Excellent choices for food & agriculture applications

Význam tématu

Bezpečnost potravin a zemědělských produktů vyžaduje přesnou analýzu stopových prvků, včetně toxických těžkých kovů (Pb, Cd, As, Hg, Sb) a esenciálních prvků (Se, Zn, Cu). Obsah kovů ovlivňuje jak kvalitu surovin (voda, půda, krmivo), tak konečný produkt (mléčné prášky, rybí moučka, lihoviny, ovoce, obiloviny). Rychlé, citlivé a spolehlivé metody jsou nezbytné pro QA/QC v potravinářství a bezpečnostní monitoring v souladu s legislativními limity.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem kombinovaného přehledu je představit moderní analytické přístupy:

• přímá analýza sušených mléčných prášků metodou axálně- sledovaného ICP-OES (Agilent Vista, Liberty Series II)
• stanovení Cd, Ni, Hg ve tkáních měkkýšů pomocí atomové absorpce (AAS) s plamennou a grafitovou pecí
• rychlé měření stopových prvků v lihovinách (whisky, bourbon) s ICP-MS 7500cx s buňkou ORS
• speciace arsenobetainu v mořských rybách HPLC-ICP-MS
• izotopová standardizace pro stanovení methylrtuti v tuňákovi GC-MS
• detekce rtuti v široké škále potravin pomocí ICP-MS s on-line přidáním Au pro eliminaci paměťových efektů
• určování As, Sb, Se ve vyšším poli plodin a potravin technikou hydridové generace AAS

Použitá metodika a instrumentace

ICP-OES:

• Vizuální a simultánní echelle ICP-OES (Agilent Vista): přímá analýza 2% suspenzí mléčného prášku, interní standardy Cs, Sc, potlačení ionizačních interferencí.
• Liberty Series II: kvantitativní kalibrace s vodnými standardy, ultrastabilní CCD detektor, výběr vhodných linií pro hlavní/slabé prvky.

ICP-MS:

• Agilent 7500cx s Octopole Reaction System (ORS): odstranění Ar-, C-, Cl-polyatomových interferencí v He módu; H2 pro Se.
• On-line Au pro potlačení paměťového efektu rtuti, vysoce průtokový režim ISIS, PFA mikro-nebulizér.

HPLC-ICP-MS:

• Aniontová výměna (PRP X-100), izokratický eluent NH4HCO3/tartarát (pH 8,2), 1% MeOH, 1 mL/min, FD detekce CCD, Se detekce v H2 módu.

GC-MS:

• Izotopová standardizace MeHg s 201Hg-MeHg spike, HS-SPME (DVB/CAR/PDMS), HP-5MS kolona, EI 70 eV MS, SIM m/z pro molekulární ion MeEtHg+.

AAS a VGA-76:

• Studie As, Sb, Se v rostlinných vzorcích (NBS 1571) hydridová generace – 0,6% NaBH4 + KI, kyselina chlorovodíková, standard addition.

AAS s CV:

• Agilent SpectrAA-20ABQ a SpectrAA-300GZ s VGA-76 CV-AAS pro Cd, Ni, Hg v schránkách a tkáních

Mechanická příprava vzorků:

• mikrovlnná digesce (HNO3/HClO4/HCl), suché spékání, ultrazvukové čištění

Hlavní výsledky a diskuse

ICP-OES mléčné prášky:

• Analýza 2% suspenzí bez digesce, porovnání s NIST SRM 8435 a MAF vzorky, shoda 2–5% RSD.

Shellfish tissue:

• Cd, Ni, Hg stanovení AAS, RSD 1–3%, recov. 84–106%, metoda validována NIST 1577 (bovine liver).

Spirit beverages:

• He modul na ORS redukuje ArC-interference (Cr, Fe, V); 5 h stabilita <2% RSD; Pb ze skla decanterů až 12 µg/L.

Arsenobetaine:

• HPLC-ICP-MS izokratická analýza 10 min, srovnání standard‐add vs. exter. kalibrace, spike recov. 98–104%.

Methylrtuť:

• Izotopová ID-GC-MS v SIM režimu: MeHg v tuňákovi 5.05±0.04 µg/g vs. certifik. 5.12±0.16 µg/g.

Rtuť v potravinách:

• ICP-MS s Au potlačuje paměťové efekty, detekce 10–30 ppt, stabilita 36 h, 500 vzorků.

Rostlinné materiály:

• Hydridová AAS As/Sb/Se v NBS 1571, výsledky v souladu s certifikátem.

Přínosy a praktické využití metody

Významné zkrácení doby přípravy a analýzy (přímé suspenze, HS-SPME, on-line buňky), vyšší průchodnost vzorků (no‐gas, He, H2 módy), robustní detekce ultrastopových koncentrací, nižší spotřeba nebezpečných činidel (žádné ClO4–), integrovaná korekce interferencí, minimalizace lidských chyb díky automatizaci.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření biogenní speciace As, Se, Hg (LC-ICP-MS/MS, GC-ICP-MS).
• Vyšší integrace extract‐to‐result řešení (on-line mikroextrakce).
• Green chemistry: eliminace toxických digesčních činidel, mikrodigesce.
• Real-time monitoring v průmyslu potravin a zemědělství.

Závěr

Prezentované metody ukazují, že přímé a automatizované přístupy s ICP-OES, ICP-MS, GC-MS a AAS-CV/HG umožňují spolehlivou, citlivou a rychlou analýzu toxických i esenciálních stopových prvků v potravinách, rostlinách i biologických vzorcích. Výrazně se zjednodušila příprava vzorků, eliminovaly nebezpečné postupy, a byly splněny požadavky na kvalitu, legislativu a vysokou průchozí kapacitu.

Reference

1. Kluckner P. D., Brown D. F., Sylvestre R., Analysis of milk by plasma emission spectrometry. ICP Information Newsletter, 1981, 7, 83.
2. Ryan A. J., Direct analysis of milk powder on the Liberty Series II ICP-AES. ICP Instruments At Work, 1997, ICP-21.
3. Munter R. C., Grande R. A., Ahn P. C., Analysis of animal tissue and food materials by ICP-AES in a university research service lab. ICP Information Newsletter, 1979, 5, 368.
4. Barnett N. W., Chen L. S., Kirkbright G. F., Determination of trace Pb and Ni in freeze-dried milk by AAS and ICP-AES. Analytica Chimica Acta, 1983, 149, 115–121.
5. Borkowska-Burnecka J., Szmigiel E., Zyrnicki W., Determination of major and trace elements in powdered milk by ICP-AES. Chemia Analityczna, 1996, 41, 625–632.
6. Emmett S. E., Analysis of liquid milk by ICP-MS. J. Anal. At. Spectrom., 1988, 3, 1145–1146.
7. Evans S. J., Johnson M. S., Leah R. T., Varian ICP-MS At Work AA-60, 1986.
8. Brodie K. G. et al., Varian Instruments At Work AA-38, 1984.