Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

ICP-MS ile Çok Elementli Tayin için Homojenizasyon ve Mikrodalga Destekli Islak Asitle Parçalama Kullanılarak Gıda Numunelerinin Hazırlanması

Published: December 22, 2023 doi: 10.3791/65624
Automatic Translation
1, 1, 1
1Faculty of Chemistry and Chemical Engineering, University of Maribor

Summary

Sunulan protokol, bir laboratuvar karıştırıcısı ile numune homojenizasyonunu, mikrodalga destekli ıslak asit sindirimi yoluyla ağırlıkça %68HNO3 ve ağırlıkça %30H2O2karışımı kullanılarak gıda numunelerinin asitle parçalanmasını ve endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometrisi ile gerçekleştirilen çok elementli tayini açıklar. 

Abstract

Numune hazırlama, element tayini için çok önemlidir ve biri homojenizasyonu ve ardından asitle parçalamayı içeren çeşitli teknikler mevcuttur. Potansiyel kontaminasyonu ve analit kaybını ortadan kaldırmak veya en aza indirmek için hazırlama aşamasında numune kullanımı sırasında özel dikkat gösterilmelidir. Homojenizasyon, aynı anda partikül boyutunu küçülten ve numune bileşenlerini eşit olarak dağıtan bir prosestir. Homojenizasyonun ardından numune, asitler ve yardımcı kimyasallarla yüksek sıcaklıklarda sindirilerek katı numuneleri sıvı hale dönüştürdüğü asitle parçalamaya tabi tutulur. Bu işlemde, orijinal numunedeki metaller asitlerle reaksiyona girerek suda çözünür tuzlar oluşturur. Asitle parçalama yoluyla hazırlanan numuneler, endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometrisi, endüktif olarak eşleştirilmiş plazma optik emisyon spektroskopisi, atomik absorpsiyon spektroskopisi, elektrokimyasal yöntemler ve diğer analitik teknikler gibi teknikler kullanılarak element analizi için uygundur. Bu çalışma, endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometrisi kullanılarak çok elemanlı tayin için gıda numunelerinin hazırlanmasını detaylandırmaktadır. Adım adım prosedür, seramik bıçaklı laboratuvar boyutunda bir karıştırıcı kullanılarak homojenizasyon işlemini ve ardından mikrodalga destekli ıslak asitle parçalama kullanılarak kapalı kaplarda asitle parçalamayı içerir. 5.0 mL ağırlıkça% 68HNO3 ve 1.0 mL ağırlıkça% 30H2O2karışımı yardımcı bir reaktif görevi görür. Bu kılavuz, her iki aşamada yer alan süreçlerin bir açıklamasını sağlar.

Introduction

Element analizi, çeşitli numunelerin element bileşimini belirlemek için analitik bir işlemdir. Metallerin (özellikle ağır metaller1) insan vücuduna alımını kontrol etmek için kullanılabilir, çünkü yüksek konsantrasyonları istenmeyen sağlık sorunlarına neden olabilir. Ağır metaller aynı zamanda ana çevresel kirleticilerden biridir, bu nedenle çevredeki varlıklarının kontrolü gereklidir2. Ayrıca, gıda ürünlerinin coğrafi kökeninibelirlemek 3 ve gıda ve su kaynaklarının kalitesini kontrol etmekiçin element analizi yapılabilir 4. Ayrıca, topraklardaki mikro ve makro besin maddelerinin belirlenmesi 5 ve minerallerinve çökeltilerin kimyasal bileşimini inceleyerek tarih boyunca jeolojik süreçler hakkında bilgi edinmekiçin kullanılır 6. Daha fazla metal rejenerasyonu7 için elektrikli ve elektronik atıklarda nadir metallerin varlığını belirlemek, ilaç tedavilerininbaşarısını değerlendirmek 8 ve metal implantların temel bileşimini doğrulamakiçin 9 çalışmalar yapılmıştır.

Endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS) ve endüktif olarak eşleştirilmiş plazma optik emisyon spektroskopisi (ICP-OES), çeşitli numunelerin element analizi için yaygın olarak kullanılan tekniklerdir10. ng/L kadar düşük tespit limitleri (LOD) ve miktar belirleme limitleri (LOQ) ile birden fazla elementin aynı anda belirlenmesine izin verirler. Genel olarak, ICP-MS, ICP-OES12'ye kıyasla daha düşük LOD değerlerine11 ve daha geniş bir doğrusal konsantrasyon aralığına sahiptir. Elementel bileşimi belirlemeye yönelik diğer teknikler, mikrodalga kaynaklı plazma optik emisyon spektrometrisi13 ve alevli atomik absorpsiyon spektroskopisi, elektrotermal atomik absorpsiyon spektroskopisi2, soğuk buhar atomik absorpsiyon spektroskopisi ve hidrit üretimi atomik absorpsiyon spektroskopisi14 dahil olmak üzere çeşitli atomik absorpsiyon spektroskopisi (AAS) varyantlarıdır. Ayrıca, düşük LOD ve LOQ ile element tayini, özellikle anodik sıyırma voltametrisi15,16 ile farklı elektroanalitik yöntemlerle mümkündür. Tabii ki, numunelerin temel bileşimini belirlemek için başka yöntemler de vardır, ancak bunlar yukarıda belirtilen yöntemler kadar sık kullanılmazlar.

Katı numunelerin doğrudan elementel tayini, lazer kaynaklı kırılma spektroskopisi ve X-ışını floresansı17 kullanılarak mümkündür. Bununla birlikte, ICP-MS, ICP-OES ve AAS ile element tayini için katı numunelerin sıvı hale dönüştürülmesi gerekir. Bu amaçla, asit sindirimi asitler ve yardımcı reaktifler (çoğu durumdaH2O2) kullanılarak gerçekleştirilir. Asitle parçalama, yüksek sıcaklık ve basınçta gerçekleştirilir, numunenin organik kısmı gaz halindeki ürünlere dönüştürülür ve metal elementler suda çözünür tuzlara dönüştürülür, böylece çözelti içinde çözülür18.

Açık damar sindirimi ve kapalı kap sindirimi olmak üzere iki ana asit sindirimi türü vardır. Açık kap çürütme uygun maliyetlidir14 ancak atmosferik basınçta asitlerin kaynama sıcaklığına denk gelen maksimum çürütme sıcaklığı gibi sınırlamaları vardır. Numune, sıcak plakalar, ısıtma blokları, su banyoları, kum banyoları2 ve mikrodalgalar19 ile ısıtılabilir. Numuneyi bu şekilde ısıtarak, üretilen ısının çoğu çevreye20 kaybolur ve bu da sindirim süresiniuzatır 14. Açık kap çürütmesinin diğer dezavantajları arasında daha fazla kimyasal tüketim, çevredeki ortamdan daha fazla kontaminasyon olasılığı ve uçucu bileşenlerin oluşumu ve bunların reaksiyon karışımındanbuharlaşması nedeniyle olası analit kaybı yer alır 21.

Kapalı kap sistemleri, açık kap sistemlerine göre organik ve inorganik numunelerin çürütülmesi için daha uygundur. Kapalı kap sistemleri, numuneleri ısıtmak için iletim ısıtma ve mikrodalgalar gibi çeşitli enerji kaynakları kullanır22. Mikrodalgaları kullanan çürütme yöntemleri arasında mikrodalga kaynaklı yanma23, tek reaksiyon odası sistemleri24 ve yaygın olarak kullanılan mikrodalga destekli ıslak asitle parçalama (MAWD)25,26 bulunur. MAWD, cihazın çalışma koşullarına bağlı olarak 220 °C ile 260 °C arasında değişen daha yüksek çalışma sıcaklıklarında ve 200 bar'a kadar maksimum basınçlarda sindirime izin verir27.

MAWD'nin verimliliği ve oranı, numunelerin kimyasal bileşimi, maksimum sıcaklık, sıcaklık gradyanı, reaksiyon kabındaki basınç, eklenen asitlerin miktarı ve kullanılan asitlerin konsantrasyonu dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır28. MAWD'de, açık kap sistemlerindeki daha uzun süreli çürütmelere kıyasla yüksek reaksiyon koşulları nedeniyle birkaç dakika içinde tam asit çürütmesi sağlanabilir. Mevcut yeşil kimya yönergelerine uygun olan MAWD'de daha düşük hacimler ve asit konsantrasyonları gereklidir29. MAWD'de, asitle parçalamayı gerçekleştirmek için açık kap çürütmeye kıyasla daha az miktarda örneğe ihtiyaç duyulur, genellikle 500 mg'a kadar örnek yeterlidir 30,31,32. Daha büyük numune miktarları sindirilebilir, ancak daha büyük miktarda kimyasal gerektirirler.

MAWD cihazı reaksiyon koşullarını otomatik olarak kontrol ettiğinden ve kişi ısıtma sırasında kimyasallarla doğrudan temas etmediğinden, MAWD'nin çalıştırılması açık kap çürütmelerinden daha güvenlidir. Bununla birlikte, kişi, vücutla temas etmelerini ve zarar vermelerini önlemek için reaksiyon kaplarına kimyasallar eklerken her zaman dikkatli davranmalıdır. Asitle sindirim sırasında içlerinde basınç oluştuğu için reaksiyon kaplarının da yavaşça açılması gerekir.

Asitle sindirim, element tayini için numune hazırlamak için yararlı bir teknik olsa da, bunu yapan kişi olası sınırlamalarının farkında olmalıdır. Asitle parçalama, özellikle karmaşık matrislere sahip olanlar ve yüksek oranda reaktif olan veya patlayıcı reaksiyona girebilen numuneler olmak üzere tüm numuneler için uygun olmayabilir. Bu nedenle, çözelti içinde istenen tüm elementleri çözen tam sindirim için uygun kimyasalları ve reaksiyon koşullarını seçmek üzere numune bileşimi her zaman değerlendirilmelidir. Kullanıcının dikkate alması ve ele alması gereken diğer endişeler, numune hazırlamanın her adımında safsızlıklar ve analit kaybıdır. Asit sindirimi her zaman belirli kurallara göre veya protokoller kullanılarak yapılmalıdır.

Aşağıda açıklanan protokol, gıda numunelerinin laboratuvar boyutunda bir karıştırıcıda homojenizasyonu, karıştırıcının bileşenlerinin temizlenmesi için bir prosedür, numunenin uygun şekilde tartılması, kimyasalların eklenmesi, MAWD ile asitle parçalamanın gerçekleştirilmesi, çürütme tamamlandıktan sonra reaksiyon kaplarının temizlenmesi, numunelerin element tayini için hazırlanması ve ICP-MS ile kantitatif çok elementli bir tayin gerçekleştirilmesi için talimatlar sağlar. Aşağıda verilen talimatlar izlenerek, element tayinine uygun bir numune hazırlanabilmeli ve sindirilmiş numunelerin ölçümleri yapılabilmelidir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Numune homojenizasyonu

  1. Kurutma işlemini hızlandırmak için temiz bir seramik bıçak kullanarak gıda numunelerini (brokoli, mantar, sosis ve erişte) manuel olarak daha küçük parçalara ayırın. Asit sindiriminin en az 6 kopyası için yeterli numune hazırlayın (kurutulmuş numunelerin minimum kütlesinin 1500 mg olduğundan emin olun).
    NOT: Numunenin yüzey alanının arttırılması, numunenin daha büyük bir bölümünü ısıtılmış çevre havasına maruz bırakarak suyun buharlaşma hızını artırır.
  2. Numuneyi 250 mL'lik bir cam behere yerleştirin ve bir kurutucu kullanarak 105 °C'de sabit bir ağırlığa kadar kurutun.
  3. Numunenin bulunduğu cam kabı kurutucudan çıkarın ve desikatöre yerleştirin.
  4. Numunenin oda sıcaklığına soğumasını bekleyin.
    NOT: Ağırlığın kütleyi doğru bir şekilde yansıttığından emin olmak için numuneler sabit bir sıcaklıkta tartılmalıdır. Sıcaklık değişimleri, ölçülen numunelerin hacmini ve yoğunluğunu etkileyebilir.
  5. Nem gidericiyi açın ve numuneyle birlikte cam kabı analitik teraziye aktarın. Numune ile cam kabın ağırlığını ölçün.
  6. Tartım tamamlandıktan sonra numuneyi tekrar kurutucuya koyun.
    NOT: Numune kurutma sırasında önemli ölçüde küçülürse, daha uygun tartım için plastik bir spatula kullanılarak daha küçük bir cam behere aktarılabilir.
  7. Numunenin sabit bir ağırlığı elde edilene kadar işlemi adım 1.3-1.6'da açıklandığı gibi tekrarlayın.
  8. Kurutulmuş heterojen numuneyi mikser kabına yerleştirin ( Malzeme Tablosuna bakın), mikser kabının maksimum hacmini aşmadığından emin olun.
  9. Mikser kabını miksere yerleştirin ve koruma kapağını kapatın (Şekil 1).
  10. Numuneyi öğütmek ve karıştırmak için bıçakları etkinleştirmek için başlat düğmesine basın.
  11. Numune ince bir toz veya homojen bir macun haline gelene kadar öğütme işlemini gerçekleştirin. Böyle bir ürün elde etmek için öğütme işlemini birkaç kez tekrarlayın.
  12. Numune homojen hale geldiğinde, karıştırıcıyı kapatın, koruma kapağını açın ve karıştırıcı kabını çıkarın.
  13. Homojenize edilmiş numuneyi mikser kabından çıkarın ve temiz bir plastik spatula kullanarak 50 mL'lik temiz bir cam behere aktarın (Şekil 2).
    NOT: Numune çok sertse ve karıştırıcının bıçaklar ve karıştırıcı kabı gibi bileşenlerine potansiyel olarak zarar verebilirse, harçlarda ezmek gibi başka yollarla homojenize edilebilir. Mikserler genellikle mikserin bileşenlerine zarar verebilecek sert malzemeleri, donmuş numuneleri veya kolayca yanıcı numuneleri homojenize etmek için uygun değildir. Karıştırıcıda organik çözücülerin kullanılması önerilmez.
    DİKKAT: Güvenlik tertibatı kullanın ve mikserin bıçakları yüksek hızlarda dönerken mikser kapısının yeterince kapalı olduğundan emin olun.

2. Mikser temizliği

  1. Boş mikser kabının işaretine ultra saf su ekleyin ( Malzeme Tablosuna bakın).
  2. Mikser kabını miksere yerleştirin ve standart karıştırma prosedürünü gerçekleştirin.
  3. Beheri karıştırıcıdan çıkarın ve atık suyu boşaltın. Gerekirse, karıştırdıktan sonra bile su temiz kalana kadar işlemi ultra saf suyla birkaç kez tekrarlayın.
  4. Kirlenmiş bıçakları ve diyafram contasını mikserden çıkarın ve ultra saf suyla iyice temizleyin.
    NOT: Yağ laboratuvar envanterinin yüzeyine kolayca yapıştığından, özellikle yüksek yağ içeriğine sahip numunelerle uğraşırken temizleme verimliliğini artırmak için nötr deterjanlar kullanın.
    DİKKAT: Keskin kenarlarından kaynaklanan olası yaralanma riskini azaltmak için bıçakları çıkarırken ve temizlerken eldiven gibi uygun koruyucu ekipman kullanın.
  5. Temizlenen bileşenleri kurutucuda 105 °C'de kurutun ve miksere tekrar yerleştirin.
    NOT: Suyun aşağıdaki örneğe taşınmasını önlemek için miksere yeniden takmadan önce mikserin bileşenlerinin tamamen kuru olduğundan emin olun.ample.

3. Numune tartımı

  1. 100 mL triflorometoksil-politetrafloroetilen TFM-PTFE reaksiyon kabından33 kapak kapağını çıkarın.
  2. Açık reaksiyon kabını analitik teraziye yerleştirin ve her ölçümden önce terazinin dengelendiğinden ve sıfırlandığından emin olun (Şekil 3).
    NOT: Tartım oda sıcaklığında yapılmalıdır. Şiddetli sıcaklık dalgalanmalarının ve hava akışının ölçülen ağırlığı etkileyebileceği alanlardan kaçının. Tartım alanının temiz olduğundan ve kirletici madde içermediğinden emin olun.
  3. Homojenize numuneyi plastik bir spatula kullanarak reaksiyon kabına aktarın ve numuneyi 250 mg tartın. Numuneyi, analitik terazinin minimum ağırlık sınırının altında tartmayın.
  4. Tartım tamamlandıktan sonra, numuneyi kontaminasyondan korumak için kapak kapağını reaksiyon kabının üzerine yerleştirin.
    NOT: Sindirim prosedürünün ağırlık sınırının aşılması, eksik sindirime neden olabilir. Herhangi bir dış kontaminasyonu önlemek için numuneyi ve reaksiyon kaplarını dikkatli kullanın.

4. Asit ilavesi

  1. Sırasıyla ağırlıkça yaklaşık 40.0 mL %68 HNO3 ve ağırlıkça %30 5.0 mLH2O2'yi ayrı 50 mL cam beherlere dökün.
    NOT: Kimyasallar, ideal olarak ng/L (ppt) aralığında, 1,0 μg/L'den (ppb) daha az eser metal safsızlıkları ile yüksek saflıkta olmalıdır. Eser metal safsızlıkları, element tayininin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini etkiler.
  2. Reaksiyon kaplarını bir çeker ocak içine yerleştirin, kapak kapaklarını açın ve aşağıda belirtilen hacimlerde ağırlıkça %68 HNO3 ve ağırlıkça %30H2O2'yi 1 mL veya 5 mL otomatik pipetlerle aşağıdaki özelliklere göre ekleyin:
    1. Brokoli, mantar, sosis ve erişte; 250 mg numune için ağırlıkça 5.0 mL %68 HNO3 ve ağırlıkça 1.0 mL ağırlıkça %30H2O2 ekleyin. Her örnek için üç kopya hazırlayın.
    2. Yöntemin doğruluğunu belirlemek için (geri kazanım açısından, Rec), adım 4.2.1'de açıklanan prosedürü kullanın ve 200 μL'lik bir otomatik pipet kullanarak reaksiyon kaplarına 37,5 μL 100 mg/L ICP çok elemanlı standart çözelti (Malzeme Tablosuna bakın) ekleyin. Her örnek için üç kopya hazırlayın.
      NOT: 37.5 μL'lik hacim, numunelerin çivili çözeltileri için 15.0 μg/L'lik bir artışa karşılık geldiği için seçilmiştir. Ayrıca, numunelerin çivili çözeltisi için konsantrasyondaki artış, ölçülen her analit için hala doğrusal konsantrasyon aralığında olan nihai konsantrasyona karşılık gelir.
    3. Adım 4.2.1'de gıda numunelerinin sindirimi için kullanılanla aynı hacimde ağırlıkça %68HNO3 ve ağırlıkça %30H2O2kullanarak boş bir numune hazırlayın. Boş bir numune için, numuneyi reaksiyon kaplarına eklemeyin.
      DİKKAT: Sindirim için kullanılanHNO3 aşındırıcıdır ve duman üretir. Bu nedenle çeker ocakta mutlaka asit ilavesi yapılmalıdır. Standart laboratuvar koruyucu ekipman kullanılmalıdır (eldivenler, koruyucu gözlükler ve laboratuvar önlüğü). Asitle temas varsa, etkilenen bölge derhal soğuk su akışı altında durulanmalı ve tıbbi yardım alınmalıdır.
  3. Kapak kapağını reaksiyon kaplarının üzerine yerleştirin ve numunelerin ağırlıkça %68HNO3 ve ağırlıkça %30H2O2ile 2-3 dakika reaksiyona girmesine izin verin.
  4. İplik kapağını kap üzerine vidalayın ve kapak kapaklarını sıkın.
  5. Numuneleri kimyasallara tam olarak dahil etmek için hafif el hareketlerini kullanarak reaksiyon kabını sallayın.
    NOT: Numuneleri reaksiyon kaplarının duvarlarında veya kapaklarında bırakmayın, çünkü tamamen sindirilmeme ihtimalleri vardır.

5. Mikrodalga destekli ıslak asitle sindirim

  1. Başlat düğmesine basarak asitle parçalama için mikrodalga sistemini açın (Malzeme Tablosuna bakın) (Şekil 4).
  2. Mikrodalga fırın kapağını açın ve rafı çıkarın.
  3. Numunelerin mikrodalgalarla eşit şekilde ışınlanmasını sağlamak için kapalı reaksiyon kaplarını rafa simetrik olarak dağıtın.
  4. Rafı mikrodalga haznesine yerleştirin ve bir tutucuya monte edin (Şekil 5).
  5. Mikrodalga fırının kapağını kapatın.
  6. Kalem şeklinde bir alet kullanarak mikrodalga fırının dokunmatik ekranında uygun bir sindirim programı ayarlayın. Uygun bir sıcaklık gradyanı, son sıcaklık ve sindirilecek numune sayısını seçin. Farklı gıda örnekleri için önerilen sindirim programı aşağıda listelenmiştir:
    1. Brokoli, mantar, sosis ve erişte: 10 dakika artışla 160 °C'ye, 10 dakika artışla 200 °C'ye, 200 °C'de 15 dakika, maksimum güç 900 W.
  7. Sindirim programını başlatın ve reaksiyon koşullarındaki değişimi ekranda izleyin. Sıcaklık öngörülen programa göre artmazsa sindirim işlemini durdurun.
    NOT: Sindirim sırasında mikrodalga fırın ekranında ani sıcaklık artışları görülebilir. Numuneler kimyasallarla ekzotermik reaksiyona girdiğinde ortaya çıkarlar. Mikrodalga sistemi, çıkış gücünü ayarlayarak sıcaklığı otomatik olarak düzenleyecektir.
  8. Mikrodalga destekli parçalama tamamlanana ve numunenin sıcaklığı düşene kadar bekleyin.
  9. Mikrodalga fırın kapağını açın ve rafı mikrodalga fırın haznesinden çıkarın. Kapıyı kapatın ve cihazı kapatın.
  10. Reaksiyon kaplarını raftan çıkarın ve oda sıcaklığına soğumalarını bekleyin.
  11. Asitle sindirim sırasında oluşan gazları serbest bırakmak için kapak kapaklarını manuel olarak yavaşça açın. Reaksiyon kaplarını çeker ocak yönünde çevirin (Şekil 6).
  12. Kapağı tamamen çıkarın ve reaksiyon kabının kapağını ve duvarlarını az miktarda ultra saf suyla durulayın.
  13. Kapağın ve reaksiyon kabının ultra saf su ile tekrar tekrar durulanmasıyla, reaksiyon kabının içeriğini bir cam huniden temiz bir 25 mL cam hacimsel şişeye kantitatif olarak aktarın.
  14. Numuneyi hacimsel şişenin işaretine kadar ultra saf suyla seyreltin. Hacimsel şişeyi bir tıpa ile kapatın ve hacimsel şişenin içeriğini karıştırın.
    NOT: Sindirilmiş numunelerin ultra saf su ile daha fazla seyreltilmesi, %5'ten (V/V) daha az kalıntı asit34 ve toplam çözünmüşkatılar 35 olarak da adlandırılan 2 g/L'den az çözünmüş element içermeleri gerektiğinden yapılmalıdır.
  15. 20 mL'lik bir plastik şırınga alın ve bir poliamid şırınga filtresine (25 mm çap, 0,20 μm gözenek boyutu) bağlayın. Plastik şırıngayı seyreltilmiş numune ile doldurun ve içeriğini basınç uygulayarak 50 mL'lik bir plastik santrifüj tüpüne süzün. Herhangi bir çapraz kontaminasyonu önlemek için her numune için yeni bir plastik şırınga ve şırınga filtresi kullanın.
    NOT: MAWD'den sonra sindirilmemiş kalabilecek çözünmeyen maddeleri veya katı parçacıkları uzaklaştırmak için numunelerin filtrelenmesi gerekir. Bu parçacıklar, alet bileşenlerini tıkayarak element belirleme ölçümlerine müdahale edebilir. Numuneleri filtrelerken, ilk birkaç damlayı attığınızdan emin olun. Sulu çözeltiler için hidrofilik filtreler (poliamidden yapılmış) kullanın. Hidrofobik filtreler (PTFE), membran yırtılmasına neden olabilecek daha yüksek bir basınç gerektirdiğinden sulu çözeltilerin filtrasyonu için uygun değildir36.
  16. 50 mL'lik plastik santrifüj tüpünü vidalı bir kapakla kapatın ve numuneyi ölçümler yapılana kadar buzdolabına koyun.
    NOT: Sindirilmiş numuneler, muhafaza edilmeleri ve saklama sürelerinin uzatılması için buzdolabında daha düşük sıcaklıklarda saklanır.

6. Reaksiyon kabı temizliği

  1. Sindirilmiş numuneler 50 mL'lik hacimsel şişelere aktarıldıktan sonra, reaksiyon kaplarına ağırlıkça 5,0 mL %68 HNO3 ve 5,0 mL otomatik pipetlerle 5,0 mL ultra saf su ekleyin.
  2. Reaksiyon kaplarını kapak kapaklarıyla kapatın ve rafa yerleştirin. Rafı mikrodalga fırın haznesine aktarın.
  3. Aşağıdaki mikrodalga programını uygulayın: 15 dakika artışla 160 °C'ye, 10 dakika artışla 180 °C'ye, maksimum güç 900 W.
  4. Isıtma sırasında reaksiyon koşullarını izleyin. Isıtma tamamlandıktan sonra reaksiyon kaplarının soğumasını bekleyin.
  5. Mikrodalga fırını açın, reaksiyon kaplarını raftan çıkarın ve çeker ocakta yavaşça açın.
  6. Reaksiyon kaplarının içeriğini plastik atık kaplarına atın.
  7. Fazla malzeme veya kimyasalları çıkarmak için reaksiyon kaplarını ultra saf suyla durulayın.
  8. Bir sonraki kullanımdan önce reaksiyon kaplarını kurutucuda 105 °C'de kurutun.
    NOT: Numunelerin asitle parçalanması için kullanılan aynı mikrodalga prosedürü (zaman, güç, sıcaklık gradyanı ve kimyasalların hacmi), reaksiyon kaplarının temizlenmesi için kullanılabilir. Alternatif olarak, reaksiyon kapları mikrodalga sistemi olmadan konsantre HNO3 veya HCl'ye birkaç saat daldırılarak ve ultra saf su ile durulanarak temizlenebilir.

7. ICP-MS ile çok elemanlı belirleme

  1. Sindirilmiş numuneleri içeren 50 mL'lik plastik santrifüj tüplerini buzdolabından alın ve oda sıcaklığına ısınmalarını bekleyin.
  2. Sindirilmiş numunedeki asit konsantrasyonunu azaltmak ve numune matrisinin bileşeninin konsantrasyonunu azaltmak için numuneleri 10 faktörü ile seyreltin. Otomatik bir pipet kullanarak, numunenin 2,50 mL'sini 25 mL'lik bir cam hacimsel şişeye aktarın ve ardından işarete kadar ultra saf suyla doldurun.
  3. Seyreltilmiş numuneleri 15 mL'lik plastik tüplere aktarın ve otomatik numune alma cihazında uygun konumlara yerleştirin.
  4. Ölçümler için ICP-MS cihazını ( Malzeme Tablosuna bakın) hazırlayın:
    1. Havalandırmayı ve ICP-MS'ye soğutma suyu sağlayan ve bileşenlerini soğutan soğutucuyu açın.
    2. Durulama solüsyonunun (ağırlıkça %1 HNO3) otomatik numune alma cihazından ICP-MS'ye titreşimsiz olarak sürekli akmasını sağlamak için uyumlu yazılımı kullanın.
    3. ICP-MS'ye her iki gazı da beslemek için Ar (%99,999 saflık) ve He (%99,999 saflık) gaz tüplerini açın. Yazılımdaki gaz akışını kontrol edin ve gerekirse ayarlayın.
      NOT: Çok atomlu iyonların oluşumu nedeniyle spektral girişimler beklendiğinde He gazı ile çarpışma hücresi kullanın (örneğin, 40Ar16O+ 56Fe ile etkileşime giriyor+)37.
    4. Plazmayı başlatın ve akort solüsyonunu kullanarak cihazı kalibre edin (bkz. Malzeme Tablosu).
    5. Cihaz kalibre edildikten sonra (torç konumu, kazanç voltajı, lens voltajı, kütle/çözünürlük, darbe/analog (P/A) kalibrasyonu, veritabanı (DB) kalibrasyonu ve doğrulama), istediğiniz ölçüm yöntemini seçin ve ölçümleri gerçekleştirin.
  5. Bilinmeyen numunelerle çalışırken, numunede hangi elementlerin bulunduğu ve bunların yaklaşık konsantrasyonları hakkında bilgi edinmek için yarı kantitatif bir belirleme yapın.
    NOT: Dedektörlerin bir kerede tespit edebilecekleri elementlerin konsantrasyonunun bir sınırı olduğundan, yarı kantitatif belirleme için numunelerin ek olarak seyreltilmesi tavsiye edilir. Daha düşük numune konsantrasyonları, cihaz bileşenlerinin ömrünü uzatabilir.
  6. Numunelerdeki elementlerin yaklaşık konsantrasyonlarına ilişkin verileri elde ettikten sonra, yazılımda kantitatif element tayini için bir yöntem oluşturun. ICP-MS'nin çalışma koşullarını seçin (Tablo 1) ve istenen elemanları seçin (mevcut durumda Cu, Fe, Mn ve Zn). Bir kalibrasyon eğrisi (bazen analitik eğri veya çalışma eğrisi olarak anılır) oluşturmak için gereken standardın çözeltilerinin sayısını ve konsantrasyonlarını belirleyin (Tablo 1).
    NOT: Kalibrasyon eğrisi için kalibrasyon noktaları olarak en az altı farklı konsantrasyon hazırlayın.
  7. Kalibrasyon eğrisi için standart çözeltiler hazırlayın. Otomatik pipetler kullanarak, aşağıdaki konsantrasyonlara sahip standart çözeltiler hazırlamak için gerekli hacimde 100 mg/L çok elemanlı standart çözeltileri 25 mL cam hacimsel şişelere pipetleyin: 1,0 μg/L, 2,5 μg/L, 5,0 μg/L, 10,0 μg/L, 20,0 μg/L, 30,0 μg/L, 40,0 μg/L ve 50,0 μg/L. Şişeleri ağırlıkça %1 HNO3 ile işarete kadar doldurun. Ek olarak, ağırlıkça %1 HNO3 solüsyonunu kullanarak bir kalibrasyon boşluğu hazırlayın.
  8. Hazırlanan standart ve numune çözeltilerini 15 mL'lik plastik tüplere aktarın, bunları otomatik numune alma cihazına yerleştirin ve adım 7.4'te açıklanan prosedürü izleyerek cihazı çalıştırın.
  9. Kalibrasyon eğrisi metodolojisini kullanarak seçilen elemanların kantitatif ölçümünü gerçekleştirin.
  10. Ölçümler tamamlandıktan sonra plazmayı kapatın, Ar ve He gaz kaynaklarını kapatın, ICP-MS soğutucuyu kapatın ve havalandırma sistemini kapatın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Homojenizasyon
Tüm numuneler, nemi ortadan kaldırmak için laboratuvar kurutucusu ile sabit bir kütleye kurutuldu. Numunenin bir desikatöre aktarılması, çevredeki ortamdan nemi bağlamadan oda sıcaklığına soğumasını sağladı. Gıda numuneleri daha sonra ince bir toz elde etmek için laboratuvar karıştırıcısı kullanılarak homojenize edildi. Elde edilen homojenize partiküller boyut olarak tekdüze ve eşit olarak dağılmıştı, bu da asit sindirimi için kullanılan alt numunelerin (daha büyük bir numuneden alınan numuneler) temsili olmasını sağlıyordu. Numuneler, daha yüksek yağ içeriği nedeniyle çıkarılması daha zor olan kurutulmuş et numunesi dışında, plastik bir spatula yardımıyla mikser kabından kolayca çıkarılabilirdi. Daha yüksek yağ içeriği, numunenin mikser kabının cam duvarlarına kısmen yapışmasını sağlamıştır. Taze, kurutulmuş ve homojenize edilmiş numunelerin karşılaştırılması Şekil 2'de verilmiştir.

Mikserde kalan tüm yiyecek parçacıklarını ortadan kaldırmak için cihazın bileşenlerinin ultra saf suyla defalarca temizlenmesi gerekiyordu.

Numunenin tartılan kütlesinin, reaksiyon kaplarında izin verilen maksimum değeri aşmamasını sağlamak önemlidir. Tartım, sabit bir sıcaklıkta analitik bir terazi kullanılarak gerçekleştirildi ve metal spatulalardan kaynaklanabilecek metallerle kontaminasyonu önlemek için plastik bir spatula kullanıldı.

Asit sindirimi
Protokolde kullanılan tüm örnekler, çeşitli miktarlarda karbonhidrat, protein ve yağ içeren gıda örnekleriydi. HNO3, H2O2ile kombinasyon halinde, bu moleküllerin sindirimi için uygundur ve diğer kimyasallara gerek yoktur. HNO3 duman oluşturduğundan kimyasallar bir çeker ocakta işlendi. Kimyasallar TFM-PTFE reaksiyon kaplarına eklendikten sonra, reaksiyon kaplarının üstüne kapak kapakları monte edildi ve olası kontaminasyonu ve analit kaybını önlemek için iyice kapatıldı. Reaksiyon kapları, mikrodalga sistemi içinde homojen mikrodalga ışınlaması sağlamak için rafa simetrik olarak dağıtıldı.

Asitle sindirim sırasında mikrodalga sisteminin kapısı kapalıydı ve protokol bitene kadar kapı açılamadı. Asitle sindirimin tüm süreci, zamanla sıcaklık değişimini gösteren cihazın ekranında izlenebilir (Şekil 7).

Asitle parçalama tamamlandıktan ve sindirilmiş numunelerin çözeltileri oda sıcaklığına soğuduktan sonra, reaksiyon kapları çeker ocakta açıldı. Mümkün olduğunca yavaş açıldılar. Basınç çok hızlı bir şekilde serbest bırakılırsa, reaksiyon karışımının küçük damlacıkları bile kaçabilir ve bu da analit kaybına neden olabilir. Reaksiyon kapları açıldığında, sarı veya sarı-turuncu bir gaz açığa çıktı (Şekil 8). Dumanların renklenmesi, daha yüksek sıcaklıklarda turuncu dumanlar oluşturanNO2'ye bağlanabilir. Reaksiyon kaplarındaki basınç artışı, gıda numunelerininHNO3 ile oksidasyonundan kaynaklanıyordu ve bu daCO2,H2O, NO, vb. gibi gazların oluşumuna neden oldu. Reaksiyon kaplarının gazı alındıktan sonra, sindirilmiş numunenin açık sarı veya renksiz bir çözeltisi reaksiyon kabında kaldı, bu da MAWD ile toplam asit sindiriminin sağlandığını gösterir. Bu, çözeltide kalan görünür parçacıkların yokluğu ile daha da doğrulandı.

Numune hazırlamanın son adımı, artık asitliği (RA) azaltmak için sindirilmiş numunelerin ultra saf su ile seyreltilmesini içeriyordu. Yüksek RA değerleri, arka plan sinyalini artırarak ölçümlere müdahale eder. Seyreltme ayrıca sıvı numunedeki metal iyonlarının konsantrasyonunu da azaltır26. Sindirilmiş numunelerin çözeltisini hacimsel şişelere aktarırken, reaksiyon kabının bileşenleri, analiti tamamen aktarmak için ultra saf su ile iyice durulandı. Ortaya çıkan bir sorun, ilgilenilen analiti içerebilen küçük ultra saf su damlalarının reaksiyon kaplarının duvarlarına yapışmasıdır. Ultra saf su ile 25 mL işaretine kadar seyreltildikten sonra, tüm numuneler renksiz hale geldi. Sindirilmiş numunelerin nihai çözeltileri, numunede bulunan metal elementler yüksek oranda çözünür nitratlar oluşturmak üzereHNO3 ile reaksiyona girdiğinden, suda çözünür tuzlar içeriyordu. Element analiz teknikleri, suda çözünür tuzları oluşturan metal iyonlarını belirleyebilir. Seyreltilmiş çözeltileri filtrelerken, herhangi bir partikül veya kirleticinin uzaklaştırılmasını sağlamak için ilk birkaç damlayı atmak önemlidir. Filtrasyondan sonra, herhangi bir sızıntıyı önlemek için çözeltiler sıkıca kapatıldı ve ardından buzdolabında saklandı.

Asitle parçalama prosedürünün ana sınırlaması, numune verimidir. MAWD sistemi bir seferde yalnızca sınırlı sayıda numuneyi sindirebilir. Ek olarak, her bir parçalama ve müteakip numune hazırlama adımının tamamlanması birkaç saat sürebilir. Ayrıca, reaksiyon kabı temizliği de zaman alıcıdır, ancak numuneler arasında çapraz kontaminasyon riskini en aza indirmek çok önemlidir.

ICP-MS ile çok elemanlı tayin
Her eleman için bir kalibrasyon eğrisi oluşturuldu. Analit konsantrasyonlarının bir fonksiyonu olarak yoğunluğun çizilmesiyle elde edildiler (Şekil 9). Ölçülen tüm elementler için doğrusal konsantrasyon aralıkları 1.0 μg/L ila 50.0 μg/L aralığındaydı.

Her eleman için LOD ve LOQ, sırasıyla Denklem 1 ve Denklem 2 kullanılarak hesaplandı. Her iki denklemde de, sboşluğu, kalibrasyon boşluğunun çeşitli ölçümlerinin standart sapmasını temsil eder (10 tekrar)38,39, b1 ise kalibrasyon eğrisinin eğimini temsil eder.

Equation 1(1)

Equation 2(2)

Elde edilen LOD'ler Mn, Cu, Fe ve Zn için sırasıyla 0.5 ng/L, 2.8 ng/L, 2.8 ng/L ve 3.2 ng/L idi. Elde edilen LOQ'lar Mn, Cu, Fe ve Zn için sırasıyla 1.6 ng/L, 9.2 ng/L, 9.5 ng/L ve 10.8 ng/L idi.

Her numunenin altı kopya sindirimi gerçekleştirildi. Her numunenin üç tekrarlı sindirimi, numuneyi standart çözeltilerle dikmeden gerçekleştirildi ve tüm metodolojinin doğruluğunu (spike geri kazanım testi40) ve kesinliğini test etmek için bilinen miktarda analit standardının bir çözeltisinin eklenmesiyle üç tekrarlı çürütme gerçekleştirildi. Çürütme prosedüründen önce doğruluğun belirlenmesi için, numuneyi içeren reaksiyon kaplarına 37,5 μL 100 mg/L ICP çok elementli standart çözelti pipetlendi, bu da 10 kat seyreltilmiş çivili numunelerde 15,0 μg/L'lik bir konsantrasyon artışına neden oldu. Bu aynı zamanda ölçülen her metal iyonu için numunenin gramı başına 15.0 μg'lık bir artışa karşılık geldi. Doğruluk ve kesinlik sırasıyla Rec ve bağıl standart sapma (RSD) kullanılarak belirlendi.

Analitik bir yöntemin doğruluğu, ani artış kurtarma testi ile değerlendirilebilir. Bu amaçla, numuneye bilinen miktarda analit standardında bir çözelti eklenir ve bu çözelti daha sonra çivilenmemiş numunelerle aynı reaksiyon koşulları altında sindirilir41. Rec, Denklem 3 kullanılarak hesaplanır, burada γi, sindirimden sonra çivili numunelerin ölçülen konsantrasyonudur, γt ise analit standardının eklenen çözeltisinin artışı dikkate alınarak çivisiz numunenin belirlenen konsantrasyonunu temsil eder. i ve γt γ, üç kopyanın ortalamalarıdır. Rec %80.00-120.00%42 aralığında olduğunda analitik yöntemin doğru olduğu kabul edilir.

Equation 3(3)

Analitik bir yöntemin kesinliği RSD ile değerlendirilir. Birkaç tekrarlanan ölçümle elde edilen bağımsız sonuçlar arasındaki anlaşmanın yakınlığını açıklar. RSD, Denklem 4 kullanılarak hesaplanır, burada sm , konsantrasyon tayini için tekrarlanan ölçümlerin standart sapmasını temsil ederken, belirlenen konsantrasyonların ortalama değerini temsil eder Equation 4 . RSD değeri %20.00'den düşükse43 analitik yöntem kesin kabul edilir.

Equation 5(4)

Tüm numuneler, ICP-MS ölçümlerinden önce (ilk ölçüm seti için) 10 kat ultra saf su ile seyreltildi. Seyreltme, analizöre eklenen matris bileşenlerinin konsantrasyonunu azalttı. Ayrıca, numuneyi seyrelterek RA azalır. Yüksek bir RA, plazma iyonizasyon verimliliğini tehlikeye atabilir veya matris parazit sorunlarına neden olabilir. İlk ölçüm setinden sonra analitlerin konsantrasyonu LOQ'dan düşükse, seyreltme faktörü 10'dan düşük olmalıdır. Metal iyonlarının miktar tayini, bir kalibrasyon eğrisi kullanılarak gerçekleştirildi. Hesaplanan sonuçların değerleri, kalibrasyon için kullanılan standardın çözümü ile aynı hassasiyete (aynı sayıda anlamlı rakam) sahip olmalıdır. Numunedeki metal iyonlarının içeriği, gram ağırlık başına μg (μg/g) olarak ifade edildi. Bu, orijinal sindirilmiş numunedeki konsantrasyonu elde etmek için analiz edilen numunenin ölçülen kütle konsantrasyonunun seyreltme faktörü ile çarpılmasıyla elde edildi. Bu kütle konsantrasyonu daha sonra sindirilmiş numunenin hacmi (25 mL) ile çarpıldı ve daha sonra homojenize edilmiş numunenin ilk tartılan kütlesine bölündü (ilk ağırlıklı kütle, MAWD için reaksiyon kabına ağırlıklandırılan numunenin kütlesidir). Tüm değerler ortalama üç yineleme olarak raporlanır.

Aşağıdaki elementlerin rapor edilen içeriği ± sm olarak Equation 4 verilmiştir. Brokoli örneğindeki Cu, Mn ve Zn içeriği sırasıyla 5.9 ± 0.5 μg/g, 32.5 ± 2.7 μg/g ve 42.8 ± 0.2 μg/g idi. Brokoli numunelerinde belirlenen Fe kütle konsantrasyonu, kalibrasyon eğrisinin doğrusal konsantrasyon aralığının üst sınırını aştı (yani, 50.0 μg/L). Böylece, numunenin çözeltisi ultra saf su ile 2 kat seyreltildi ve bu çözeltinin ICP-MS ölçümü yapıldı. Sonuçlar, brokolinin 63.0 ± 1.9 μg/g Fe içerdiğini gösterdi.

Mantar için Zn, Fe, Cu ve Mn içeriği sırasıyla 35.6 ± 1.4 μg/g, 30.4 ± 1.3 μg/g, 18.5 ± 1.0 μg/g ve 5.4 ± 0.3 μg/g idi. Sosisler 42.2 ± 0.9 μg/g Fe, 25.1 ± 2.6 μg/g Zn ve 1.0 ± 0.1 μg/g Cu içeriyordu. 10 kez seyreltilmiş sindirilmiş çözeltinin ICP-MS ile çok elementli tayini, Mn konsantrasyonunun doğrusal konsantrasyon aralığının alt sınırından (yani 1.0 μg/L) daha düşük olduğunu gösterdi. Böylece, sosis numunesinin orijinal çözeltisi sadece 5 faktörü ile seyreltildi ve ICP-MS ile çok elementli tayin tekrarlandı. Sosis örneklerinde Mn içeriği 0.9 ± 0.3 μg/g olarak belirlenmiştir. Erişte 5.4 ± 2.8 μg/g Zn, 10.3 ± 1.2 μg/g Fe, 1.6 ± 0.3 μg/g Cu ve 7.5 ± 0.2 μg/g Mn içeriyordu.

Dört numunenin hepsinde ölçülen tüm analitler için Rec, analitik yöntemin doğruluğunu gösteren %80.00-%120.00 aralığındaydı. Hesaplamalar, erişte örneklerinde Zn için RSD dışında, RSD değerleri %20.00'nin altında olduğu için analitik yöntemin kesin olduğunu gösterdi. Sonuçlar Tablo 2'de rapor edilmiştir.

Figure 1
Şekil 1: Gıda numunelerinin homojenizasyonu için kullanılan laboratuvar karıştırıcısı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Taze, kurutulmuş ve homojenize edilmiş numunelerin karşılaştırılması. (A-D) Taze brokoli, mantar, sosis ve erişte örnekleri. (EH) kurutulmuş brokoli, mantar, sosis ve erişte örnekleri. (I-L) homojenize edilmiş brokoli, mantar, sosis ve erişte örnekleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Numunenin analitik terazide tartılması. Bu, üst kanat açılarak yukarıdan gerçekleştirilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Mikrodalga sistemi. Reaksiyon koşullarını seçmek ve asitle parçalama sürecini izlemek için yan dokunmatik ekranlı asitle parçalama için mikrodalga sistemi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: Mikrodalga destekli asitle parçalama için kullanılan bileşenler. (A) Mikrodalga fırın haznesi içinde asitle sindirim için 14 reaksiyon kabı bulunan raf. (B) TMM-PTFE reaksiyon kapları 3 parçadan oluşur. Kaplar kapaklarla kapatıldıktan sonra, ne numune ne de gazlar reaksiyon kaplarından kaçamaz veya reaksiyon kaplarına giremez. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: Çeker ocakta açıldığında reaksiyon kaplarının iç kısmı. (A) Dumanların sarı-turuncu renklenmesi, asit sindirimi sırasında üretilenNO2'den kaynaklanmaktadır. (B) Gazların çoğu reaksiyon kabından çıktıktan sonra sindirilmiş numunenin çözeltisinin sarı rengi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: Sıcaklığın zamanla değişimi. MAWD ile asit sindirimi sırasında sıcaklık değişimini zamanın bir fonksiyonu olarak gösteren bir grafik. T2 reaksiyon kapları içindeki reaksiyon karışımının sıcaklığını ifade eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 8
Şekil 8: Sarı-turuncu gazların açığa çıktığı çeker ocak altındaki reaksiyon kaplarının açılması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 9
Şekil 9: Mn için bir kalibrasyon eğrisi örneği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 10
Şekil 10: Çok elemanlı belirleme için kullanılan ICP-MS cihazı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tablo 1: ICP-MS cihazının çalışma koşulları. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Tablo 2: Brokoli, mantar, sosis ve eriştelerin rec ve RSD değerleri. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Homojenizasyon
Element tayininde tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için, karmaşık ve homojen olmayan yapıları ve bileşimleri nedeniyle asitle parçalamadan önce numunelerin homojenize edilmesi gerekir. Homojenleştirme, yapısal ve dağılımsal heterojenliği ortadan kaldırmayı amaçlar. Numunenin karıştırılması, bileşenleri numune boyunca eşit olarak yeniden dağıtarak dağılım heterojenliğini en aza indirir. Benzer şekilde, parçacık boyutunun tek tip bir boyuta indirilmesiyle, yapısal heterojenlikazaltılır 44. Homojenattan elde edilen alt numunelerin, temsili olması için orijinal numune ile aynı oranda bileşen içermesi gerekir45.

Homojenizasyon, numuneyi daha küçük parçacıklara46 ayırmak için bir kuvvet uygulanarak elde edilir. Numuneler kesme, doğrama, kesme, ezme, öğütme veya karıştırma yoluyla homojenize edilebilir. Bununla birlikte, uygun yöntem, numunenin sertlik derecesini, kırılganlığını, aşındırıcılığını, elastikiyetini, şeklini ve homojenizatörün bileşenleri yöntemine47 yapışma kapasitesini dikkate almalıdır.

Numune, bir havaneli ve harçla manuel olarak ezilebilir veya çeşitli değirmenlerde (bıçaklı değirmen, kesme değirmeni, bilyalı değirmen, mikser değirmeni vb.) ve diğer homojenizatör formlarındaöğütülebilir 48. Seramik veya metal bıçaklı küçük laboratuvar boyutlu karıştırıcılar, numuneyi parçalayarak ve aynı anda karıştırarak partikül boyutunu hızla küçülttüğü için homojenizasyon için yaygın olarak kullanılır. Numunelerin daha küçük homojen parçacıklar halinde öğütülmesi, spesifik yüzey alanını arttırır ve bu da MAWD ile asit sindirimini hızlandırır.

Bununla birlikte, taşlama sırasında aşınma nedeniyle herhangi bir kirlenmeyi önlemek için özen gösterilmelidir. Numuneler, asitle çürütüldükten sonra belirlenecek elementlerle aynı metalleri içeren bıçaklarla homojenize edilmemelidir. Sonuç olarak, seramik bıçaklar metal bıçaklara kıyasla daha sık kullanılır. Homojenizasyon, genellikle uygun olmayan şekilde temizlenmiş envanter ve cihaz bileşenlerinden kaynaklanan çapraz kontaminasyona katkıda bulunan önemli bir faktördür ve bu da sistematik hatalara neden olur. Kullanımdan sonra, mikserin her bir bileşeni iyice temizlenmeli ve ultra saf su ile yıkanmalıdır.

Kriyojenik öğütme, parçalanması daha zor olan numuneleri homojenleştirirken kullanılır. Numune, sıvı nitrojen (-196 °C'ye sahip) kullanılarak dondurulur, bu da onu kırılgan hale getirir vehomojenize edilmesini kolaylaştırır 49,50.

Asit sindirimi
Asit sindirim prosedürlerinde en sık kullanılan oksitleyici asitlerden biriHNO3'tür. Genellikle asidin oksitleyici gücünü artıran ve böylece sindirim verimliliğini artıran düşük miktarda H2O2ile birlikte kullanılır20. Bu iki kimyasalın bir karışımı, gıda örnekleri de dahil olmak üzere organik örneklerin sindirimi için sıklıkla kullanılır51. MAWD'de organik numunelerin sindirimi, atmosferik basınçta27 HNO3 azeotropunun kaynama noktasını (121 °C) aşan yüksek basınç ve sıcaklıklarda gerçekleştirilir. MAWD'de basınç 5 atm27'ye yükseltildiğindeHNO3'ün kaynama noktası 176 °C'ye yükselir. MAWD'de asitle çürütmenin gerçekleştirildiği sıcaklık, açık sistemlerde elde edilemez çünküHNO3 buharlaşarak asitle çürütmenin verimliliğini azaltır.

MAWD ile kapalı kaplarda sindirim sırasında,HNO3, zorlu reaksiyon koşulları altında organik numune ile reaksiyona girerek CO2, H2O ve NO gibi gaz halindeki ürünler oluşturur (Denklem 5)52,53. Kapalı reaksiyon kapları kullanmanın yararı,HNO3 sürekli olarak yenilendiğinden, sindirim için gereken asidin daha düşük hacmi ve konsantrasyonudur. Bu rejenerasyon işlemi, reaksiyon kabındaO2 mevcut olduğu sürece gerçekleşir. O2'nin birincil kaynağı, termal olarak kararsız olan ve H2O ve O2'ye ayrılanH2O2'dir(Denklem 6). Reaksiyon kabında NO, Oile reaksiyona girer2 NOoluşturmak için 2 (Denklem 7). Oluşan NO2 daha sonra H2O'da çözülür veHNO3 veHNO2 oluşumuna neden olur (Denklem 8). ÜretilenHNO2 daha sonraH2O,NO2 ve NO'ya (Denklem 9) bozunur ve rejenerasyon mekanizmasını53,54 tamamlar. Yeni oluşan NO ve NO2 daha sonra yukarıda belirtilen işlemlerle reaksiyona girer.

Equation 6(5)

Burada n, karbon atomlarının sayısını temsil eder.

Equation 7(6)

Equation 8(7)

Equation 9(8)

Equation 10(9)

Organik numunelerHNO3 ile reaksiyona girdiğinde, kimyasal yapılarında bulunan metaller suda çözünür nitratlaroluşturacaktır 55. MAWD, katıları sıvıya dönüştürmeyi amaçladığından, suda çözünür tuzların oluşumu istenir.

Farklı numuneler için, numune bileşiminin karmaşıklığı nedeniyle farklı asit kombinasyonları kullanılabilir. Daha az kolay bozunabilen organik ve özellikle inorganik numuneler sadeceHNO3 ile çözülemediğinden, HCl, HF, HClO4 ve H2S04 gibi diğer asitler de kullanılmaktadır21,56.

Yüksek sıcaklıklarda oksitlenmeyen HCl, karbonatlar, fosfatlar, oksitler, boratlar, sülfürler ve florürler gibi tuzların sindirimi için kullanılır28,55. HCl,HNO3 ile 3:1'lik bir molar oranda birleştirildiğinde, nitrosil klorür (NOCl), Cl2ve H2Ooluşumu nedeniyle tek başına HCl veHNO3'e kıyasla oksitleme yeteneklerini artıran aqua regia oluşur (Denklem 10)57. Aqua regia, Au, Pt, Pd28 gibi asil metalleri çözebilir.

Equation 11(10)

Silikatların sindirimi için HF, Si ve O arasındaki güçlü bağları kopardığı için sıklıkla kullanılır. HF, silikat numuneleri (mineraller, toprak) ile etkileşime girdiğinde, heksaflorosilisik asit (H2SiF6) oluşur (Denklem 11)19,58. Bununla birlikte, HF'nin silikatları sindirme kabiliyetine rağmen, çözünmeyen florür tuzlarının6 oluşumu, ağır metaller19 ile uçucu ürünlerin oluşumu ve uçucu SiF427 dahil olmak üzere çeşitli dezavantajlar sergiler. Ayrıca HF, cam eşya ve kuvars reaksiyon kaplarını çözdüğü için kullanılamaz18.

Equation 12(11)

Asitle sindirim için reaksiyon kapları
MAWD'de kullanılan reaksiyon kapları, asitle sindirim sırasında yüksek sıcaklıklara ve yüksek basınçlara dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu reaksiyon kapları ayrıca iyi mikrodalga geçirgenliği sergiler ve mikrodalgaların emilmeden geçmesine izin verir20. Reaksiyon kaplarından geçen mikrodalgalar, polar oldukları için onları etkili bir şekilde emecek ve sonuç olarak numuneyi içeren çözeltiyi ısıtacak olan su moleküllerine ulaşacaktır59. Reaksiyon kaplarındaki sadece sıvı faz mikrodalga radyasyonunu emerken, gaz fazı emmez, bu da basınçta hafif bir artışla sıcaklıkta yüksek bir artışa neden olur18.

Kontaminasyonu ve analit kaybını en aza indirmek için, reaksiyon kapları hava geçirmez şekilde kapatılarak herhangi bir malzemenin kaçması veya kaplara girmesi önlenir.

Reaksiyon kapları için en yaygın kullanılan malzemeler sentetik politetrafloroetilen (PTFE), TFM olarak bilinen kopolimerize PTFE, perfloroalkoksi alkan (PFA) ve kuvars 52,60'tır. Bu malzemeler, HF'nin çözündüğü kuvars kapları hariç, asit sindiriminde kullanılan çoğu kimyasala karşı kimyasal olarak etkisizdir. Her deneyde yalnızca bir tip reaksiyon kabı kullanmak çok önemlidir, çünkü farklı tipte kapların kullanılması mikrodalga ısıtmaya maruz kaldığında farklı reaksiyon koşullarına neden olabilir. Daha düşük reaksiyon sıcaklıklarında PTFE, PFA ve TFM-PTFE reaksiyon kapları kullanılırken, 300 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda kuvars kapları önerilir52. Bunun nedeni, polimerlerin daha yüksek sıcaklıklarda bozulması ve ayrışmasıdır.

Asitle sindirimin etkinliğinin değerlendirilmesi
Asit sindiriminin verimliliğini değerlendirmenin birkaç yolu vardır. Çözeltinin rengi, numunenin tamamen veya kısmen sindiriminin gerçekleşip gerçekleşmediğini değerlendirmek için kullanılabilir. Genellikle, çözeltinin renksiz veya hafif sarı bir rengi, başarılı bir sindirimin bir göstergesidir, çözeltinin daha koyu sarı, turuncu, yeşil veya kahverengi rengi, sindirim işleminin başarısız olduğunu, yani kısmi sindirimin gerçekleştiği anlamına gelir61. Bazı durumlarda, sindirimden sonra reaksiyon karışımında sindirilmemiş organik veya inorganik partiküller bulunabilir ve numunenin element tayini için cihaza sokulabilmesi için filtrasyon gerektirir. Sindirilmemiş partiküllerin uzaklaştırılması, ICP-OES ve ICP-MS31 durumunda sistemin tıkanmasını ve plazma kararsızlığını önler.

Asitle parçalamanın verimliliği, artık karbon içeriği (RCC) ve RA ölçümleri yoluyla deneysel olarak da değerlendirilebilir. RCC, çözeltide kalan ve sindirim sırasında CO'ya dönüştürülmeyen organik karbon miktarını temsileder2 62. Spektral olmayan ve spektral girişimleri azaltmak için daha düşük bir RCC değeri tercih edilir (örneğin, 40Ar12C+) element tayininde63,64. RCC ölçümleri ICP-OES kullanılarak gerçekleştirilir. Karbon içeriği, 193.091 nm 65,66,67 emisyon dalga boyunda belirlenir. Asit sindiriminin etkinliği kimyasalların tüketimi ile ilgilidir. Ne kadar çok asit tüketilirse, o kadar düşük RCC değerleri belirlenecektir25.

Asit, numune ile reaksiyona girdiği için sindirim sırasında sürekli olarak tüketilir. Çoğu durumda, az miktarda asit reaksiyona girmeden kalır. RA miktarı, NaOH10 veya KOH 25,54 ile titrasyon ile belirlenebilir. Nihai sindirilen çözeltideki daha yüksek asit konsantrasyonu, ICP-MS25 ve ICP-OES68 gibi analitik tekniklerde arka plan sinyalini artırabileceğinden, daha düşük RA değerleri tercih edilir. Daha yüksek RA değerleri, sindirim için daha düşük başlangıç asit konsantrasyonunun kullanıldığını da gösterebilir69.

ICP-MS ile çok elemanlı tayin
ICP-MS birkaç bileşenden oluşur. Peristaltik pompa, numune çözeltisini otomatik numune alma cihazından nebülizöre pompalar. Sıvı numune daha sonra nebülizör tarafından Ar gazı ile karıştırılarak bir aerosole dönüştürülür. Daha sonra, püskürtme odası aerosol damlacıklarını filtreler, böylece en ince aerosol damlacık fraksiyonunun plazma70'e girmesine izin verir. Ar plazması, radyofrekans bobini tarafından torç içinde üretilir ve korunur, bu da yaklaşık 10.000 K70 sıcaklıkla sonuçlanır. Aerosol, Ar plazmasında atomize edilir ve iyonize edilir. İyonlar daha sonra arayüz boyunca yüksek vakum bölgesine doğru devam eder. İyon optiği, iyonları, He gazı akışının analitlerin ve çok atomlu iyonların monoatomik iyonlarıyla çarpıştığı çarpışma hücresi boyunca yönlendirir. Çok atomlu iyonlar aynı nominal kütleye sahip analitlerden daha büyük olduklarından, He ile daha sık çarpışırlar, daha fazla kinetik enerji kaybederler ve böylece verimli bir şekilde uzaklaştırılırlar71. Bir sonraki adımda, iyonlar kütle analizörüne ulaşır (mevcut durumda, dört kutuplu). Kütle analizöründe iyonlar, kütle-yük oranlarına (m/z)72 göre ayrılır. m/z ile ayrılmayı takiben, iyonlar dedektöre ulaşır (mevcut durumda, bir elektron çarpanı) (Şekil 10).

Kritik adımlar ve sınırlamalar
Protokol içinde birkaç kritik adım ve bazı sınırlamalar vardır. Prosese devam etmeden önce numunelerin tamamen kuru olduğundan emin olmak ve kontaminasyonu önlemek, homojenizasyonda çok önemli adımlardır. Kontaminasyonu önlemek için, analizin doğruluğunu etkileyebileceğinden, tüm süreç boyunca tüm cam eşyaların temiz tutulması için çaba gösterilmelidir73. Kontaminasyon durumunda, numune atılmalı ve hazırlama işlemi tekrarlanmalıdır, bu da zaman alıcı olabilir. Bu protokol, bu protokolde açıklanmayan diğer numunelere uygulanırken, bazı numuneler, numunede bulunan tüm metalleri tamamen çözmek için daha yüksek sıcaklıklar ve farklı kimyasallar gerektirebileceğinden, tam sindirim sağlanamayabilir. Asitle sindirim için, pahalı olabilen yüksek saflıkta kimyasallara ihtiyaç vardır. Yüksek saflıkta kimyasalların kullanılması, parazitlerin en aza indirilmesine yardımcı olarak ICP-MS tarafından gerçekleştirilen ölçümlerin güvenilirliğini, doğruluğunu ve hassasiyetini artırır. Numune hazırlama prosesi zaman alıcıdır ve preparat birkaç gün sürebileceğinden (kurutma, homojenizasyon, asitle parçalama) düşük numune verimine sahiptir ve bu da bir günde hazırlanabilecek numune sayısını sınırlar.

ICP-MS ile çok elemanlı tayin yapılırken spektral girişimlerle (poliatomik ve izobarik) karşılaşılabilir. Genellikle plazmada meydana gelen çok atomlu girişimler en az iki izotopu birleştirirken, izobarik girişimler, ölçülen analitlerle aynı m/z'ye sahip diğer elementlerin izotoplarını temsil eder74. Bu parazitleri ortadan kaldırmak (örneğin, bir çarpışma hücresi ile) önemlidir. Spektral girişimlere ek olarak, sonuçlar, ICP-MS cihazına numune girişi, aerosol damlacık boyutu dağılımı, plazma stabilitesi, arayüz yoluyla iyon taşınması vb.75'ten oluşan spektroskopik olmayan girişimlerden de etkilenir.

Burada açıklanan protokol, gıda numuneleri dışında başka uygulamalar için potansiyele sahiptir. Homojenizasyon ve asitle parçalama adımlarında küçük değişikliklerle, inorganik numunelerin, toprağın76, elektronik atıkların28 vb. hazırlanması için uyarlanabilir. Ayarlamalar, farklı kimyasalların kullanılmasını, hacimlerinin değiştirilmesini ve sindirim sıcaklığının farklı numune türlerine uyacak şekilde değiştirilmesini içerebilir. Ayrıca, teknoloji ve metodolojiler geliştikçe, protokole daha fazla iyileştirme ve otomasyon dahil edilebilir, bu da verimliliğini artırabilir ve genel numune hazırlama süresini azaltabilir.

Özetle, bu protokol, gıda numunelerinin bir laboratuvar mikserinde homojenizasyonunu, yüksek sıcaklık ve basınçta ağırlıkça %68HNO3 ve ağırlıkça %30H2O2 karışımı kullanılarak mikrodalga destekli ıslak asitle sindirimi ve ICP-MS ile element tayinini gösterir. Protokol, adım adım talimatlar sağladığından ve homojenizasyon, asit sindirimi ve element tayininin arkasındaki teoriyi açıkladığından, element tayini için numune hazırlama konusunda personeli eğitmek için kullanılabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Acknowledgments

Yazarlar, Slovenya Araştırma Ajansı'nın mali desteğini kabul etmektedir (Hibe No. P2-0414, P2-0118, J1-2470, NK-0001 ve J1-4416).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ar gas Messer 7440-37-1 Ar 5.0 gas (purity 99.999%).
AS-10 Autosampler system Shimadzu Autosampler connected to the ICP-MS, containing 68 ports for samples.
Automatic pipettes Sartorius 200 µL, 1 mL, and 5 mL automatic pipettes.
Balance XSE104 Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA Analytical balance scale with a maximum weighing mass of 120 g.
Ceramic knife Ceramic knife used for cutting fresh food samples.
Dessicator Glass desiccator with lumps of silica gel.
ETHOS LEAN Milestone, Sorisole, Italy Microwave system for wet acid digestion in closed 100 mL vessels made of TFM-PTFE.
Fume hood Laboratory fume hood with adjustable air flow.
Glass beakers RASOTHERM CarlRoth GmbH + Co.KG 50 mL, 250 mL glass beakers
Glass funnels Small glass funnels fitting into the neck of volumetric flasks.
He gas Messer 7440-59-7 He 5.0 gas (purity 99.999%).
Hydrogen peroxide ThermoFisher Scientific 7722-84-1 Hxdrogen peroxide 100 volumes 30 wt.% solution. Laboratory reagent grade.
ICP multi-element standard solution VIII Supelco 109492 100 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 2030 Shimadzu Inductively coupled plasma mass spectrometry system for multi-element analysis of digested samples.
ICP-MS Tuning Solution A CarlRoth GmbH + Co.KG 250 mL tuning solution containing 6 elements (Be, Bi, Ce, Co, In, Mn) in 1 % nitric acid.
KIMTECH Purple Nitrile gloves Kimberly-Clark GmbH Disposable Purple Nitrile gloves (S, M or L).
Laboratory coat Any available supplier /
Mixer B-400 BÜCHI Labortechnik AG, Flawil, Switzerland Laboratory mixer with ceramic blades.
Nitric acid ThermoFisher Scientific 7697-37-2 Nitric acid, trace analysis grade, 68 wt%, density 1.42, Primar Plus, For Trace Metal Analysis.
Plastic centrifuge tubes Isolab 50 mL plastic centrifuge tubes with screw caps, single use.
Plastic syringes Injekt B. Braun 2 pice, single use 20 mL syringes.
Plastic tubes for autosampler Shimadzu 046-00147-04 Plastic tubes for autosampler, 15 mL capacity, 16 mm diameter, 100 mm length.
Plastic waste containers Plastic 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.
Spatula Plastic spatula.
Sterilizator Instrumentaria ST 01/02 Instrumentaria Dryer with adjustable temperature.
Syringe filters CHROMAFIL Xtra 729212 Syringe filters with polypropylene housing and polyamide hydrophilic membrane. Membrane diameter 25 mm, membrane pore size 0.2 µm.
Ultrapure water ELGA Labwater, Veolia Water Technologies. Ultrapure water with a resistivity of 18.2 MΩcm, obtained with laboratory water purification system.
Volumetric flasks 25 mL glass volumetric flasks.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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, Á, Bódi, É, 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. Treatise on geochemistry (second edition). Holland, H. D., Turekian, K. K. , Elsevier, Oxford. 87-109 (2014).
  19. Ojeda, C. B., Rojas, F. S. Encyclopedia of analytical science (third edition). Worsfold, P., Poole, C., Townshend, A., Miró, M. , Academic Press, Oxford. 85-97 (2019).
  20. Bizzi, C. A., Nóbrega, J. A., Barin, J. S. Microwave-assisted sample preparation for trace element analysis. Flores, ÉM. dM. , Elsevier, Amsterdam. 179-204 (2014).
  21. Twyman, R. M. Encyclopedia of analytical science (second edition). Worsfold, P., Townshend, A., Poole, C. , Elsevier, Oxford. 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, ÉM. M. Microwave-assisted sample preparation for trace element analysis. Flores, ÉM. dM. , Elsevier, Amsterdam. 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. Cytiva. Membrane filtration: How to choose the appropriate filter material for every sample. , 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. , Elsevier. (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. , United Nations Publications. (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. Comprehensive sampling and sample preparation. Pawliszyn, J. , Academic Press, Oxford. 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. Handbook of food powders. Bhandari, B., Bansal, N., Zhang, M., Schuck, P. , Woodhead Publishing. 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, Elsevier. 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. Gray, P., Mindak, W., Cheng, J. 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. , 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. , CRC Press. (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. Elmer, P. The 30-minute guide to ICP-MS. Perkin Elmer, Shelton CT. , https://resources.perkinelmer.com/corporate/cmsresources/images/44-74849tch_icpmsthirtyminuteguide.pdf 1-8 (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).

Tags

Kimya Sayı 202 Homojenizasyon mikrodalga destekli yaş asitle parçalama numune hazırlama gıda numuneleri element tayini
ICP-MS ile Çok Elementli Tayin için Homojenizasyon ve Mikrodalga Destekli Islak Asitle Parçalama Kullanılarak Gıda Numunelerinin Hazırlanması
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rantaša, M., Majer, D.,… More

Rantaša, M., Majer, D., Finšgar, M. Preparation of Food Samples Using Homogenization and Microwave-Assisted Wet Acid Digestion for Multi-Element Determination with ICP-MS. J. Vis. Exp. (202), e65624, doi:10.3791/65624 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter