Determination of fluoride in tea using a combustion ion chromatography system

Význam tématu

Spotřeba nadměrného množství fluoridů má negativní dopady na lidské zdraví, včetně dentální fluorózy nebo kostních poruch. Čajové lístky akumulují fluorid z půdy i vody a jeho stanovení je klíčové pro zajištění bezpečnosti potravinářských výrobků. Současná metoda (NY/T 838-2004) vyžaduje složité a časově náročné přípravy za použití žíravých roztoků.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo vyvinout rychlou, bezpečnou a automatizovanou metodu stanovení fluoridu v čaji využívající spalovací iontovou chromatografii (CIC). Systém kombinuje Mitsubishi AQF-2100H pro oxidativní pyrolyzu a Thermo Scientific™ Dionex™ Integrion™ HPIC pro separaci a detekci.

Použitá instrumentace

• Mitsubishi Automatic Combustion Unit Model AQF-2100H (s moduly ABC-210, ASC-250L, HF-210, GA-210, ES-210).
• Dionex Integrion HPIC systém (čerpadlo, CD vodivostní detektor, komora detektoru, kolónová pec, tabletový kontrolér, eluentové generování).
• Iontové kolony: IonPac AG18-4µm (guard 4×30 mm) a AS18-4µm (analytická 4×150 mm).
• Suppresor AERS 500, eluentový generátor EGC 500 KOH, trap column CR-ATC 600, vysokotlaký degasser, PES 0,2 µm filtry Nalgene.
• Software: Chromeleon CDS v7.2 SR4 a Mitsubishi NSX-2100 v2.1.6.0.

Použitá metodika

Vzorky čaje se rozemelou (20–25 mg) a před analýzou vysuší při 100 °C přes noc. V CIC jsou vzorky vystaveny pyrolyze při 900–1000 °C (Ar 200 mL/min, O₂ 400 mL/min). Vzniklé plyny se absorbují do 10 mL ultračisté vody, poté se 100 µL roztoku injektuje na IC. Chromatografické podmínky: eluent 20 mM KOH, průtok 1,0 mL/min, teplota kolony 30 °C, potlačená vodivostní detekce (AERS 500, 50 mA). Kalibrace byla prováděna v rozsahu 0,002–2,00 mg/L kvadraticky (r²=1,000) nebo lineárně (r²=0,9993). Druhy kalibrace: přímou injekcí roztoků přes ES-210 nebo plnou CIC injekcí přes ASC-250L (bez korekčního faktoru ředění). MDL metody pro IC činí 0,0002 mg/L, pro CIC v čaji cca 1 mg/L.

Hlavní výsledky a diskuse

• Čas analýzy: ~20 min na vzorek (současná metoda >60 min), automatizace spojuje CIC a IC na ~11 min.
• CIC odstraňuje organické interferenty z čajového matriče, výsledkem je čistý fluoridový pik a přesná kvantifikace.
• Distribuce fluoridu při louhování: 59 % ve vodné fázi, 41 % zůstává v listu – k úplnému stanovení je nutný pevný vzorek.
• Obsahy fluoridu v testovaných čajích: Tea 1: 279±3 ppm; Tea 2: 55±5 ppm; Tea 3: 129±3 ppm.
• Preciznost a přesnost: RSD 1–8 %, spike recovery 95–116 % ve 50–100 ppm rozmezí.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení času analýzy a snížení manuálních kroků.
• Eliminace nebezpečných činidel (perchloráty) a opakovaných elektrochemických kondicionací.
• Vysoká citlivost (MDL ~1 ppm) a robustní detekce fluoridů v komplikovaném matriči.
• Možnost snadné automatizace a online sledování kvality výrobků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metoda CIC může být rozšířena na stanovení dalších halogenidů (Cl⁻, Br⁻, I⁻) v různé potravinářské i environmentální matrici. Očekává se integrace s miniaturizovanými spalovacími jednotkami, online monitorování procesů a kombinace s izotopovými standardy pro vyšší přesnost.

Závěr

Popsaná spalovací iontová chromatografie nabízí rychlou, bezpečnou a přesnou alternativu k existujícím metodám stanovení fluoridu v čaji. Díky automatizaci a eliminaci složité chemické přípravy je vhodná pro rutinní i výzkumné laboratoře.

Reference

1. US EPA. Questions and Answers on Fluoride. 2011.
2. Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China. NY659-2003: Residue limits for fluoride in tea.
3. Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China. NY/T 838-2004: Test method of Fluoride in Tea.
4. Maleki A. et al. Fluoride release from Iranian teas. Fluoride 49(3):263–273, 2016.
5. Thermo Fisher Scientific. AN-1145: Halogens in Coal by CIC, 2016.
6. Mitsubishi Chemical Analytech. AQF-2100H Operation Manual.
7. Thermo Fisher Scientific. TN-72211: CIC with Integrion HPIC, 2017.
8. Thermo Fisher Scientific. TN-175: Configuring Integrion HPIC for RFIC, 2016.
9. USP <1225>. Validation of Compendial Methods, 2016.