Sensitive and Rapid Analysis of Inorganic Arsenic in Food and Animal Feed Samples Using LC-ICP-MS

Sensitivní a rychlá analýza anorganického arzénu (iAs) v potravinách a krmivech pomocí LC-ICP-MS

Význam tématu

Monitoring anorganického arzénu je kritický pro ochranu veřejného zdraví, protože iAs vykazuje vyšší toxicitu než organické formy. Regulace v potravinách, zejména u potravin pro děti, stanovují velmi přísné limity, což klade vysoké nároky na citlivost, selektivitu a robustnost analytických metod. Metoda kombinující kapalinovou chromatografii (aniontová výměna) a hmotnostní spektrometrii s indukčně vázaným plazmatem (LC-ICP-MS) umožňuje separaci a kvantifikaci iAs v různorodých matricích s nízkými LOD a krátkou dobou analýzy, což je prakticky důležité pro rutinní kontroly i výzkum.

Cíle a přehled studie

• Cílem bylo vyvinout a ověřit rychlou, citlivou a univerzální metodu pro stanovení anorganického arzénu v širokém spektru potravin a krmiv podle evropských norem EN 16802:2016 a EN 17374:2020.
• Studie hodnotila separaci iAs od organických forem arzénu a od chloridových interferencí, limity detekce, přesnost (pomocí CRM) a průchodnost metody pro 14 různých matric.

Použitá metodika a instrumentace

• Extraktivní postup: extrakční roztok HNO3 0,1 M s H2O2 3 % v/v; vzorky zahřívány v lázni při 90 °C po dobu 1 h. Tento předúprava oxiduje As(III) na As(V), což umožňuje kvantifikaci pomocí kalibrační křivky pro As(V).
• Chromatografie: aniontově-výměnná kolona HAMILTON PRP-X100 (10 µm, 250 mm × 4,1 mm). Eluent: 100 mM uhličitan amonný + 3 % (v/v) methanol + 400 mg/L síran sodný, pH ≈ 9,3. Za chromatografických podmínek byla separace iAs od organických forem a chloridů dosažena do ~6,5 minuty.
• Detekce: LC spojené s ICP-MS (Shimadzu ICPMS-2040/2050) řízeným softwarovým balíčkem LabSolutions ICPMS TRM.
• Režim kollisionální buňky: použití helia efektivně potlačilo interferenci 40Ar35Cl na m/z 75, která by jinak zkreslovala signál arzénu.
• Výhody konstrukčního prvku: použití mini hořáku pro ICP-MS snížilo spotřebu argonu na ~11 L/min, což snižuje provozní náklady při dlouhotrvajících analýzách LC-ICP-MS.

Hlavní výsledky a diskuse

• Oxidace As(III) na As(V): Standard As(III) bez předúpravy vykazoval široký špičkový profil; po předúpravě bylo As(III) detekován jako špička v retenčním čase shodném s As(V), potvrzující účinnou oxidaci během extrakce.
• Odstranění Cl interference: chromatografická separace v kombinaci s He režimem v kollisionální buňce účinně eliminovala 40Ar35Cl interferenci, což umožnilo přesné měření při přítomnosti vysokých koncentrací chloridů v matricích.
• Separace od organických forem: organické formy (např. arsenobetaine, DMA, MMA) byly dobře separovány od iAs; i ve vzorcích mořských plodů s vysokým obsahem AsB nepůsobily organické formy rušivě na stanovení iAs.
• Citlivost a detekční limity: dosažené LODy byly dostatečně nízké, aby splnily i nejpřísnější požadavky (např. limity pro dětské potraviny uvedené v Baby Food Safety Act). Analytické LOD spadají do rozsahu umožňujícího stanovení iAs na úrovních pod mg/kg (konkrétní hodnoty ukazují sub-µg/L v analytickém roztoku a nízké mg/kg nebo µg/kg v samotných vzorcích).
• Validace: analýza tří certifikovaných referenčních materiálů (NMIJ 7532‑a brown rice, NMIJ 7533‑a brown rice, NMIJ 7405‑b hijiki) vedla k výsledkům v souladu s certifikovanými hodnotami, což potvrzuje validitu metody.
• Přesnost a obnovitelnost: spike‑recovery testy pro různé potravinové a krmivové matice vykázaly recovery 96–113 %, což indikuje dobrou přesnost metody napříč matricemi.
• Kvantitativní nálezy v testovaných vzorcích: většina testovaných vzorků měla nízké nebo nedetekovatelné množství iAs. Výjimkou byly rice cereal (0,0864 mg/kg) a některé krmivové vzorky (animal feed 0,013 mg/kg), což naznačuje vyšší riziko u obilných složek.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlost: kompletní chromatografická separace iAs do ~6,5 min umožňuje vysokou průchodnost laboratoře.
• Citlivost a selektivita: kombinace aniontové chromatografie a ICP‑MS v He režimu poskytuje nízké LOD a účinné potlačení matrice‑závislé interference (zejména 40Ar35Cl).
• Široká použitelnost: metoda je ověřena pro různé potravinové a krmivové matice (včetně mořských plodů, obilovin, nápojů a kojeneckých potravin), což ji činí vhodnou pro rutinní kontrolní laboratoře a pro regulační monitoring.
• Redukce provozních nákladů: nižší spotřeba argonu díky mini hořáku snižuje náklady na dlouhodobé provozy LC‑ICP‑MS.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace a vyšší propustnost: integrace automatických vzorkovačů a optimalizace pracovních postupů pro rutinní analýzy v kontrolních laboratořích.
• Rozšíření na další toxikologicky relevantní elementy: adaptace chromatografických a detekčních podmínek pro současné sledování dalších toxických elementů v podobných matricích.
• Minimalizace předúpravy: vývoj jemnějších extrakčních postupů, které zachovají formy arzénu, nebo validace standardizovaných konverzních postupů pro farmakokinetické/forenzní studie.
• Standardizace a harmonizace: širší uplatnění a harmonizace postupů podle norem EN a regulačních aktů EU pro konzistentní mezi‑laboratorní výsledky.

Závěr

Studie ukázala, že kombinace aniontové HPLC a ICP‑MS (se zařízením Shimadzu a použitím He režimu) poskytuje robustní, citlivou a rychlou metodu pro kvantifikaci anorganického arzénu v širokém spektru potravin a krmiv. Metoda zvládá potlačit klíčové interference (organické formy, 40Ar35Cl), vykazuje nízké detekční limity a splňuje požadavky regulací včetně přísných limitů pro dětské potraviny. Validace CRMs a spike‑recovery testy potvrdily přesnost a spolehlivost postupu.

Reference

1. EN 16802:2016 Determination of inorganic arsenic in foodstuffs of marine and plant origin by anion‑exchange HPLC‑ICP‑MS.
2. EN 17374:2020 Determination of inorganic arsenic in animal feed by anion‑exchange HPLC‑ICP‑MS.
3. Commission Regulation (EU) 2023/915 of 25 April 2023 on maximum levels for certain contaminants in food.
4. Commission Regulation (EU) 2025/1891 of 17 September 2025 amending Regulation (EU) 2023/915 as regards maximum levels of inorganic arsenic in fish and other seafood.
5. US House of Representatives, The Baby Food Safety Act of 2021 (referenced, accessed Jan 2026).
6. Directive 2002/32/EC of the European Parliament and of the Council of 7 May 2002 on undesirable substances in animal feed.