Automated Analysis of Foods by ICP-QQQ with Discrete Sampling and Autodilution

Význam tématu

Analytika stopových a toxických kovů v potravinách je kritická pro ochranu veřejného zdraví a pro plnění rostoucích regulačních požadavků (např. AOAC 2015.01, iniciativy jako Closer to Zero). Laboratoře musejí poskytovat spolehlivé, citlivé a rychlé stanovení prvků jako As, Cd, Hg a Pb v komplexních potravinových matricích při zachování vysoké produktivity a konzistentní kvality dat.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit schopnost Agilent 9500 ICP-QQQ v kombinaci s automatickými příslušenstvími (AVS MS, ADS 2, SPS 4) provádět AOAC-kompatibilní analýzy potravin se zvýšenou průchodností a spolehlivou kontrolou interferencí. Studie použila několik NIST standardních vzorků potravin (oyster tissue, tomato leaves, mussel tissue) a hodnotila přesnost, meze detekce, stabilitu a efektivitu pracovního postupu při reálném provozu.

Použitá metodika

Postup vzorkování a přípravy byl v souladu s AOAC 2015.01: gravimetrické vážení ~0,25 g vzorku, přidání HNO3 (4 mL), H2O2 (1 mL) a pre-spiku Au/Lu (0,1 mL, 50 mg·L^-1), následná uzavřená mikrovlnná digesce (MARS 6) s rampou na 200 °C / 25 min a 15 min udržení. Po doplnění objemu na 20 mL a 4násobném ředění činil celkový ředicí faktor přibližně 320×.

Pro kalibraci byly připraveny vícerozsahové standardy automatickým ředěním ADS 2 (400×, 250×, 25×, 2.5×, 1×). Pokračovací kontrolní vzorky (CCV) a interní standard (Sc, Ge, Rh, Bi) byly zaváděny online přes AVS MS. Při překročení kalibračního rozsahu prováděl ADS 2 reaktivní ředění vzorků.

Použitá instrumentace

Hlavní přístrojové vybavení a spotřební díly použitá ve studii:

• Agilent 9500 ICP-QQQ s Dual-Cell System (DCS) – režimy Advanced Helium Mode (AHM) a Air cell mode.
• Agilent AVS MS diskrétní vzorkovač, ADS 2 autodilutor (s 2,5 mL smyčkami), SPS 4 autosampler.
• MicroMist koncentriční nebulizér, teplotně řízená křemenná komora a křemenná hořáky s 2,5 mm injektorem; niklované sampler a skimmer kužely.
• OpenLab ICP-MS software (přednastavená metoda Food/Clinical) pro řízení přístrojů, autotune a výpočty DL/BEC/LOQ.
• Mikrovlnný digesční systém MARS 6 (CEM) pro uzavřenou digesci vzorků.

Hlavní výsledky a diskuse

- Detekční limity a LOQ: Měřené meze detekce (DL) a výpočtem stanovené LOQ překročily požadavky AOAC 2015.01 s výrazným přesahem ve prospěch citlivosti pro As, Cd, Pb a Hg. LOQ byly výrazně pod limity požadovanými metodou.

- Kontrola interferencí: Kombinace AHM (zlepšená citlivost pro nízké hmotnosti, potlačení polyatomických interferencí) a Air cell mode (reaktivní plyn z okolního vzduchu pro potlačení dvou-násobně nabitých REE interferencí) umožnila spolehlivé stanovení As a Se i v přítomnosti REE (Sm, Gd). Air cell mode významně snížil vliv REE2+ interferencí na 75As a 78/94Se ve vzorcích s vysokým obsahem REE.

- Přesnost a zotavení: Trojité digesce a trojité měření ukázaly, že všechny ověřené anality se pohybovaly v rámci ±25% certifikovaných hodnot NIST (požadavek AOAC). Lu spike vykázal zotavení >98 %, což potvrzuje, že volné/volatile prvky nebyly během přípravy ztraceny.

- Produktivita a stabilita: Průměrný čas na vzorek byl ~2 min 45 s, tedy cca o 30 s rychleji než ekvivalentní multitune single‑quad ICP-MS metody. Během 5,5hodinové sekvence CCV vzorky zůstaly v ±15 % a interní standardy v rozmezí 87–118 %, což potvrzuje stabilní provoz pro rutinní analýzy.

- Automatizace: ADS 2 umožnil automatickou přípravu kalibrací, preskriptivní ředění a reaktivní diluci přepalych vzorků, čímž se snížila manuální práce a riziko chyby při přípravě vzorků.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda kombinuje vysokou citlivost a robustní kontrolu interferencí s automatizovaným workflow, což přináší tyto konkrétní výhody:

• AOAC-kompatibilní měření těžkých kovů v potravinách s LOQ výrazně pod požadavky metody.
• Spolehlivé potlačení jak polyatomických interferencí (AHM), tak dvou-násobných nabitých REE (Air cell) bez nutnosti přídavného kyslíkového zásobníku.
• Vyšší průchodnost a reproducibilita díky integraci ADS 2 a AVS MS s online interními standardy.
• Snížení pracovní zátěže laboratoře: automatické ředění, tvorba kalibrací a re-měření přepalovaných vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

- Zpřísňování limitů a rozšířené regulační požadavky budou vyžadovat ještě nižší LOQ a spolehlivější kontrolu interferencí; tandemové kvadrupóly s inteligentními režimy buněk (jako AHM a Air cell) budou častěji nasazovány v referenčních a kontrolních laboratořích.

- Další automatizace: integrace robotizace vzorkovacího toku a předpřípravy (robotické vážení, automatická čistící/šaržová digesce) povede k vyšší propustnosti a konzistenci výsledků.

- Rozšíření aplikací: kombinace MS/MS režimů s reaktivními plyny a automatickými dilucemi umožní bezpečné rozšíření metod na speciační analýzy (např. methylmercury) a na širší panel stopových prvků v nutričních a toxikologických studiích.

- Ekonomické a provozní zjednodušení: použití vzduchu jako reakčního plynu (Air cell mode) snižuje nároky na infrastrukturu plynů a zjednodušuje zavádění technologie do laboratoří s omezenými zdroji.

Závěr

Agilent 9500 ICP-QQQ v kombinaci s AVS MS, ADS 2 a automatizovaným autosamplerem prokázal schopnost provádět rychlé, citlivé a AOAC-kompatibilní analýzy těžkých kovů v různých potravinových matricích. Dual-Cell System s AHM a Air cell mode poskytuje komplexní řešení pro odstranění jak polyatomických, tak REE2+ interferencí, přičemž automatizace ředění a kalibrací zvyšuje průchodnost a snižuje manuální zásahy. Výsledkem jsou nízké LOQ, přesné zotavení certifikovaných hodnot a stabilní dlouhodobý provoz vhodný pro rutinní potravinovou analytiku.

Reference

1. Association of Official Analytical Chemists (AOAC), Determination of Heavy Metals in Food by Inductively Coupled Plasma–Mass Spectrometry: First Action 2015.01. J. AOAC Int, 98(4), 2015, 1113–1120

2. Agilent Technologies, Dual-Cell System (DCS) and Advanced Helium Mode (AHM), publication 5994-8985EN

3. Agilent Technologies, Air Cell Mode of the Agilent 9500 ICP-QQQ with Dual-Cell System, publication 5994-8987EN

4. Agilent Technologies, Capabilities and Operation of the Advanced Dilution System 2, publication 5994-7211EN