には、マイクロ波誘起プラズマ発光分析法13と、フレーム原子吸光分析法、電熱原子吸光分析法2、冷蒸気原子吸光法、水素化物生成原子吸光分析法14など、原子吸光分析法(AAS)のいくつかの変種がある.さらに、LODとLOQが低い元素測定は、さまざまな電気分析法、特に陽極ストリッピングボルタンメトリー15,16で可能です。もちろん、サンプルの元素組成を決定する方法は他にもありますが、上記の方法ほど頻繁には採用されていません。
固体試料の元素の直接測定は、レーザー誘起ブレークダウン分光法と蛍光X線を用いて実現可能である17。ただし、ICP-MS、ICP-OES、およびAASによる元素測定では、固体サンプルを液体状態に変換する必要があります。この目的のために、酸分解は酸および補助試薬(ほとんどの場合H2O2)を用いて行われる。酸分解は高温高圧で行われ、サンプルの有機部分を気体生成物に変換し、金属元素を水溶性塩に変換し、したがってそれらを溶液18に溶解する。
酸分解には大きく分けて、開放型消化と閉鎖型消化の2種類があります。開放型容器分解は費用対効果が高い14 が、最高分解温度が大気圧での酸の沸騰温度と一致するなどの制限がある。試料は、ホットプレート、加熱ブロック、水浴、砂浴2、およびマイクロ波19で加熱することができる。このように試料を加熱することにより、発生した熱の多くが周囲20に失われ、消化時間14が延びる。開放容器消化の他の欠点には、化学薬品の消費量が多いこと、周囲の環境からの汚染の可能性が高くなること、および揮発性成分の形成および反応混合物からのそれらの蒸発による分析物の損失の可能性が含まれる21。
密閉容器システムは、開放容器システムと比較して、有機および無機サンプルの分解に便利です。密閉容器システムは、伝導加熱やマイクロ波22など、サンプルを加熱するために様々なエネルギー源を利用する。マイクロ波を使用する分解方法には、マイクロ波誘起燃焼23、単反応チャンバーシステム24、および一般的に使用されるマイクロ波アシスト湿式酸分解(MAWD)25,26が含まれます。MAWDは、機器の作業条件に応じて、220°C〜260°Cの範囲のより高い動作温度と最大200barの最大圧力での分解を可能にします27。
MAWDの効率と速度は、サンプルの化学組成、最高温度、温度勾配、反応容器内の圧力、添加される酸の量、使用される酸の濃度など、いくつかの要因に依存します28。MAWDでは、開放容器系での長時間の消化と比較して反応条件が高いため、数分で完全な酸分解を達成できます。MAWDでは、より低い量と濃度の酸が必要であり、これは現在のグリーンケミストリーガイドライン29に沿っています。MAWDでは、酸分解を行うために必要なサンプル量は、通常500mgまでのサンプルで十分です30,31,32。大量のサンプルを消化できますが、より多くの化学物質が必要になります。
MAWD用装置は反応条件を自動的に制御し、加熱中に人が化学物質に直接接触しないため、MAWDはオープンベッセル消化よりも安全に操作できます。ただし、反応容器に化学物質を添加するときは、反応容器が体に接触して害を及ぼすのを防ぐために、常に注意して進める必要があります。また、反応容器は、酸分解中に内部に圧力がかかるため、ゆっくりと開く必要があります。
酸分解は元素測定用のサンプルを調製するための有用な技術ですが、それを実行する人は、その可能な限界に注意する必要があります。酸分解は、すべてのサンプル、特に複雑なマトリックスを含むサンプルや、反応性の高いサンプルや爆発的に反応する可能性のあるサンプルに適しているとは限りません。したがって、サンプル組成を常に評価して、溶液中のすべての必要な元素を溶解する完全分解のための適切な化学物質と反応条件を選択する必要があります。ユーザーが考慮し、対処しなければならないその他の懸念事項は、サンプル調製のすべてのステップでの不純物と分析種の損失です。酸消化は、常に特定の規則に従って、またはプロトコルを使用して実行する必要があります。
以下に説明するプロトコルは、ラボサイズのミキサーでの食品サンプルの均質化、ミキサーのコンポーネントの洗浄、サンプルの適切な計量、化学物質の添加、MAWDによる酸分解の実行、分解完了後の反応容器の洗浄、元素測定のためのサンプルの調製、およびICP-MSによる定量的多元素測定の実行の手順を提供します。以下の指示に従うことで、元素測定に適したサンプルを調製し、消化されたサンプルの測定を実行できるはずです。

<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

サンプル前処理は元素測定に不可欠であり、さまざまな手法が利用可能であり、そのうちの1つに均質化とそれに続く酸分解が含まれます。調製段階でのサンプルの取り扱いでは、潜在的な汚染や分析種の損失を排除または最小限に抑えるために、特別な注意が必要です。均質化は、粒子径の縮小とサンプル成分の均一化を同時に行うプロセスです。均質化後、サンプルは酸分解を受け、高温で酸と補助化学物質で消化され、固体サンプルが液体状態に変化します。このプロセスでは、元のサンプル中の金属が酸と反応して水溶性塩を形成します。酸分解によって調製されたサンプルは、誘導結合プラズマ質量分析法、誘導結合プラズマ発光分析法、原子吸光分析法、電気化学的方法、およびその他の分析技術などの技術を使用した元素分析に適しています。この研究では、誘導結合プラズマ質量分析を用いた多元素測定用の食品サンプルの調製について詳しく説明します。段階的な手順では、セラミックブレードを備えたラボサイズのミキサーを使用した均質化プロセスと、マイクロ波支援湿式酸分解を使用した密閉容器での酸分解が含まれます。5.0mLの68重量%HNO3および1.0mLの30重量%H2O2の混合物が補助試薬として機能する。このガイドでは、両方の段階に関連するプロセスについて説明します。

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.

著者スポットライト:食品サンプルの元素分析における技術と課題

ICP-MSによる多元素測定のための均質化およびマイクロ波支援湿式酸分解を用いた食品サンプルの調製(英語)

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.

均一化 すべてのサンプルを実験室の乾燥機で一定の質量に乾燥させ、水分を除去しました。サンプルをデシケーターに移すことで、周囲の環境からの水分を結合することなく、サンプルを室温まで冷却することができました。次に、食品サンプルをラボラトリーミキサーを使用して均質化し、微粉末を得ました。得られた均質化された粒子は、サイズが均一で均一に分布して?...

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提示されたプロトコルは、実験室ミキサーによるサンプルの均質化、マイクロ波支援湿式酸消化による68 wt% HNO3および30 wt% H2O 2の混合物を使用した食品サンプルの酸消化、および誘導結合プラズマ質量分析で実行される多元素測定について説明しています。

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

私たちの研究は、例えば食品サンプルの品質を制御するために、さまざまな分光装置を使用してさまざまな食品サンプルの元素組成を決定することを目的としています。当研究室では、ICP-MS以外にも、ICP-OES、原子吸光分析法、イオンクロマトグラフィーによる消化食品試料の元素分析も行っています。しかし、X線光電子分光法や飛行時間型二次イオン質量分析法による元素分析も可能です。現在、私たちが直面している実験上の課題は、主にサンプル調製プロセスにあります。私たちの目標は、サンプルのスループットを向上させ、サンプルのキャリーオーバーを最小限に抑えるために洗浄手順を最適化することです。この記事の情報は、サンプルの均質化、酸分解、および元素分析に関するものであり、プロセス全体の重要なステップ、提案、および制限を強調しながら、サンプル調製とその後の分析の重要な手順をよりよく理解します。今後は、野菜、ワイン、アイスクリーム、E-リキッドなどのサンプルや、将来的には異なるサンプル調製技術を必要とする無機サンプルについても、プロセス全体の最適化に注力していきます。

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Research

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Chemistry

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

1.3K ビュー.  University of Maribor. 私たちの研究は、例えば食品サンプルの品質を制御するために、さまざまな分光装置を使用してさまざまな食品サンプルの元素組成を決定することを目的としています。当研究室では、ICP-MS以外にも、ICP-OES、原子吸光分析法、イオンクロマトグラフィーによる消化食品試料の元素分析も行っています。しかし、X線光電子分光法や飛行時間型二次イオン質量分析法による...

ビデオ: 著者スポットライト:食品サンプルの元素分析における技術と課題

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.

化学

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.

多元素測定のための食品サンプルの均質化と酸分解(英語)

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.