Os autores agradecem o apoio financeiro da Agência Eslovena de Pesquisa (Grant Nos. P2-0414, P2-0118, J1-2470, NK-0001 e J1-4416).

1. Homogeneização da amostra
<ol><li>Usando uma faca de cerâmica limpa, corte manualmente as amostras de alimentos (brócolis, cogumelos, salsichas e macarrão) em pedaços menores para acelerar o processo de secagem. Preparar amostras suficientes para um mínimo de 6 repetições da digestão ácida (garantir que a massa mínima das amostras secas é de 1500 mg). OBS: O aumento da área superficial da amostra expõe uma porção maior da amostra ao ar ambiente aquecido, aumentando a taxa de evaporação da água.</li>
	<li>Colocar a amostra num copo de vidro de 250 ml e secá-la a 105 °C até um peso constante utilizando um secador.</li>
	<li>Retire o copo de vidro com a amostra do secador e insira-o no dessecador.</li>
	<li>Deixe a amostra arrefecer até à temperatura ambiente. NOTA: As amostras devem ser pesadas a uma temperatura constante para garantir que o peso reflecte com precisão a massa. Variações de temperatura podem afetar o volume e a densidade das amostras medidas.</li>
	<li>Abra o exsicador e transfira o copo de vidro com a amostra na balança analítica. Meça o peso do copo de vidro com a amostra.</li>
	<li>Após a conclusão da pesagem, coloque a amostra de volta no secador. NOTA: Se a amostra encolheu significativamente durante a secagem, pode-se transferi-la para um copo de vidro menor usando uma espátula plástica para pesagem mais conveniente.</li>
	<li>Repetir o processo conforme descrito nos passos 1.3-1.6 até atingir um peso constante da amostra.</li>
	<li>Coloque a amostra heterogénea seca no copo misturador (ver Tabela de Materiais), certificando-se de que não excede o volume máximo do copo misturador.</li>
	<li>Insira o copo misturador no misturador e feche a porta de proteção (Figura 1).</li>
	<li>Pressione o botão Iniciar para ativar as lâminas para moer e misturar a amostra.</li>
	<li>Realizar a moagem até que a amostra se transforme em um pó fino ou uma pasta homogênea. Para conseguir tal produto, repita o processo de moagem várias vezes.</li>
	<li>Quando a amostra estiver homogeneizada, desligue o misturador, abra a porta de proteção e retire o copo misturador.</li>
	<li>Retirar a amostra homogeneizada do copo misturador e transferi-la para um copo de vidro limpo de 50 mL usando uma espátula plástica limpa (Figura 2). OBS: Se a amostra for muito dura e puder danificar os componentes do misturador, como as lâminas e o copo misturador, ela pode ser homogeneizada por outros meios, como esmagá-la em argamassas. Os misturadores geralmente não são adequados para homogeneizar materiais duros, amostras congeladas ou amostras facilmente inflamáveis, o que poderia danificar os componentes do misturador. O uso de solventes orgânicos no misturador é desencorajado. CUIDADO: Use equipamentos de segurança e certifique-se de que a porta do misturador esteja adequadamente fechada, pois as lâminas do misturador giram em altas velocidades.</li>
</ol>2. Limpeza do misturador
<ol><li>Adicione água ultrapura (ver Tabela de Materiais) à marca do copo misturador vazio.</li>
	<li>Insira o copo misturador no misturador e execute o procedimento de mistura padrão.</li>
	<li>Retire o copo da batedeira e despeje o esgoto. Se necessário, repita o processo com água ultrapura várias vezes até que a água permaneça limpa mesmo após a mistura.</li>
	<li>Retire as lâminas contaminadas e a vedação do diafragma do misturador e limpe-as cuidadosamente com água ultrapura. NOTA: Use detergentes neutros para melhorar a eficiência da limpeza, especialmente quando se trata de amostras com alto teor de gordura, pois a gordura adere facilmente à superfície do inventário do laboratório. CUIDADO: Use equipamentos de proteção adequados, como luvas, ao remover e limpar as lâminas para reduzir o risco de possíveis lesões de suas bordas cortantes.</li>
	<li>Secar os componentes limpos no secador a 105 °C e reinseri-los no misturador. NOTA: Certifique-se de que os componentes do misturador estão completamente secos antes de os reinstalar no misturador, para evitar o transporte da água para a amostra seguinte.</li>
</ol>3. Pesagem da amostra
<ol><li>Retirar a tampa do recipiente de reação de 100 mL de trifluorometoxil-politetrafluoretileno TFM-PTFE33.</li>
	<li>Coloque o recipiente de reação aberto na balança analítica e certifique-se de que a balança seja nivelada e zerada antes de cada medição (Figura 3). NOTA: A pesagem deve ser realizada à temperatura ambiente. Evite áreas onde flutuações severas de temperatura e fluxo de ar possam afetar o peso medido. Certifique-se de que a área de pesagem esteja limpa e livre de contaminantes.</li>
	<li>Transferir a amostra homogeneizada para o recipiente de reação usando uma espátula plástica e pesar 250 mg da amostra. Não pesar a amostra abaixo do limite mínimo de peso da balança analítica.</li>
	<li>Quando a pesagem estiver completa, coloque a tampa de cobertura no recipiente de reação para proteger a amostra de contaminação. NOTA: Exceder o limite de peso do procedimento de digestão pode resultar em digestão incompleta. Manusear a amostra e os recipientes de reação com cuidado para evitar qualquer contaminação externa.</li>
</ol>4. Adição de ácido
<ol><li>Despeje aproximadamente 40,0 mL de HNO3 em peso 68% e 5,0 mL de 30% em peso H2O2 em copos de vidro separados de 50 mL, respectivamente. NOTA: Os produtos químicos devem ser de alta pureza com impurezas metálicas residuais inferiores a 1,0 μg/L (ppb), idealmente na faixa ng/L (ppt). Traços de impurezas metálicas afetam a precisão e a repetibilidade da determinação elementar.</li>
	<li>Colocar os recipientes de reacção num exaustor, abrir as tampas da tampa e adicionar os volumes abaixo mencionados de 68% em peso de HNO3 e 30% em peso de H2O2 com pipetas automáticas de 1 ml ou 5 ml, de acordo com as seguintes especificações:<ol><li>Brócolis, cogumelos, salsichas e macarrão; para 250 mg de amostra adicionar 5,0 mL 68% em peso HNO3 e 1,0 mL 30% em peso H2O2. Prepare três réplicas para cada amostra.</li>
		<li>Para determinar a exactidão do método (em termos de recuperação, Rec), utilizar o procedimento descrito no ponto 4.2.1 e adicionar 37,5 μL de solução padrão multielemento ICP 100 mg/L (ver Tabela de Materiais) nos recipientes de reacção utilizando uma pipeta automática de 200 μL. Para cada amostra, prepare três repetições. NOTA: O volume de 37,5 μL foi selecionado por corresponder a um aumento de 15,0 μg/L para as soluções fortificadas das amostras em comparação com a concentração nas soluções não fortificadas das amostras. Além disso, o aumento da concentração para a solução fortificada das amostras corresponde à concentração final que ainda está na faixa de concentração linear para cada analito medido.</li>
		<li>Preparar uma amostra em branco utilizando o mesmo volume de 68% em peso HNO3 e 30% em peso H2O2 utilizado para a digestão de amostras de alimentos na etapa 4.2.1. Para uma amostra em branco, não adicione a amostra aos recipientes de reacção. CUIDADO: OHNO 3 usado para digestão é corrosivo e produz fumos. Por esta razão, a adição de ácido deve ser realizada em um exaustor de fumaça. Devem ser utilizados equipamentos de proteção laboratoriais padrão (luvas, óculos de segurança e jaleco de laboratório). Se houver contato com ácido, a área afetada deve ser imediatamente enxaguada sob a corrente de água fria, e a ajuda médica deve ser procurada.</li>
	</ol></li>
	<li>Coloque a tampa da tampa nos recipientes de reação e permita que as amostras reajam com a adição de 68% em peso de HNO3 e 30% em peso de H2O2 por 2-3 min.</li>
	<li>Rosqueie a tampa de rosca no vaso e aperte as tampas da tampa.</li>
	<li>Agite o recipiente de reação usando movimentos leves das mãos para incorporar totalmente as amostras em produtos químicos. OBS: Não deixe os espécimes nas paredes ou tampas dos vasos de reação, pois existe a possibilidade de que eles não sejam completamente digeridos.</li>
</ol>5. Digestão ácida úmida assistida por micro-ondas
<ol><li>Ligue o sistema de micro-ondas (consulte a Tabela de Materiais) para digestão ácida pressionando o botão de partida (Figura 4).</li>
	<li>Abra a porta do forno de micro-ondas e retire o rack.</li>
	<li>Distribua os recipientes de reação fechados simetricamente no rack para garantir a irradiação uniforme das amostras por micro-ondas.</li>
	<li>Insira o rack na câmara de micro-ondas e monte-o em um suporte (Figura 5).</li>
	<li>Feche a porta do micro-ondas.</li>
	<li>Defina um programa de digestão adequado na tela sensível ao toque do forno de micro-ondas usando uma ferramenta em forma de caneta. Escolha um gradiente de temperatura apropriado, a temperatura final e o número de amostras a serem digeridas. O programa de digestão recomendado para diferentes amostras de alimentos está listado abaixo:<ol><li>Brócolis, cogumelos, salsichas e macarrão: aumento de 10 min para 160 °C, aumento de 10 min para 200 °C, 15 min para 200 °C, potência máxima de 900 W.</li>
	</ol></li>
	<li>Inicie o programa de digestão e monitore a mudança nas condições de reação na tela. Pare o processo de digestão se a temperatura não aumentar de acordo com o programa prescrito. NOTA: Durante a digestão, picos repentinos de temperatura podem ser vistos na tela do forno de micro-ondas. Eles ocorrem quando as amostras reagem exotermicamente com os produtos químicos. O sistema de micro-ondas irá regular automaticamente a temperatura, ajustando a potência de saída.</li>
	<li>Aguarde até que a digestão assistida por micro-ondas seja concluída e a temperatura da amostra diminua.</li>
	<li>Abra a porta do forno de micro-ondas e retire o rack da câmara do forno de micro-ondas. Feche a porta e desligue o instrumento.</li>
	<li>Retire os recipientes de reação do rack e espere que eles esfriem até a temperatura ambiente.</li>
	<li>Abra lentamente as tampas da tampa manualmente para liberar os gases formados durante a digestão ácida. Gire os vasos de reação na direção da exausta (Figura 6).</li>
	<li>Remova completamente a tampa e lave a tampa e as paredes do recipiente de reação com uma pequena quantidade de água ultrapura.</li>
	<li>Transferir quantitativamente o conteúdo do recipiente de reacção para um balão volumétrico de vidro limpo de 25 ml através de um funil de vidro através de uma lavagem repetida da tampa e do recipiente de reacção com água ultrapura.</li>
	<li>Diluir a amostra com água ultrapura até à marca do balão volumétrico. Fechar o balão volumétrico com uma rolha e misturar o conteúdo do balão volumétrico. NOTA: Deve proceder-se a uma diluição adicional das amostras digeridas com água ultrapura, uma vez que estas devem conter menos de 5% (V/V) de ácido residual34 e menos de 2 g/L de elementos dissolvidos, também designados por sólidos dissolvidos totais35.</li>
	<li>Pegue uma seringa de plástico de 20 mL e conecte-a a um filtro de seringa de poliamida (25 mm de diâmetro, tamanho de poro de 0,20 μm). Encha a seringa de plástico com a amostra diluída e filtre o seu conteúdo num tubo de centrífuga de plástico de 50 ml aplicando pressão. Use uma nova seringa plástica e um filtro de seringa para cada amostra para evitar qualquer contaminação cruzada. NOTA: As amostras precisam ser filtradas para remover quaisquer materiais insolúveis ou partículas sólidas que possam permanecer não digeridas após a MAWD. Essas partículas podem interferir nas medidas de determinação elementar por obstruir os componentes do instrumento. Ao filtrar as amostras, certifique-se de descartar as primeiras gotas. Use filtros hidrofílicos (feitos de poliamida) para soluções aquosas. Os filtros hidrofóbicos (PTFE) não são adequados para a filtração de soluções aquosas, pois requerem maior pressão aplicada, o que poderia resultar em ruptura da membrana36.</li>
	<li>Fechar o tubo da centrífuga plástica de 50 mL com tampa de rosca e colocar a amostra na geladeira até as medições. NOTA: As amostras digeridas são armazenadas na geladeira em temperaturas mais baixas para preservá-las e estender seu tempo de armazenamento.</li>
</ol>6. Limpeza do vaso de reação
<ol><li>Após as amostras digeridas serem transferidas para frascos volumétricos de 50 mL, adicionar 5,0 mL de HNO3 em peso 68% e 5,0 mL de água ultrapura com pipetas automáticas de 5 mL nos vasos de reação.</li>
	<li>Feche os recipientes de reação com as tampas da tampa e insira-os no rack. Transfira o rack para a câmara do forno de micro-ondas.</li>
	<li>Aplique o seguinte programa de micro-ondas: aumento de 15 min para 160 °C, aumento de 10 min para 180 °C, potência máxima de 900 W.</li>
	<li>Monitorar as condições de reação durante o aquecimento. Após o aquecimento ser concluído, deixe os recipientes de reação esfriarem.</li>
	<li>Abra o forno de micro-ondas, retire os recipientes de reação do rack e abra-os lentamente no exaustor.</li>
	<li>Descarte o conteúdo dos recipientes de reação em recipientes de resíduos plásticos.</li>
	<li>Lave os vasos de reação com água ultrapura para remover qualquer excesso de material ou produtos químicos.</li>
	<li>Secar os recipientes de reacção no secador a 105 °C antes da próxima utilização. NOTA: O mesmo procedimento de micro-ondas (tempo, potência, gradiente de temperatura e volume de produtos químicos) usado para a digestão ácida das amostras pode ser usado para limpar os vasos de reação. Alternativamente, os vasos de reação podem ser limpos sem o sistema de micro-ondas, submergindo-os em HNO3 ou HCl concentrado por várias horas e enxaguando-os com água ultrapura.</li>
</ol>7. Determinação multielementar com ICP-MS
<ol><li>Retirar do frigorífico os tubos de centrífuga de plástico de 50 ml que contêm as amostras digeridas e deixá-los aquecer à temperatura ambiente.</li>
	<li>Diluir as amostras por um factor de 10 para diminuir a concentração de ácido na amostra digerida e diminuir a concentração do componente da matriz da amostra. Com uma pipeta automática, transfira 2,50 mL da amostra para um balão volumétrico de vidro de 25 mL e, em seguida, preencha-a até a marca com água ultrapura.</li>
	<li>Transferir as amostras diluídas para os tubos de plástico de 15 ml e colocá-las nas posições adequadas no amostrador automático.</li>
	<li>Preparar o instrumento ICP-MS (ver Tabela de Materiais) para as medições:<ol><li>Ligue a ventilação e o chiller que abastece o ICP-MS com água de resfriamento e resfria seus componentes.</li>
		<li>Use o software compatível para garantir que a solução de enxágue (1% em peso de HNO3) flua continuamente do amostrador automático para o ICP-MS sem pulsar.</li>
		<li>Abrir botijões de gás Ar (99,999% de pureza) e He (99,999% de pureza) para abastecer o ICP-MS com ambos os gases. Verifique o fluxo de gás no software e ajuste-o, se necessário. NOTA: Use célula de colisão com gás He quando interferências espectrais são esperadas devido à formação de íons poliatômicos (por exemplo, 40Ar16O+ interferindo com 56Fe+)37.</li>
		<li>Ligue o plasma e calibre o instrumento usando a solução de afinação (consulte Tabela de Materiais).</li>
		<li>Uma vez calibrado o instrumento (posição da tocha, tensão de ganho, tensão da lente, massa/resolução, calibração de pulso/analógico (P/A), calibração de banco de dados (DB) e validação), selecione o método de medição desejado e realize as medições.</li>
	</ol></li>
	<li>Ao trabalhar com amostras desconhecidas, realizar uma determinação semiquantitativa para obter informações sobre quais elementos estão presentes na amostra e sua concentração aproximada. NOTA: É aconselhável diluir adicionalmente as amostras para a determinação semiquantitativa, uma vez que os detectores têm um limite da concentração de elementos que podem detectar de uma só vez. Concentrações de amostra mais baixas podem prolongar a vida útil dos componentes do instrumento.</li>
	<li>Depois de obter os dados sobre as concentrações aproximadas dos elementos nas amostras, crie um método para a determinação elementar quantitativa no software. Selecione as condições de operação do ICP-MS (Tabela 1) e selecione os elementos desejados (no presente caso, Fe, Mn e Zn). Determinar o número e as concentrações de soluções da norma necessárias para criar uma curva de calibração (por vezes referida como curva analítica ou curva de trabalho) (Quadro 1). NOTA: Preparar pelo menos seis concentrações diferentes como pontos de calibração para a curva de calibração.</li>
	<li>Preparar soluções de padrão para a curva de calibração. Usando pipetas automáticas, pipetar o volume necessário de soluções padrão multielementos de 100 mg/L em balões volumétricos de vidro de 25 mL, para preparar soluções de padrões com as seguintes concentrações: 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. Encha os frascos até a marca com 1% em peso de HNO3. Além disso, prepare um espaço em branco de calibração usando a solução de HNO3 em peso de 1%.</li>
	<li>Transfira as soluções preparadas do padrão e das amostras para os tubos plásticos de 15 mL, coloque-as no amostrador automático e inicie o instrumento seguindo o procedimento descrito na etapa 7.4.</li>
	<li>Realizar a medição quantitativa dos elementos selecionados utilizando a metodologia da curva de calibração.</li>
	<li>Quando as medições forem concluídas, desligue o plasma, feche as fontes de gás Ar e He, desligue o chiller ICP-MS e desligue o sistema de ventilação.</li>
</ol>

Homogeneização e digestão de amostras de alimentos para análise de vários elementos

Os autores não têm nada a revelar.

Homogeneização Para garantir resultados reprodutíveis na determinação elementar, é necessário homogeneizar as amostras antes da digestão ácida devido à sua estrutura e composição complexas e não homogêneas. A homogeneização visa eliminar a heterogeneidade constitucional e distributiva. A mistura da amostra minimiza a heterogeneidade distributiva, redistribuindo uniformemente os componentes por toda a amostra. Da mesma forma, ao reduzir o tamanho das partículas a um tamanho uniforme, a...

A análise elementar é um processo analítico para determinar a composição elementar de várias amostras. Ele pode ser usado para controlar a ingestão de metais no corpo humano (especialmente metais pesados1), uma vez que suas altas concentrações podem causar problemas de saúde indesejados. Os metais pesados também são um dos principais contaminantes ambientais, portanto, o controle de sua presença no ambiente é necessário2. Além disso, a análise elementar pode ser empregada para determinar a origem geográfica dos produtos alimentícios3 e para controlar a qualidade dos alimentos e dos recursos hídricos4. Além disso, é usado para a determinação de micro e macronutrientes em solos5 e para obter informações sobre processos geológicos ao longo da história, examinando a composição química de minerais e sedimentos6. Estudos também têm sido realizados para determinar a presença de metais raros em resíduos eletroeletrônicos para posterior regeneração de metais7, avaliar o sucesso de tratamentos medicamentosos8 e verificar a composição elementar de implantes metálicos9.
A espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) e a espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) são técnicas comumente utilizadas para a análise elementar de várias amostras10. Eles permitem a determinação simultânea de múltiplos elementos com limites de detecção (LOD) e limites de quantificação (LOQ) tão baixos quanto ng/L. Em geral, ICP-MS tem menores valores de LOD11 e uma faixa de concentração linear mais ampla em comparação com ICP-OES12. Outras técnicas para determinar a composição elementar são a espectrometria de emissão óptica com plasma induzida por micro-ondas13 e várias variantes da espectroscopia de absorção atômica (EAA), incluindo espectroscopia de absorção atômica com chama, espectroscopia de absorção atômica eletrotérmica2, espectroscopia de absorção atômica com vapor frio e espectroscopia de absorção atômica com geração de hidreto14. Além disso, a determinação elementar com baixos LOD e LOQ é possível com diferentes métodos eletroanalíticos, especialmente com voltametria de redissolução anódica15,16. É claro que existem outros métodos para determinar a composição elementar das amostras, mas eles não são tão frequentemente empregados quanto os métodos acima mencionados.
A determinação elementar direta de amostras sólidas é viável usando espectroscopia de degradação induzida por laser e fluorescência de raios X17. No entanto, para a determinação elementar com ICP-MS, ICP-OES e AAS é necessário converter amostras sólidas em estado líquido. Para este fim, a digestão ácida é realizada usando ácidos e reagentes auxiliares (na maioria dos casos H2O2). A digestão ácida é realizada em temperatura e pressão elevadas, convertendo a parte orgânica da amostra em produtos gasosos e convertendo os elementos metálicos em sais solúveis em água, dissolvindo-os na solução18.
Existem dois tipos principais de digestão ácida, a digestão de vasos abertos e a digestão de vasos fechados. A digestão em vasos abertos é custo-efetiva14 , mas apresenta limitações, como a temperatura máxima de digestão, que coincide com a temperatura de ebulição dos ácidos à pressão atmosférica. A amostra pode ser aquecida em placas quentes, blocos de aquecimento, banhos de água, banhos de areia2 e por micro-ondas19. Ao aquecer a amostra dessa maneira, grande parte do calor gerado é perdido para o entorno20, o que prolonga o tempo de digestão14. Outras desvantagens da digestão em vasos abertos incluem o maior consumo de produtos químicos, a maior possibilidade de contaminação do ambiente circundante e a possível perda de analitos devido à formação de componentes voláteis e sua evaporação a partir da mistura reacional21.
Sistemas de vasos fechados são mais convenientes para a digestão de amostras orgânicas e inorgânicas em comparação com sistemas de vasos abertos. Os sistemas de vasos fechados utilizam uma variedade de fontes de energia para aquecer as amostras, como aquecimento por condução e micro-ondas22. Os métodos de digestão que utilizam micro-ondas incluem a combustão induzida por micro-ondas23, sistemas de câmara de reação única24 e a digestão ácida úmida assistida por micro-ondas (MAWD) comumente usada 25,26. O MAWD permite a digestão em temperaturas operacionais mais elevadas, variando entre 220 °C e 260 °C e pressões máximas de até 200 bar, dependendo das condições de trabalho do instrumento27.
A eficiência e a taxa de MAWD dependem de vários fatores, incluindo a composição química das amostras, a temperatura máxima, o gradiente de temperatura, a pressão no recipiente de reação, a quantidade de ácidos adicionados e a concentração de ácidos utilizados28. No MAWD, a digestão ácida completa pode ser alcançada em poucos minutos devido às condições de reação elevadas em comparação com digestãos mais duradouras em sistemas de vasos abertos. Menores volumes e concentrações de ácidos são necessários na DMA, o que está de acordo com as diretrizes atuais de química verde29. Na MAWD, uma quantidade menor de amostra em comparação com a digestão em vasos abertos é necessária para realizar a digestão ácida, geralmente até 500 mg de amostra é suficiente 30,31,32. Maiores quantidades de amostra podem ser digeridas, mas requerem uma quantidade maior de produtos químicos.
Uma vez que o instrumento para MAWD controla automaticamente as condições de reação e a pessoa não entra em contato direto com os produtos químicos durante o aquecimento, o MAWD é mais seguro de operar do que as digestãos de vasos abertos. No entanto, a pessoa deve sempre proceder com cautela ao adicionar produtos químicos aos vasos de reação para evitar que eles entrem em contato com o corpo e causem danos. Os vasos de reação também precisam ser abertos lentamente, pois a pressão é acumulada dentro deles durante a digestão ácida.
Embora a digestão ácida seja uma técnica útil para preparar amostras para determinação elementar, a pessoa que a realiza deve estar ciente de suas possíveis limitações. A digestão ácida pode não ser adequada para todas as amostras, especialmente aquelas com matrizes complexas e aquelas que são altamente reativas ou podem reagir explosivamente. Portanto, a composição da amostra deve sempre ser avaliada para selecionar os produtos químicos adequados e as condições de reação para uma digestão completa que dissolva todos os elementos desejados na solução. Outras preocupações que o usuário deve considerar e abordar são as impurezas e a perda de analitos em cada etapa da preparação da amostra. A digestão ácida deve ser sempre realizada de acordo com regras específicas ou utilizando protocolos.
O protocolo descrito abaixo fornece instruções para a homogeneização de amostras de alimentos em um misturador de tamanho laboratorial, um procedimento para limpar os componentes do misturador, pesar adequadamente a amostra, adicionar produtos químicos, realizar a digestão ácida por MAWD, limpar os vasos de reação após a digestão completa, preparar as amostras para determinação elementar e realizar uma determinação quantitativa multielemento com ICP-MS. Seguindo as instruções abaixo, deve-se ser capaz de preparar uma amostra adequada para a determinação elementar e realizar as medições das amostras digeridas.

<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

A preparação da amostra é crucial para a determinação elementar, e várias técnicas estão disponíveis, uma das quais envolve homogeneização seguida de digestão ácida. É necessário um cuidado especial durante o manuseio da amostra na fase de preparação para eliminar ou minimizar a contaminação potencial e a perda do analito. A homogeneização é um processo que reduz simultaneamente o tamanho das partículas e distribui uniformemente os componentes da amostra. Após a homogeneização, a amostra passa por digestão ácida, na qual é digerida com ácidos e produtos químicos auxiliares a temperaturas elevadas, transformando as amostras sólidas em estado líquido. Nesse processo, os metais da amostra original reagem com ácidos formando sais solúveis em água. Amostras preparadas através de digestão ácida são adequadas para análise elementar usando técnicas como espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado, espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado, espectroscopia de absorção atômica, métodos eletroquímicos e outras técnicas analíticas. Este trabalho detalha a preparação de amostras de alimentos para determinação de múltiplos elementos usando espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado. O procedimento passo-a-passo envolve o processo de homogeneização usando um misturador do tamanho de um laboratório com lâminas cerâmicas, seguido de digestão ácida em vasos fechados usando digestão ácida úmida assistida por micro-ondas. Uma mistura de 5,0 mL de HNO3 em peso 68% e 1,0 mL de H2O2 % em peso serve como reagente auxiliar. Este guia fornece uma explicação dos processos envolvidos em ambas as etapas.

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.

Autor em destaque: tecnologias e desafios na análise elementar de amostras de alimentos

Preparação de Amostras de Alimentos Utilizando Homogeneização e Digestão Ácida Úmida Assistida por Micro-ondas para Determinação de Multielementos com 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.

Homogeneização Todas as amostras foram secas até uma massa constante com o secador de laboratório para eliminar qualquer umidade. A transferência da amostra para um exsicador permitiu que ela resfriasse até a temperatura ambiente sem ligar a umidade do ambiente circundante. As amostras de alimentos foram então homogeneizadas em misturador de laboratório para obtenção de um pó fino. As partículas homogeneizadas resultantes foram uniformes em tamanho e uniformemente distribuídas, garantindo...

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O protocolo apresentado descreve a homogeneização das amostras com um misturador de laboratório, a digestão ácida de amostras de alimentos usando uma mistura de 68% em peso HNO3 e 30% em peso de H2O2 via digestão ácida úmida assistida por micro-ondas e determinação multielemento realizada com espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado.

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

Nossa pesquisa visa determinar a composição elementar de diferentes amostras de alimentos usando diferentes dispositivos espectroscópicos para, por exemplo, controlar a qualidade de amostras de alimentos. Além de ICP-MS, nosso laboratório também pode realizar análises elementares das amostras de alimentos digeridos com ICP-OES, espectroscopia de absorção atômica e cromatografia de íons. No entanto, também podemos realizar análise elementar com espectroscopia fotoeletrônica de raios-X e espectrometria de massa de íons secundários por tempo de voo.Os desafios experimentais atuais que enfrentamos estão principalmente no processo de preparação de amostras. Nosso objetivo é melhorar o rendimento da amostra e otimizar o procedimento de limpeza para minimizar qualquer transferência da amostra. As informações no artigo são sobre homogeneização de amostras, digestão ácida e análise elementar para entender melhor os procedimentos críticos para a preparação da amostra e análise subsequente, pois destacamos etapas importantes, sugestões e limitações de todo o processo.Vamos focar na otimização de todos os processos para amostras como vegetais, vinhos, sorvetes, E-líquidos e, no futuro, até mesmo amostras inorgânicas, que exigem diferentes técnicas de preparação de amostras.

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Research

JoVE Journal

Chemistry

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

1.3K visualizações.  University of Maribor. Nossa pesquisa visa determinar a composição elementar de diferentes amostras de alimentos usando diferentes dispositivos espectroscópicos para, por exemplo, controlar a qualidade de amostras de alimentos. Além de ICP-MS, nosso laboratório também pode realizar análises elementares das amostras de alimentos digeridos com ICP-OES, espectroscopia de absorção atômica e cromatografia de íons. No entanto, também podemos realizar análise elementar com espectroscopia fotoeletrônica de ra...

Vídeo: Autor em destaque: tecnologias e desafios na análise elementar de amostras de alimentos

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.

Química

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.

Homogeneização e digestão ácida de amostras de alimentos para determinação multielementar

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.