АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Представленный протокол описывает гомогенизацию образцов с помощью лабораторного миксера, кислотное разложение образцов пищевых продуктов с использованием смеси 68 мас.% HNO3 и 30 мас.% H2O2 путем влажного кислотного разложения с помощью микроволновой печи, а также многоэлементное определение, выполненное с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.

Аннотация

Подготовка образцов имеет решающее значение для определения элементов, и существуют различные методы, один из которых включает гомогенизацию с последующим кислотным разложением. При работе с образцами на этапе подготовки требуется особая осторожность, чтобы исключить или свести к минимуму потенциальное загрязнение и потери анализируемого вещества. Гомогенизация — это процесс, при котором одновременно уменьшается размер частиц и равномерно распределяются компоненты пробы. После гомогенизации образец подвергается кислотному разложению, в ходе которого он переваривается кислотами и вспомогательными химикатами при повышенных температурах, превращая твердые образцы в жидкое состояние. В этом процессе металлы в исходном образце вступают в реакцию с кислотами с образованием водорастворимых солей. Образцы, полученные путем кислотного разложения, пригодны для элементного анализа с использованием таких методов, как масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, оптическая эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой, атомно-абсорбционная спектроскопия, электрохимические методы и другие аналитические методы. В данной работе подробно описана подготовка образцов пищевых продуктов для многоэлементного определения с использованием масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Пошаговая процедура включает в себя процесс гомогенизации с использованием смесителя лабораторного размера с керамическими лопастями с последующим кислотным разложением в закрытых сосудах с использованием влажного кислотного разложения с помощью микроволновой печи. Вспомогательным реагентом служит смесь 5,0 мл 68 мас.%HNO3 и 1,0 мл 30 мас.%H2O2. В этом руководстве приводится объяснение процессов, связанных с обоими этапами.

Введение

Элементный анализ — это аналитический процесс определения элементного состава различных образцов. Его можно использовать для контроля поступления металлов в организм человека (особенно тяжелыхметаллов1), поскольку их высокие концентрации могут вызвать нежелательные проблемы со здоровьем. Тяжелые металлы также являются одним из основных загрязнителей окружающей среды, поэтому необходим контроль их присутствия в окружающей среде2. Кроме того, элементный анализ может быть использован для определения географического происхождения пищевыхпродуктов3 и контроля качества продовольственных и водныхресурсов4. Кроме того, он используется для определения микро- и макроэлементов в почвах5 и для получения информации о геологических процессах на протяжении всей истории путем изучения химического состава минералов и отложений6. Также были проведены исследования по определению присутствия редких металлов в электрических и электронных отходах для дальнейшей регенерации металлов7, для оценки успешности медикаментозного лечения8 и для проверки элементного состава металлических имплантатов9.

Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) и оптико-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС) являются широко используемыми методами элементного анализа различных образцов10. Они позволяют одновременно определять несколько элементов с пределами обнаружения (LOD) и пределом количественного определения (LOQ) от нг/л. В целом, ИСП-МС имеет более низкие значения LOD11 и более широкий диапазон линейных концентраций по сравнению с ИСП-ОЭС12. Другими методами определения элементного состава являются микроволновая плазменная оптико-эмиссионная спектрометрия13 и несколько вариантов атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС), включая пламенную атомно-абсорбционную спектроскопию, электротермическую атомно-абсорбционную спектроскопию2, атомно-абсорбционную спектроскопию холодного пара и атомно-абсорбционную спектроскопию генерации гидридов14. Кроме того, элементное определение с низким LOD и LOQ возможно с помощью различных электроаналитических методов, особенно с помощью вольтамперометрии с анодной зачисткой15,16. Конечно, существуют и другие методы определения элементного состава образцов, но они применяются не так часто, как вышеупомянутые.

Прямое элементное определение твердых образцов возможно с помощью лазерно-индуцированной спектроскопии пробоя и рентгенофлуоресценции17. Однако для элементного определения с помощью ICP-MS, ICP-OES и AAS необходимо перевести твердые образцы в жидкое состояние. С этой целью проводят кислотное разложение с использованием кислот и вспомогательных реагентов (в большинстве случаевН2О2). Кислотное разложение проводят при повышенной температуре и давлении, превращая органическую часть пробы в газообразные продукты и превращая металлические элементы в водорастворимые соли, растворяя их таким образом в растворе18.

Существует два основных типа кислотного пищеварения: пищеварение в открытых сосудах и пищеварение в закрытых сосудах. Разложение в открытых сосудах экономическиэффективно14 , но имеет ограничения, такие как максимальная температура сбраживания, которая совпадает с температурой кипения кислот при атмосферном давлении. Образец можно нагревать на конфорках, нагревательных блоках, водяных банях, песчаных ваннах2 и микроволнах19. При нагревании образца таким образом большая часть выделяемого тепла теряется в окружающую среду20, что увеличивает время разложения14. К другим недостаткам сбраживания в открытых сосудах относятся больший расход химикатов, большая возможность загрязнения окружающей средой и возможные потери аналитов из-за образования летучих компонентов и их испарения из реакционной смеси21.

Системы с закрытыми сосудами более удобны для разложения органических и неорганических образцов по сравнению с системами с открытыми сосудами. В системах с закрытыми сосудами для нагрева образцов используются различные источники энергии, такие как кондуктивный нагрев и микроволны22. Методы разложения, использующие микроволны, включают микроволновое сжигание23, системы с одной реакционной камерой24 и широко используемое микроволновое разложение влажной кислотой (MAWD)25,26. MAWD допускает разложение при более высоких рабочих температурах, в диапазоне от 220 °C до 260 °C, и максимальном давлении до 200 бар, в зависимости от условий работы прибора27.

Эффективность и скорость MAWD зависят от нескольких факторов, включая химический состав образцов, максимальную температуру, температурный градиент, давление в реакционном сосуде, количество добавляемых кислот и концентрацию используемых кислот28. При MAWD полное кислотное разложение может быть достигнуто за несколько минут из-за более высоких условий реакции по сравнению с более длительным разложением в системах с открытыми сосудами. В MAWD требуются меньшие объемы и концентрации кислот, что соответствует действующим рекомендациям по «зеленой» химии29. При MAWD для выполнения кислотного разложения требуется меньшее количество образца по сравнению с разложением в открытом сосуде, обычно достаточно до 500 мг образца 30,31,32. Могут быть переварены большие количества образцов, но для них требуется большее количество химикатов.

Поскольку прибор для MAWD автоматически контролирует условия реакции, а человек не вступает в прямой контакт с химическими веществами во время нагревания, MAWD безопаснее в эксплуатации, чем пищеварение в открытых сосудах. Тем не менее, человек всегда должен действовать с осторожностью при добавлении химических веществ в реакционные сосуды, чтобы предотвратить их контакт с телом и причинение вреда. Реакционные сосуды также необходимо открывать медленно, так как во время кислотного разложения внутри них создается давление.

Несмотря на то, что кислотное разложение является полезным методом подготовки образцов для элементного определения, человек, выполняющий его, должен знать о его возможных ограничениях. Кислотное разложение может подходить не для всех образцов, особенно для образцов со сложной матрицей, а также для образцов с высокой реакционной способностью или взрывной реакцией. Поэтому состав образца всегда следует оценивать, чтобы выбрать подходящие химические вещества и условия реакции для полного разложения, при котором в растворе растворяются все необходимые элементы. Другие проблемы, которые пользователь должен учитывать и решать, - это примеси и потери аналитов на каждом этапе пробоподготовки. Кислотное разложение всегда должно выполняться в соответствии с определенными правилами или с использованием протоколов.

Протокол, описанный ниже, содержит инструкции по гомогенизации проб пищевых продуктов в смесителе лабораторного размера, процедуре очистки компонентов смесителя, правильному взвешиванию пробы, добавлению химикатов, выполнению кислотного разложения с помощью MAWD, очистке реакционных сосудов после завершения разложения, подготовке образцов к элементному определению и выполнению количественного многоэлементного определения с помощью ICP-MS. Следуя приведенным ниже инструкциям, можно подготовить образец, пригодный для элементного определения, и выполнить измерения переваренных образцов.

протокол

1. Гомогенизация образца

  1. С помощью чистого керамического ножа вручную нарежьте образцы продуктов (брокколи, грибы, сосиски и лапшу) на более мелкие кусочки, чтобы ускорить процесс сушки. Подготовьте достаточное количество образцов как минимум для 6 повторений кислотного разложения (убедитесь, что минимальная масса высушенных образцов составляет 1500 мг).
    ПРИМЕЧАНИЕ: При увеличении площади поверхности образца большая часть образца подвергается воздействию нагретого окружающего воздуха, увеличивая скорость испарения воды.
  2. Поместите образец в стеклянный стакан объемом 250 мл и высушите его при температуре 105 °C до постоянного веса с помощью сушилки.
  3. Извлеките стеклянный стакан с образцом из сушилки и вставьте его в эксикатор.
  4. Дайте образцу остыть до комнатной температуры.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Образцы должны взвешиваться при постоянной температуре, чтобы гарантировать, что вес точно отражает массу. Колебания температуры могут влиять на объем и плотность измеряемых образцов.
  5. Откройте эксикатор и перенесите стеклянный стакан с образцом на аналитические весы. Измерьте вес стеклянного стакана с образцом.
  6. После завершения взвешивания поместите образец обратно в сушилку.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если образец значительно уменьшился во время сушки, его можно перенести в стакан меньшего размера с помощью пластикового шпателя для более удобного взвешивания.
  7. Повторяйте процесс, описанный в шагах 1.3-1.6, до тех пор, пока не будет достигнут постоянный вес образца.
  8. Поместите высушенный гетерогенный образец в стакан смесителя (см. Таблицу материалов), следя за тем, чтобы он не превышал максимальный объем стакана смесителя.
  9. Вставьте стакан миксера в смеситель и закройте защитную дверцу (Рисунок 1).
  10. Нажмите кнопку запуска , чтобы активировать лезвия для измельчения и смешивания образца.
  11. Выполняйте измельчение до тех пор, пока образец не превратится в мелкий порошок или однородную пасту. Чтобы добиться такого продукта, повторите процесс шлифовки несколько раз.
  12. Когда проба будет гомогенизирована, выключите смеситель, откройте защитную дверцу и снимите стакан смесителя.
  13. Извлеките гомогенизированный образец из стакана миксера и переложите его в чистый стеклянный стакан объемом 50 мл с помощью чистого пластикового шпателя (Рисунок 2).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если образец слишком твердый и потенциально может повредить компоненты смесителя, такие как лопасти и стакан смесителя, его можно гомогенизировать другими способами, например, измельчить в ступке. Смесители обычно не подходят для гомогенизации твердых материалов, замороженных образцов или легковоспламеняющихся образцов, которые могут повредить компоненты смесителя. Использование органических растворителей в смесителе не рекомендуется.
    ВНИМАНИЕ: Используйте защитное снаряжение и убедитесь, что дверца миксера достаточно закрыта, так как лопасти миксера вращаются с высокой скоростью.

2. Очистка смесителя

  1. Добавьте сверхчистую воду (см. Таблицу материалов) к отметке пустого стакана смесителя.
  2. Вставьте стакан миксера в миксер и выполните стандартную процедуру смешивания.
  3. Выньте стакан из смесителя и вылейте сточные воды. При необходимости повторите процесс со сверхчистой водой несколько раз, пока вода не останется чистой даже после смешивания.
  4. Снимите загрязненные лопасти и мембранный разделитель со смесителя и тщательно промойте их сверхчистой водой.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте нейтральные моющие средства для повышения эффективности очистки, особенно при работе с образцами с высоким содержанием жира, так как жир легко прилипает к поверхности лабораторного инвентаря.
    ВНИМАНИЕ: Надевайте соответствующие средства защиты, такие как перчатки, при снятии и очистке лезвий, чтобы снизить риск возможных травм от их острых краев.
  5. Высушите очищенные компоненты в сушилке при температуре 105 °C и снова вставьте их в смеситель.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Перед повторной установкой в смеситель убедитесь, что компоненты смесителя полностью высохли, чтобы предотвратить попадание воды в следующий образец.

3. Взвешивание образца

  1. Снимите крышку с реакционного сосуда 33 трифторметоксил-политетрафторэтилена TFM-PTFEобъемом 100 мл.
  2. Поместите открытый реакционный сосуд на аналитические весы и убедитесь, что весы выровнены и обнулены перед каждым измерением (Рисунок 3).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Взвешивание должно производиться при комнатной температуре. Избегайте мест, где сильные колебания температуры и поток воздуха могут повлиять на измеряемый вес. Убедитесь, что зона взвешивания чистая и не содержит загрязняющих веществ.
  3. Переложите гомогенизированную пробу в реакционный сосуд с помощью пластикового шпателя и взвесьте 250 мг образца. Не взвешивайте образец ниже минимального предела веса аналитических весов.
  4. После завершения взвешивания накройте реакционный сосуд крышкой, чтобы защитить образец от загрязнения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Превышение предельного веса процедуры разложения может привести к неполному перевариванию. Обращайтесь с образцами и реакционными сосудами осторожно, чтобы избежать внешнего загрязнения.

4. Добавление кислоты

  1. Налейте примерно 40,0 мл 68 мас.% HNO3 и 5,0 мл 30 мас.%H2O2 в отдельные стеклянные стаканы по 50 мл соответственно.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Химикаты должны быть высокой чистоты с примесями следов металлов менее 1,0 мкг/л (ppb), в идеале в диапазоне нг/л (ppt). Примеси следов металлов влияют на точность и воспроизводимость элементного определения.
  2. Поместите реакционные сосуды в вытяжной шкаф, откройте крышки и добавьте указанные ниже объемы 68 мас.% HNO3 и 30 мас.%H2O2 автоматическими пипетками объемом 1 мл или 5 мл в соответствии со следующими спецификациями:
    1. Брокколи, грибы, сосиски и лапша; на 250 мг образца добавляют 5,0 мл 68 мас.%HNO3 и 1,0 мл 30 мас.%H2O2. Подготовьте по три реплики для каждого образца.
    2. Для определения точности метода (в терминах восстановления, Rec) используют процедуру, описанную в шаге 4.2.1, и добавляют 37,5 мкл многоэлементного стандартного раствора ИСП 100 мг/л (см. таблицу материалов) в реакционные сосуды с помощью автоматической пипетки объемом 200 мкл. Для каждого образца подготовьте три реплики.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Объем 37,5 мкл был выбран, так как он соответствует увеличению на 15,0 мкг/л для спайковых растворов образцов по сравнению с концентрацией в нешипованных растворах образцов. Кроме того, увеличение концентрации для спайкового раствора образцов соответствует конечной концентрации, которая все еще находится в линейном диапазоне концентраций для каждого измеряемого аналита.
    3. Подготовьте заготовку пробы, используя тот же объем 68 мас.% HNO3 и 30 мас.%H2O2 , который использовался для разложения образцов пищевых продуктов на этапе 4.2.1. Для заготовки образца не добавляйте его в реакционные сосуды.
      ВНИМАНИЕ: HNO3 , используемый для пищеварения, вызывает коррозию и выделяет пары. По этой причине добавление кислоты необходимо выполнять в вытяжном шкафу. Необходимо использовать стандартные средства лабораторной защиты (перчатки, защитные очки и лабораторный халат). При попадании кислоты пораженный участок нужно немедленно промыть под струей холодной воды, а также обратиться за медицинской помощью.
  3. Накройте реакционные сосуды крышкой и дайте образцам вступить в реакцию с добавлением 68 мас.% HNO3 и 30 мас.% H2O2 в течение 2-3 мин.
  4. Навинтите резьбовую крышку на сосуд и затяните крышки.
  5. Встряхните реакционный сосуд легкими движениями рук, чтобы образцы полностью растворились в химических веществах.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Не оставляйте образцы на стенках или крышках реакционных сосудов, так как существует вероятность того, что они не будут полностью переварены.

5. Влажное кислотное разложение с помощью микроволновой печи

  1. Включите микроволновую систему (см. Таблицу материалов) для кислотного разложения, нажав кнопку запуска (Рисунок 4).
  2. Откройте дверцу микроволновой печи и снимите решетку.
  3. Распределите закрытые реакционные сосуды симметрично в штативе, чтобы обеспечить равномерное облучение образцов микроволнами.
  4. Вставьте стойку в микроволновую камеру и установите ее на держатель (рисунок 5).
  5. Закройте дверцу микроволновой печи.
  6. Установите подходящую программу пищеварения на сенсорном экране микроволновой печи с помощью инструмента в форме ручки. Выберите подходящий температурный градиент, конечную температуру и количество образцов, подлежащих разложению. Рекомендуемая программа переваривания для различных образцов пищи приведена ниже:
    1. Брокколи, шампиньоны, сосиски и лапша: 10 минут до 160 °C, 10 минут до 200 °C, 15 минут при 200 °C, максимальная мощность 900 Вт.
  7. Запустите программу сбраживания и следите за изменением условий реакции на экране. Остановите процесс сбраживания, если температура не повышается по предписанной программе.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Во время пищеварения на экране микроволновой печи могут наблюдаться внезапные скачки температуры. Они возникают, когда образцы вступают в экзотермическую реакцию с химическими веществами. Микроволновая система автоматически регулирует температуру, регулируя выходную мощность.
  8. Подождите, пока не завершится микроволновое разложение и температура образца не снизится.
  9. Откройте дверцу микроволновой печи и выньте решетку из камеры микроволновой печи. Закройте дверцу и выключите прибор.
  10. Снимите реакционные сосуды со штатива и подождите, пока они остынут до комнатной температуры.
  11. Медленно открывайте крышки вручную, чтобы выпустить газы, образующиеся при кислотном разложении. Поверните реакционные сосуды в направлении вытяжного шкафа (рисунок 6).
  12. Полностью снимите крышку и промойте крышку и стенки реакционного сосуда небольшим количеством сверхчистой воды.
  13. Количественно переносят содержимое реакционного сосуда в чистую стеклянную мерную колбу объемом 25 мл через стеклянную воронку путем многократного промывки крышки и реакционного сосуда сверхчистой водой.
  14. Разбавляют пробу сверхчистой водой до метки мерной колбы. Закройте мерную колбу пробкой и перемешайте содержимое мерной колбы.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Дальнейшее разбавление сброженных образцов сверхчистой водой должно быть выполнено, так как они должны содержать менее 5% (V/V) остаточной кислоты34 и менее 2 г/л растворенных элементов, также называемых общими растворенными твердыми веществами35.
  15. Возьмите пластиковый шприц объемом 20 мл и соедините его с полиамидным шприцевым фильтром (диаметр 25 мм, размер пор 0,20 мкм). Наполните пластиковый шприц разбавленным образцом и отфильтруйте его содержимое в пластиковую центрифужную пробирку объемом 50 мл, прикладывая давление. Используйте новый пластиковый шприц и шприцевой фильтр для каждого образца, чтобы избежать перекрестного загрязнения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Образцы должны быть отфильтрованы для удаления любых нерастворимых материалов или твердых частиц, которые могут остаться непереваренными после MAWD. Эти частицы могут мешать измерениям элементного определения, засоряя компоненты прибора. При фильтрации образцов убедитесь, что вы выбросили первые пару капель. Используйте гидрофильные фильтры (из полиамида) для водных растворов. Гидрофобные фильтры (ПТФЭ) не подходят для фильтрации водных растворов, так как они требуют более высокого приложенного давления, что может привести к разрыву мембраны36.
  16. Закройте пластиковую центрифужную пробирку объемом 50 мл завинчивающейся крышкой и поместите образец в холодильник до проведения измерений.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Переваренные образцы хранят в холодильнике при более низких температурах, чтобы сохранить их и продлить срок хранения.

6. Очистка реакционных сосудов

  1. После того, как вываренные образцы были переложены в мерные колбы по 50 мл, добавьте в реакционные сосуды 5,0 мл 68 мас.% HNO3 и 5,0 мл сверхчистой воды с автоматическими пипетками по 5 мл.
  2. Закройте реакционные сосуды крышками и вставьте их в штатив. Перенесите решетку в камеру микроволновой печи.
  3. Примените следующую микроволновую программу: 15-минутное увеличение до 160 °C, 10-минутное увеличение до 180 °C, максимальная мощность 900 Вт.
  4. Мониторинг условий реакции во время нагревания. После завершения нагрева дайте реакционным сосудам остыть.
  5. Откройте микроволновую печь, снимите реакционные сосуды со стойки и медленно откройте их в вытяжном шкафу.
  6. Выбросьте содержимое реакционных сосудов в пластиковые контейнеры для отходов.
  7. Промойте реакционные сосуды сверхчистой водой, чтобы удалить излишки материала или химикаты.
  8. Перед следующим использованием высушите реакционные сосуды в сушилке при температуре 105 °C.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Та же микроволновая процедура (время, мощность, градиент температуры и объем химических веществ), используемая для кислотного разложения образцов, может быть использована для очистки реакционных сосудов. В качестве альтернативы реакционные сосуды можно очистить без микроволновой системы, погрузив их в концентрированный HNO3 или HCl на несколько часов и промыв сверхчистой водой.

7. Многоэлементное определение с помощью ИСП-МС

  1. Возьмите из холодильника пластиковые центрифужные пробирки объемом 50 мл с переваренными образцами и дайте им нагреться до комнатной температуры.
  2. Разбавляют образцы в 10 раз, чтобы уменьшить концентрацию кислоты в переваренном образце и уменьшить концентрацию компонента матрицы пробы. С помощью автоматической пипетки перелейте 2,50 мл образца в стеклянную мерную колбу объемом 25 мл, а затем наполните ее до метки сверхчистой водой.
  3. Переложите разбавленные образцы в пластиковые пробирки объемом 15 мл и поместите их в соответствующие положения автосамплера.
  4. Подготовьте прибор ICP-MS (см. Таблицу материалов) для измерений:
    1. Включите вентиляцию и чиллер, который снабжает ИСП-МС охлаждающей водой и охлаждает его компоненты.
    2. Используйте совместимое программное обеспечение, чтобы убедиться, что промывочный раствор (1 мас.% HNO3) непрерывно поступает из автосамплера в ICP-MS без пульсаций.
    3. Откройте газовые баллоны Ar (чистота 99,999%) и He (чистота 99,999%) для подачи обоих газов в ICP-MS. Проверьте расход газа в программном обеспечении и при необходимости отрегулируйте его.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте ячейку столкновения с гелийским газом, когда ожидаются спектральные интерференции из-за образования многоатомных ионов (например, 40Ar16O+ , интерферирующих с 56Fe+)37.
    4. Запустите плазму и откалибруйте прибор с помощью настроечного раствора (см. Таблицу материалов).
    5. После калибровки прибора (положение резака, напряжение усиления, напряжение объектива, масса/разрешение, калибровка импульсного/аналогового (P/A), калибровка базы данных (DB) и проверка) выберите нужный метод измерения и выполните измерения.
  5. При работе с неизвестными образцами выполняют полуколичественное определение, чтобы получить информацию о том, какие элементы присутствуют в образце и их примерную концентрацию.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется дополнительно разбавлять образцы для полуколичественного определения, так как детекторы имеют предел концентрации элементов, которые они могут обнаружить за один раз. Более низкие концентрации образца могут продлить срок службы компонентов прибора.
  6. После получения данных о приблизительных концентрациях элементов в пробах, создайте метод количественного элементного определения в программном обеспечении. Выберите условия эксплуатации ИСП-МС (таблица 1) и выберите нужные элементы (в данном случае Cu, Fe, Mn и Zn). Определяют количество и концентрации растворов эталона, необходимые для создания градуировочного графика (иногда называемого аналитической кривой или рабочей кривой) (табл. 1).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Подготовьте не менее шести различных концентраций в качестве калибровочных точек для калибровочной кривой.
  7. Приготовьте растворы стандарта для градуировочного графика. С помощью автоматических пипеток пипетки отпилевывают необходимый объем 100 мг/л многоэлементных стандартных растворов в стеклянные мерные колбы по 25 мл, готовят растворы стандартов со следующими концентрациями: 1,0 мкг/л, 2,5 мкг/л, 5,0 мкг/л, 10,0 мкг/л, 20,0 мкг/л, 30,0 мкг/л, 40,0 мкг/л, 50,0 мкг/л. Наполнить колбы до метки 1 мас.% HNO3. Дополнительно подготовьте калибровочную заготовку с использованием 1 мас.% раствора HNO3 .
  8. Перелейте приготовленные растворы стандарта и образцов в пластиковые пробирки объемом 15 мл, поместите их в автосамплер и запустите прибор, следуя процедуре, описанной в шаге 7.4.
  9. Выполните количественное измерение выбранных элементов с помощью методики калибровочной кривой.
  10. После завершения измерений выключите плазму, закройте подачу аргенсионарного и полугасного газов, выключите охладитель ИСП-МС и выключите систему вентиляции.

Результаты

Гомогенизация
Все образцы высушивали до постоянной массы с помощью лабораторной сушилки, чтобы исключить любую влагу. Перенос образца в эксикатор позволил ему остыть до комнатной температуры, не связывая влагу из окружающей среды. Затем образцы пищевых продуктов гомогениз?...

Обсуждение

Гомогенизация
Для обеспечения воспроизводимых результатов элементного определения необходимо гомогенизировать образцы перед кислотным разложением из-за их сложной и неоднородной структуры и состава. Гомогенизация направлена на устранение конституциональной и распреде?...

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку Словенского исследовательского агентства (гранты No P2-0414, P2-0118, J1-2470, NK-0001 и J1-4416).

Материалы

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.

Ссылки

  1. Catenza, K. F., Donkor, K. K. Determination of heavy metals in cannabinoid-based food products using microwave-assisted digestion and ICP-MS. Food Analytical Methods. 15, 2537-2546 (2022).
  2. Güven, D. E., Akinci, G. Comparison of acid digestion techniques to determine heavy metals in sediment and soil samples. Gazi University Journal of Science. 24, 29-34 (2011).
  3. Soós, &. #. 1. 9. 3. ;., Bódi, &. #. 2. 0. 1. ;., Várallyay, S., Molnár, S., Kovács, B. Microwave-assisted sample preparation of hungarian raw propolis in quartz vessels and element analysis by ICP-OES and ICP-MS for geographical identification. Talanta. 233, 122613 (2021).
  4. De Oliveira, A. F., Da Silva, C. S., Bianchi, S. R., Nogueira, A. R. A. The use of diluted formic acid in sample preparation for macro- and microelements determination in foodstuff samples using ICP-OES. Journal of Food Composition and Analysis. 66, 7-12 (2018).
  5. Moor, C., Lymberopoulou, T., Dietrich, V. J. Determination of heavy metals in soils, sediments and geological materials by ICP-AES and ICP-MS. Microchimica Acta. 136 (3), 123-128 (2001).
  6. Kuznetsova, O. V., Burmii, Z. P., Orlova, T. V., Sevastyanov, V. S., Timerbaev, A. R. Quantification of the diagenesis-designating metals in sediments by ICP-MS: Comparison of different sample preparation methods. Talanta. 200, 468-471 (2019).
  7. Buechler, D. T., et al. Comprehensive elemental analysis of consumer electronic devices: Rare earth, precious, and critical elements. Waste Management. 103, 67-75 (2020).
  8. Riisom, M., Gammelgaard, B., Lambert, I. H., Stürup, S. Development and validation of an ICP-MS method for quantification of total carbon and platinum in cell samples and comparison of open-vessel and microwave-assisted acid digestion methods. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 158, 144-150 (2018).
  9. Stricker, A., et al. Impurities in commercial titanium dental implants - a mass and optical emission spectrometry elemental analysis. Dental Materials. 38 (8), 1395-1403 (2022).
  10. Bressy, F. C., Brito, G. B., Barbosa, I. S., Teixeira, L. S. G., Korn, M. G. A. Determination of trace element concentrations in tomato samples at different stages of maturation by ICP-OES and ICP-MS following microwave-assisted digestion. Microchemical Journal. 109, 145-149 (2013).
  11. Lachas, H., et al. Determination of 17 trace elements in coal and ash reference materials by ICP-MS applied to milligram sample sizes. Analyst. 124 (2), 177-184 (1999).
  12. Meermann, B., Nischwitz, V. ICP-MS for the analysis at the nanoscale-a tutorial review. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 33 (9), 1432-1468 (2018).
  13. Lemos, M. S., Dantas, K. G. F. Evaluation of the use of diluted formic acid in sample preparation for elemental determination in crustacean samples by mip oes. Biological Trace Element Research. 201 (7), 3513-3519 (2022).
  14. Mohammed, E., Mohammed, T., Mohammed, A. Optimization of acid digestion for the determination of hg, as, se, sb, pb and cd in fish muscle tissue. MethodsX. 4, 513-523 (2017).
  15. Sobhanardakani, S., Tayebi, L., Farmany, A., Cheraghi, M. Analysis of trace elements (cu, cd, and zn) in the muscle, gill, and liver tissues of some fish species using anodic stripping voltammetry. Environmental Monitoring and Assessment. 184 (11), 6607-6611 (2012).
  16. Ostapczuk, P., Valenta, P., Rützel, H., Nürnberg, H. Application of differential pulse anodic stripping voltammetry to the determination of heavy metals in environmental samples. Science of The Total Environment. 60, 1-16 (1987).
  17. Gamela, R. R., Costa, V. C., Sperança, M. A., Pereira-Filho, E. R. Laser-induced breakdown spectroscopy (libs) and wavelength dispersive x-ray fluorescence (wdxrf) data fusion to predict the concentration of k, mg and p in bean seed samples. Food Research International. 132, 109037 (2020).
  18. Hu, Z., Qi, L., Holland, H. D., Turekian, K. K. . Treatise on geochemistry (second edition). , 87-109 (2014).
  19. Ojeda, C. B., Rojas, F. S., Worsfold, P., Poole, C., Townshend, A., Miró, M. . Encyclopedia of analytical science (third edition). , 85-97 (2019).
  20. Bizzi, C. A., Nóbrega, J. A., Barin, J. S., Flores, &. #. 2. 0. 1. ;. M. d. M. . Microwave-assisted sample preparation for trace element analysis. , 179-204 (2014).
  21. Twyman, R. M., Worsfold, P., Townshend, A., Poole, C. . Encyclopedia of analytical science (second edition). , 146-153 (2005).
  22. Traversa, L. C., et al. Closed-vessel conductively heated digestion system for the elemental analysis of agricultural materials by high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometry (hr-cs faas). Analytical Letters. 56 (15), 2443-2456 (2023).
  23. Rondan, F. S. Determination of se and te in coal at ultra-trace levels by ICP-MS after microwave-induced combustion. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 34 (5), 998-1004 (2019).
  24. Muller, E. I., et al. Microwave-assisted wet digestion with H2O2 at high temperature and pressure using single reaction chamber for elemental determination in milk powder by ICP-OES and ICP-MS. Talanta. 156 - 157, 232-238 (2016).
  25. Pardinho, R. B., et al. Determination of toxic elements in yerba mate by ICP-MS after diluted acid digestion under O2 pressure. Food Chemistry. 263, 37-41 (2018).
  26. Barela, P. S., et al. Microwave-assisted digestion using diluted nitric acid for further trace elements determination in biodiesel by sf-ICP-MS. Fuel. 204, 85-90 (2017).
  27. Müller, E. I., Mesko, M. F., Moraes, D. P., Korn, M. D. G. A., Flores, &. #. 2. 0. 1. ;. M. M., Flores, &. #. 2. 0. 1. ;. M. d. M. . Microwave-assisted sample preparation for trace element analysis. , 99-142 (2014).
  28. Das, S., Ting, Y. -. P. Evaluation of wet digestion methods for quantification of metal content in electronic scrap material. Resources. 6 (4), 64 (2017).
  29. Nóbrega, J. A., et al. Microwave-assisted digestion of organic samples: How simple can it become. Talanta. 98, 272-276 (2012).
  30. Bizzi, C. A., et al. Evaluation of oxygen pressurized microwave-assisted digestion of botanical materials using diluted nitric acid. Talanta. 83 (5), 1324-1328 (2011).
  31. Da Silva, I. J. S., Lavorante, A. F., Paim, A. P. S., Da Silva, M. J. Microwave-assisted digestion employing diluted nitric acid for mineral determination in rice by ICP-OES. Food Chemistry. 319, 126435 (2020).
  32. Bizzi, C. A., Flores, E. M. M., Barin, J. S., Garcia, E. E., Nóbrega, J. A. Understanding the process of microwave-assisted digestion combining diluted nitric acid and oxygen as auxiliary reagent. Microchemical Journal. 99 (2), 193-196 (2011).
  33. Le Gresley, A., Ampem, G., De Mars, S., Grootveld, M., Naughton, D. P. 34;Real-world" evaluation of lipid oxidation products and trace metals in french fries from two chain fast-food restaurants. Frontiers in Nutrition. 8, 620952 (2021).
  34. Kutscher, D., Cui, J., Cojocariu, C. Key steps to create a sample preparation strategy for inductively coupled plasma (ICP) or ICP-mass spectrometry (ICP-MS) analysis. Spectroscopy. 37 (1), 38-42 (2022).
  35. Mccurdy, E., Proper, W. Improving ICP-MS analysis of samples containing high levels of total dissolved solids. Spectroscopy. 29 (11), 14 (2014).
  36. . Membrane filtration: How to choose the appropriate filter material for every sample Available from: https://www.cytivalifesciences.com/en/us/solutions/lab-filtration/knowledge-center/membrane-filtration-choosing-the-correct-type-of-filter (2023)
  37. May, T. W., Wiedmeyer, R. H. A table of polyatomic interferences in ICP-MS. Atomic Spectroscopy-Norwalk Connecticut. 19, 150-155 (1998).
  38. Taleuzzaman, M. Limit of blank (lob), limit of detection (lod), and limit of quantification (loq). Organic & Medicinal Chemistry International Journal. 7 (5), 127-131 (2018).
  39. Willner, J., et al. A versatile approach for the preparation of matrix-matched standards for la-ICP-MS analysis - standard addition by the spraying of liquid standards. Talanta. 256, 124305 (2023).
  40. Green, J. M. Peer reviewed: A practical guide to analytical method validation. Analytical Chemistry. 68 (9), 305A-309A (1996).
  41. Xu, J., et al. A critical view on spike recovery for accuracy evaluation of analytical method for medicinal herbs. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 62, 210-215 (2012).
  42. Massart, D. L., et al. . Handbook of chemometrics and qualimetrics: Part a. , (1998).
  43. UNOO. . Guidance for the validation of analytical methodology and calibration of equipment used for testing of illicit drugs in seized materials and biological specimens: A commitment to quality and continuous improvement. , (2009).
  44. Berben, G., et al. Guidelines for sample preparation procedures in GMO analysis. Publications Office of the European Union. EUR27021, JRC94042 (2014).
  45. Lacorte, S., Bono-Blay, F., Cortina-Puig, M., Pawliszyn, J. . Comprehensive sampling and sample preparation. , 65-84 (2012).
  46. Kaur, G. J., Orsat, V., Singh, A. An overview of different homogenizers, their working mechanisms and impact on processing of fruits and vegetables. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 63 (14), 2004-2017 (2021).
  47. Baudelaire, E. D., Bhandari, B., Bansal, N., Zhang, M., Schuck, P. . Handbook of food powders. , 132-149 (2013).
  48. Jung, H., Lee, Y. J., Yoon, W. B. Effect of moisture content on the grinding process and powder properties in food: A review. Processes. 6 (6), 69 (2018).
  49. Krejčová, A., Pouzar, M., Černohorský, T., Pešková, K. The cryogenic grinding as the important homogenization step in analysis of inconsistent food samples. Food Chemistry. 109 (4), 848-854 (2008).
  50. Balasubramanian, S., Gupta, M. K., Singh, K. Cryogenics and its application with reference to spice grinding: A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 52, 781-794 (2012).
  51. Potočnik, D., Jagodic Hudobivnik, M., Mazej, D., Ogrinc, N. Optimization of the sample preparation method for determination of multi-elemental composition in fruit samples by ICP-MS analysis. Measurement: Sensors. 18, 100292 (2021).
  52. DINEN ISO. . Theory of sample preparation using acid digestion, pressure digestion and microwave digestion (microwave decomposition). , (1972).
  53. Bizzi, C. A., Barin, J. S., Oliveira, J. S., Cravotto, G., Flores, E. M. Microwave-assisted oxidation of organic matter using diluted hno 3 under o 2 pressure: Rationalization of the temperature gradient effect for acid regeneration. Journal of the Brazilian Chemical Society. 28, 1673-1681 (2017).
  54. Castro, J. T., et al. A critical evaluation of digestion procedures for coffee samples using diluted nitric acid in closed vessels for inductively coupled plasma optical emission spectrometry. Talanta. 78 (4), 1378-1382 (2009).
  55. Ju, T., Han, S., Meng, Y., Song, M., Jiang, J. Occurrences and patterns of major elements in coal fly ash under multi-acid system during microwave digestion processes. Journal of Cleaner Production. 359, 131950 (2022).
  56. Matusiewicz, H. . Comprehensive analytical chemistry. 41, 193-233 (2003).
  57. Sheng, P. P., Etsell, T. H. Recovery of gold from computer circuit board scrap using aqua regia. Waste Management & Research. 25 (4), 380-383 (2007).
  58. Sucharova, J., Suchara, I. Determination of 36 elements in plant reference materials with different si contents by inductively coupled plasma mass spectrometry: Comparison of microwave digestions assisted by three types of digestion mixtures. Analytica Chimica Acta. 576, 163-176 (2006).
  59. Santos, H. M., et al. Microwave-assisted digestion using diluted HNO3 and H2O2 for macro and microelements determination in guarana samples by ICP-OES. Food Chemistry. 273, 159-165 (2019).
  60. Usepa, E. Method 3052: Microwave assisted acid digestion of siliceous and organically based matrices. United States Environmental Protection Agency, Washington, DC USA. , (1996).
  61. Elemental analysis manual, 4.7 inductively coupled plasma-mass spectrometric determination of arsenic, cadmium, chromium, lead, mercury, and other elements in food using microwave assisted digestion. Available from: https://s27415.pcdn.co/wp-content/uploads/2020/01/64ER20-7/Heavy_Metals/1-FDA-EAM-4.7-Inductively-Coupled-Plasma-MS-Determination-of-Arsenic-Cadmium-Chromium-Lead-Mercury-etc.pdf (2015)
  62. Leme, A. B. P., Bianchi, S. R., Carneiro, R. L., Nogueira, A. R. A. Optimization of sample preparation in the determination of minerals and trace elements in honey by ICP-MS. Food Analytical Methods. 7 (5), 1009-1015 (2014).
  63. Vanhoe, H., Goossens, J., Moens, L., Dams, R. Spectral interferences encountered in the analysis of biological materials by inductively coupled plasma mass spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 9, 177-185 (1994).
  64. Loula, M., Kaňa, A., Mestek, O. Non-spectral interferences in single-particle ICP-MS analysis: An underestimated phenomenon. Talanta. 202, 565-571 (2019).
  65. Muller, C. C. Feasibility of nut digestion using single reaction chamber for further trace element determination by ICP-OES. Microchemical Journal. 116, 255-260 (2014).
  66. Muller, A. L. H., Oliveira, J. S. S., Mello, P. A., Muller, E. I., Flores, E. M. M. Study and determination of elemental impurities by ICP-MS in active pharmaceutical ingredients using single reaction chamber digestion in compliance with usp requirements. Talanta. 136, 161-169 (2015).
  67. Duarte, F. A., et al. Microwave-induced combustion in disposable vessels: A novel perspective for sample digestion. Analytical Chemistry. 92 (12), 8058-8063 (2020).
  68. Novaes, C. G., et al. A review of multivariate designs applied to the optimization of methods based on inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). Microchemical Journal. 128, 331-346 (2016).
  69. Damak, F., Asano, M., Baba, K., Ksibi, M., Tamura, K. Comparison of sample preparation methods for multielements analysis of olive oil by ICP-MS. Methods and Protocols. 2 (3), 72 (2019).
  70. Thomas, R. . Practical guide to ICP-MS: A tutorial for beginners. , (2013).
  71. Yamada, N. Kinetic energy discrimination in collision/reaction cell ICP-MS: Theoretical review of principles and limitations. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 110, 31-44 (2015).
  72. The 30-minute guide to ICP-MS. Perkin Elmer, Shelton CT Available from: https://resources.perkinelmer.com/corporate/cmsresources/images/44-74849tch_icpmsthirtyminuteguide.pdf (2001)
  73. Gonzálvez, A., Armenta, S., Pastor, A., De La Guardia, M. Searching the most appropriate sample pretreatment for the elemental analysis of wines by inductively coupled plasma-based techniques. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 56 (13), 4943-4954 (2008).
  74. Lum, T. -. S., Leung, K. . S. -. Y. Strategies to overcome spectral interference in ICP-MS detection. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 31 (5), 1078-1088 (2016).
  75. Agatemor, C., Beauchemin, D. Matrix effects in inductively coupled plasma mass spectrometry: A review. Analytica Chimica Acta. 706 (1), 66-83 (2011).
  76. Melaku, S., Dams, R., Moens, L. Determination of trace elements in agricultural soil samples by inductively coupled plasma-mass spectrometry: Microwave acid digestion versus aqua regia extraction. Analytica Chimica Acta. 543 (1), 117-123 (2005).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

202

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены