Waiting
Login processing...

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

Chemistry

تحضير عينات الطعام باستخدام التجانس وهضم الحمض الرطب بمساعدة الميكروويف لتحديد العناصر المتعددة باستخدام ICP-MS

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

Summary

يصف البروتوكول المقدم تجانس العينة باستخدام خلاط المختبر ، والهضم الحمضي لعينات الطعام باستخدام خليط من 68٪ بالوزن HNO3 و 30٪ بالوزن H2O2 عبر هضم الحمض الرطب بمساعدة الميكروويف ، والتحديد متعدد العناصر الذي يتم إجراؤه باستخدام مطياف كتلة البلازما المقترن بالحث.

Abstract

يعد تحضير العينة أمرا بالغ الأهمية لتحديد العناصر ، وتتوفر تقنيات مختلفة ، تتضمن إحداها التجانس متبوعا بهضم الحمض. مطلوب عناية خاصة أثناء التعامل مع العينات في مرحلة التحضير لإزالة أو تقليل التلوث المحتمل وفقدان التحليل. التجانس هو عملية تقلل في نفس الوقت من حجم الجسيمات وتوزع مكونات العينة بشكل موحد. بعد التجانس ، تخضع العينة للهضم الحمضي ، حيث يتم هضمها بالأحماض والمواد الكيميائية المساعدة في درجات حرارة مرتفعة ، مما يحول العينات الصلبة إلى حالة سائلة. في هذه العملية، تتفاعل الفلزات الموجودة في العينة الأصلية مع الأحماض لتكوين أملاح قابلة للذوبان في الماء. العينات المحضرة من خلال الهضم الحمضي مناسبة لتحليل العناصر باستخدام تقنيات مثل مطياف كتلة البلازما المقترن بالحث ، ومطياف الانبعاث البصري للبلازما المقترن بالحث ، والتحليل الطيفي للامتصاص الذري ، والطرق الكهروكيميائية ، والتقنيات التحليلية الأخرى. يفصل هذا العمل إعداد عينات الطعام لتحديد العناصر المتعددة باستخدام مطياف كتلة البلازما المقترن بالحث. يتضمن الإجراء خطوة بخطوة عملية التجانس باستخدام خلاط بحجم المختبر مع شفرات خزفية ، يليه هضم الحمض في أوعية مغلقة باستخدام هضم الحمض الرطب بمساعدة الميكروويف. يعمل خليط من 5.0 مل من 68 بالوزن٪ HNO3 و 1.0 مل من 30 بالوزن٪ H2O2 ككاشف مساعد. يقدم هذا الدليل شرحا للعمليات التي تنطوي عليها كلتا المرحلتين.

Introduction

تحليل العناصر هو عملية تحليلية لتحديد التركيب الأولي للعينات المختلفة. يمكن استخدامه للتحكم في تناول المعادن في أجسام البشر (خاصة المعادن الثقيلة1) لأن تركيزاتها العالية قد تسبب مشاكل صحية غير مرغوب فيها. المعادن الثقيلة هي أيضا واحدة من الملوثات البيئية الرئيسية ، وبالتالي ، فإن التحكم في وجودها في البيئة ضروري2. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام التحليل الأولي لتحديد المنشأ الجغرافي للمنتجات الغذائية3 والتحكم في جودة الموارد الغذائية والمائية4. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه لتحديد المغذيات الدقيقة والكبيرة في التربة5 ولاكتساب نظرة ثاقبة للعمليات الجيولوجية عبر التاريخ من خلال فحص التركيب الكيميائي للمعادن والرواسب6. كما أجريت دراسات لتحديد وجود معادن نادرة في النفايات الكهربائية والإلكترونية لمزيد من تجديد المعادن7 ، لتقييم نجاح العلاجات الدوائية8 ، وللتحقق من التركيب الأولي للغرسات المعدنية9.

يعد قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترن بالحث (ICP-MS) والتحليل الطيفي للانبعاث البصري للبلازما المقترن بالحث (ICP-OES) من التقنيات الشائعة الاستخدام للتحليل الأولي للعينات المختلفة10. وهي تسمح بالتحديد المتزامن لعناصر متعددة مع حدود الكشف (LOD) وحدود القياس الكمي (LOQ) منخفضة تصل إلى نانوغرام / لتر. بشكل عام ، يحتوي ICP-MS على قيم LOD أقل11 ونطاق تركيز خطي أوسع مقارنة ب ICP-OES12. التقنيات الأخرى لتحديد التركيب الأولي هي مطياف الانبعاث البصري للبلازما المستحثبالميكروويف 13 والعديد من المتغيرات في مطيافية الامتصاص الذري (AAS) ، بما في ذلك مطيافية الامتصاص الذري باللهب ، ومطياف الامتصاص الذري الكهروحراري2 ، ومطياف الامتصاص الذري للبخار البارد ، ومطياف الامتصاص الذري لتوليد الهيدريد14. علاوة على ذلك ، فإن تحديد العناصر مع انخفاض LOD و LOQ ممكن بطرق التحليل الكهربائي المختلفة ، خاصة مع قياس الفولتاميتري التجريديالأنودي 15,16. بالطبع ، هناك طرق أخرى لتحديد التركيب الأولي للعينات ، لكنها لا تستخدم بشكل متكرر مثل الطرق المذكورة أعلاه.

يمكن تحديد العناصر المباشرة للعينات الصلبة باستخدام التحليل الطيفي للانهيار المستحث بالليزر ومضان الأشعة السينية17. ومع ذلك ، لتحديد العناصر باستخدام ICP-MS و ICP-OES و AAS ، من الضروري تحويل العينات الصلبة إلى حالة سائلة. لهذا الغرض ، يتم إجراء الهضم الحمضي باستخدام الأحماض والكواشف المساعدة (في معظم الحالات H2O2). يتم الهضم الحمضي عند درجة حرارة وضغط مرتفعين ، وتحويل الجزء العضوي من العينة إلى منتجات غازية وتحويل العناصر المعدنية إلى أملاح قابلة للذوبان في الماء ، وبالتالي إذابتها في المحلول18.

هناك نوعان رئيسيان من الهضم الحمضي ، هضم الأوعية المفتوحة وهضم الأوعية المغلقة. يعتبر هضم الأوعية المفتوحة فعالا من حيث التكلفة14 ولكن له قيود ، مثل درجة حرارة الهضم القصوى ، والتي تتزامن مع درجة حرارة غليان الأحماض عند الضغط الجوي. يمكن تسخين العينة على ألواح التسخين وكتل التدفئة والحمامات المائية وحمامات الرمال2 وأفران الميكروويف19. عن طريق تسخين العينة بهذه الطريقة ، يتم فقدان الكثير من الحرارة المتولدة إلى المناطق المحيطة20 ، مما يطيل وقت الهضم14. تشمل العيوب الأخرى لهضم الأوعية المفتوحة زيادة استهلاك المواد الكيميائية ، وزيادة احتمال التلوث من البيئة المحيطة ، واحتمال فقدان المواد التحليلية بسبب تكوين المكونات المتطايرة وتبخرها من خليط التفاعل21.

تعتبر أنظمة الأوعية المغلقة أكثر ملاءمة لهضم العينات العضوية وغير العضوية مقارنة بأنظمة الأوعية المفتوحة. تستخدم أنظمة الأوعية المغلقة مجموعة متنوعة من مصادر الطاقة لتسخين العينات ، مثل تسخين التوصيل وأفران الميكروويف22. تشمل طرق الهضم التي تستخدم الموجات الدقيقة الاحتراق الناجم عن الميكروويف23 ، وأنظمة غرفة التفاعل المفردة24 ، وهضم الحمض الرطب بمساعدة الميكروويف (MAWD) 25,26 شائعة الاستخدام. يسمح MAWD بالهضم في درجات حرارة تشغيل أعلى ، تتراوح بين 220 درجة مئوية و 260 درجة مئوية وضغوط قصوى تصل إلى 200 بار ، اعتمادا على ظروف عمل الجهاز27.

تعتمد كفاءة ومعدل MAWD على عدة عوامل ، بما في ذلك التركيب الكيميائي للعينات ، ودرجة الحرارة القصوى ، وتدرج درجة الحرارة ، والضغط في وعاء التفاعل ، وكمية الأحماض المضافة ، وتركيز الأحماض المستخدمة28. في MAWD ، يمكن تحقيق الهضم الحمضي الكامل في بضع دقائق بسبب ظروف التفاعل المرتفعة مقارنة بالهضم طويل الأمد في أنظمة الأوعية المفتوحة. مطلوب كميات وتركيزات أقل من الأحماض في MAWD ، وهو ما يتماشى مع المبادئ التوجيهية الحالية للكيمياء الخضراء29. في MAWD ، هناك حاجة إلى كمية أقل من العينة مقارنة بهضم الأوعية المفتوحة لإجراء الهضم الحمضي ، وعادة ما يكون ما يصل إلى 500 ملغ من العينة كافيا30،31،32. يمكن هضم كميات أكبر من العينات ، لكنها تتطلب كمية أكبر من المواد الكيميائية.

نظرا لأن أداة MAWD تتحكم تلقائيا في ظروف التفاعل ولا يتلامس الشخص مباشرة مع المواد الكيميائية أثناء التسخين ، فإن MAWD أكثر أمانا في التشغيل من هضم الأوعية المفتوحة. ومع ذلك ، يجب على الشخص دائما المضي قدما بحذر عند إضافة مواد كيميائية إلى أوعية التفاعل لمنعها من ملامسة الجسم والتسبب في ضرر. يجب أيضا فتح أوعية التفاعل ببطء لأن الضغط يتراكم داخلها أثناء الهضم الحمضي.

على الرغم من أن الهضم الحمضي هو تقنية مفيدة لإعداد العينات لتحديد العناصر ، إلا أن الشخص الذي يقوم بها يجب أن يكون على دراية بحدوده المحتملة. قد لا يكون الهضم الحمضي مناسبا لجميع العينات ، خاصة تلك التي تحتوي على مصفوفات معقدة وتلك التي تكون شديدة التفاعل أو يمكن أن تتفاعل بشكل متفجر. لذلك ، يجب دائما تقييم تكوين العينة لتحديد المواد الكيميائية المناسبة وظروف التفاعل للهضم الكامل الذي يذيب جميع العناصر المطلوبة في المحلول. المخاوف الأخرى التي يجب على المستخدم مراعاتها ومعالجتها هي الشوائب وفقدان التحليلات في كل خطوة من خطوات تحضير العينة. يجب دائما إجراء الهضم الحمضي وفقا لقواعد محددة أو باستخدام البروتوكولات.

يوفر البروتوكول الموضح أدناه تعليمات لتجانس عينات الطعام في خلاط بحجم المختبر ، وإجراء لتنظيف مكونات الخلاط ، ووزن العينة بشكل صحيح ، وإضافة مواد كيميائية ، وإجراء الهضم الحمضي بواسطة MAWD ، وتنظيف أوعية التفاعل بعد اكتمال الهضم ، وإعداد العينات لتحديد العناصر ، وإجراء تحديد كمي متعدد العناصر باستخدام ICP-MS. باتباع التعليمات الواردة أدناه ، يجب أن يكون المرء قادرا على إعداد عينة مناسبة لتحديد العناصر وإجراء قياسات العينات المهضومة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. تجانس العينة

  1. باستخدام سكين خزفي نظيف ، قم بتقطيع عينات الطعام يدويا (البروكلي والفطر والنقانق والمعكرونة) إلى قطع أصغر لتسريع عملية التجفيف. قم بإعداد عينات كافية لما لا يقل عن 6 نسخ مكررة من الهضم الحمضي (تأكد من أن الحد الأدنى لكتلة العينات المجففة هو 1500 ملغ).
    ملاحظة: تؤدي زيادة مساحة سطح العينة إلى تعريض جزء أكبر من العينة للهواء المحيط الساخن ، مما يزيد من معدل تبخر الماء.
  2. ضع العينة في دورق زجاجي سعة 250 مل وجففها عند 105 درجة مئوية إلى وزن ثابت باستخدام مجفف.
  3. أخرج الدورق الزجاجي مع العينة من المجفف وأدخله في المجفف.
  4. اترك العينة لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
    ملاحظة: يجب وزن العينات عند درجة حرارة ثابتة للتأكد من أن الوزن يعكس الكتلة بدقة. يمكن أن تؤثر التغيرات في درجات الحرارة على حجم وكثافة العينات المقاسة.
  5. افتح المجفف وانقل الدورق الزجاجي مع العينة على الميزان التحليلي. قم بقياس وزن الكأس الزجاجية باستخدام العينة.
  6. بعد اكتمال الوزن، أعد العينة إلى المجفف.
    ملاحظة: إذا تقلصت العينة بشكل كبير أثناء التجفيف، يمكن نقلها إلى دورق زجاجي أصغر باستخدام ملعقة بلاستيكية لقياس الوزن بشكل أكثر ملاءمة.
  7. كرر العملية كما هو موضح في الخطوات 1.3-1.6 حتى يتم تحقيق وزن ثابت للعينة.
  8. ضع العينة المجففة غير المتجانسة في دورق الخلاط (انظر جدول المواد) ، مع التأكد من أنها لا تتجاوز الحد الأقصى لحجم دورق الخلاط.
  9. أدخل دورق الخلاط في الخلاط وأغلق باب الحماية (الشكل 1).
  10. اضغط على زر البدء لتنشيط الشفرات لطحن وخلط العينة.
  11. قم بإجراء الطحن حتى تتحول العينة إلى مسحوق ناعم أو عجينة متجانسة. لتحقيق مثل هذا المنتج ، كرر عملية الطحن عدة مرات.
  12. عندما تكون العينة متجانسة ، قم بإيقاف تشغيل الخلاط ، وافتح باب الحماية ، وقم بإزالة دورق الخلاط.
  13. أخرج العينة المتجانسة من كأس الخلاط وانقلها إلى كأس زجاجية نظيفة سعة 50 مل باستخدام ملعقة بلاستيكية نظيفة (الشكل 2).
    ملاحظة: إذا كانت العينة شديدة الصلابة ويمكن أن تتلف مكونات الخلاط ، مثل الشفرات ودورق الخلاط ، فيمكن تجانسها بوسائل أخرى ، مثل سحقها بقذائف الهاون. عادة ما تكون الخلاطات غير مناسبة لتجانس المواد الصلبة أو العينات المجمدة أو العينات القابلة للاشتعال بسهولة ، مما قد يؤدي إلى إتلاف مكونات الخلاط. لا ينصح باستخدام المذيبات العضوية في الخلاط.
    تنبيه: استخدم معدات السلامة وتأكد من إغلاق باب الخلاط بشكل كاف حيث تدور شفرات الخلاط بسرعات عالية.

2. تنظيف الخلاط

  1. أضف الماء عالي النقاء (انظر جدول المواد) إلى علامة دورق الخلاط الفارغ.
  2. أدخل دورق الخلاط في الخلاط وقم بإجراء الخلط القياسي.
  3. أخرج الدورق من الخلاط واسكب مياه الصرف الصحي. إذا لزم الأمر ، كرر العملية بالماء عالي النقاء عدة مرات حتى يظل الماء نظيفا حتى بعد الخلط.
  4. قم بإزالة الشفرات الملوثة وختم الحجاب الحاجز من الخلاط ونظفها جيدا بالماء عالي النقاء.
    ملاحظة: استخدم المنظفات المحايدة لتحسين كفاءة التنظيف ، خاصة عند التعامل مع العينات ذات المحتوى العالي من الدهون ، حيث تلتصق الدهون بسهولة بسطح مخزون المختبر.
    تنبيه: ارتد معدات واقية مناسبة ، مثل القفازات ، عند إزالة الشفرات وتنظيفها لتقليل مخاطر الإصابات المحتملة من حوافها الحادة.
  5. جفف المكونات النظيفة في المجفف على حرارة 105 درجة مئوية وأعد إدخالها في الخلاط.
    ملاحظة: تأكد من أن مكونات الخلاط جافة تماما قبل إعادة تركيبها في الخلاط ، لمنع ترحيل الماء إلى العينة التالية.

3. وزن العينة

  1. قم بإزالة غطاء الغطاء من وعاء تفاعل ثلاثي فلورو روميثوكسيل-بولي تترافلورو إيثيلين TFM-PTFE سعة 100مل.
  2. ضع وعاء التفاعل المفتوح على الميزان التحليلي وتأكد من تسوية الميزان وتصفيره قبل كل قياس (الشكل 3).
    ملاحظة: يجب إجراء الوزن في درجة حرارة الغرفة. تجنب المناطق التي يمكن أن تؤثر فيها التقلبات الشديدة في درجات الحرارة وتدفق الهواء على الوزن المقاس. تأكد من أن منطقة الوزن نظيفة وخالية من أي ملوثات.
  3. انقل العينة المتجانسة إلى وعاء التفاعل باستخدام ملعقة بلاستيكية ووزنها 250 مجم من العينة. لا تزن العينة أقل من الحد الأدنى لوزن الميزان التحليلي.
  4. بمجرد اكتمال الوزن، ضع غطاء الغطاء على وعاء التفاعل لحماية العينة من التلوث.
    ملاحظة: يمكن أن يؤدي تجاوز الحد الأقصى للوزن في عملية الهضم إلى عدم اكتمال عملية الهضم. تعامل مع أوعية العينة والتفاعل بعناية لتجنب أي تلوث خارجي.

4. إضافة حمض

  1. صب ما يقرب من 40.0 مل من 68 وزن٪ HNO3 و 5.0 مل من 30٪ بالوزنH 2O2 في أكواب زجاجية منفصلة سعة 50 مل ، على الترتيب.
    ملاحظة: يجب أن تكون المواد الكيميائية عالية النقاء مع شوائب معدنية ضئيلة أقل من 1.0 ميكروغرام / لتر (جزء في البليون) ، من الناحية المثالية في نطاق نانوغرام / لتر (جزء في المليون). تؤثر الشوائب المعدنية النزرة على دقة وتكرار تحديد العناصر.
  2. ضع أوعية التفاعل في غطاء دخان ، وافتح أغطية الغطاء ، وأضف الأحجام المذكورة أدناه من 68٪ بالوزن٪ HNO3 و 30٪ بالوزن٪ H2O2 مع ماصات أوتوماتيكية 1 مل أو 5 مل ، وفقا للمواصفات التالية:
    1. القرنبيط والفطر والنقانق والمعكرونة. ل 250 ملغ من العينة أضف 5.0 مل 68 بالوزن٪ HNO3 و 1.0 مل 30 بالوزن٪ H2O2. قم بإعداد ثلاث مكررات لكل عينة.
    2. لتحديد دقة الطريقة (من حيث الاسترداد ، Rec) ، استخدم الإجراء الموضح في الخطوة 4.2.1 وأضف 37.5 ميكرولتر من محلول قياسي متعدد العناصر 100 مجم / لتر ICP (انظر جدول المواد) إلى أوعية التفاعل باستخدام ماصة أوتوماتيكية 200 ميكرولتر. لكل عينة ، قم بإعداد ثلاث نسخ متماثلة.
      ملاحظة: تم اختيار حجم 37.5 ميكرولتر لأنه يتوافق مع زيادة قدرها 15.0 ميكروغرام / لتر للمحاليل المسننة للعينات مقارنة بالتركيز في المحاليل غير المسننة للعينات. علاوة على ذلك، فإن الزيادة في تركيز المحلول المسنن للعينات تتوافق مع التركيز النهائي الذي لا يزال في نطاق التركيز الخطي لكل مادة مقيسة.
    3. قم بإعداد عينة فارغة باستخدام نفس الحجم 68٪ بالوزن٪ HNO3 و 30٪ بالوزن H2O2 كما هو مستخدم لهضم عينات الطعام في الخطوة 4.2.1. بالنسبة إلى عينة فارغة، لا تضف العينة إلى أوعية التفاعل.
      تنبيه: HNO3 المستخدم في الهضم مادة أكالة وتنتج أبخرة. لهذا السبب ، يجب إجراء إضافة الحمض في غطاء الدخان. يجب استخدام معدات الحماية المختبرية القياسية (القفازات ونظارات السلامة ومعطف المختبر). إذا كان هناك اتصال مع الحمض ، فيجب شطف المنطقة المصابة على الفور تحت تيار الماء البارد ، ويجب طلب المساعدة الطبية.
  3. ضع غطاء الغطاء على أوعية التفاعل واسمح للعينات بالتفاعل مع 68٪ بالوزن المضافة HNO3 و 30٪ بالوزن٪ H2O2 لمدة 2-3 دقائق.
  4. المسمار غطاء الخيط على السفينة وتشديد أغطية الغطاء.
  5. هز وعاء التفاعل باستخدام حركات اليد الخفيفة لدمج العينات بالكامل في المواد الكيميائية.
    ملاحظة: لا تترك العينات على جدران أو أغطية أوعية التفاعل ، حيث يوجد احتمال ألا يتم هضمها بالكامل.

5. الهضم الحمضي الرطب بمساعدة الميكروويف

  1. قم بتشغيل نظام الميكروويف (انظر جدول المواد) للهضم الحمضي بالضغط على زر البدء (الشكل 4).
  2. افتح باب فرن الميكروويف وأزل الرف.
  3. قم بتوزيع أوعية التفاعل المغلقة بشكل متماثل في الحامل لضمان تشعيع العينات بواسطة الموجات الدقيقة.
  4. أدخل الرف في حجرة الميكروويف وقم بتثبيته على حامل (الشكل 5).
  5. أغلق باب فرن الميكروويف.
  6. اضبط برنامج هضم مناسب على شاشة فرن الميكروويف التي تعمل باللمس باستخدام أداة على شكل قلم. اختر تدرج درجة الحرارة المناسب ، ودرجة الحرارة النهائية ، وعدد العينات المراد هضمها. برنامج الهضم الموصى به لعينات الطعام المختلفة مدرج أدناه:
    1. البروكلي والفطر والنقانق والمعكرونة: زيادة 10 دقائق إلى 160 درجة مئوية ، زيادة 10 دقائق إلى 200 درجة مئوية ، 15 دقيقة عند 200 درجة مئوية ، أقصى طاقة 900 واط.
  7. ابدأ برنامج الهضم وراقب التغير في ظروف التفاعل على الشاشة. أوقف عملية الهضم إذا لم ترتفع درجة الحرارة وفقا للبرنامج المحدد.
    ملاحظة: أثناء الهضم ، قد تظهر طفرات مفاجئة في درجات الحرارة على شاشة فرن الميكروويف. تحدث عندما تتفاعل العينات طاردا للحرارة مع المواد الكيميائية. سيقوم نظام الميكروويف تلقائيا بتنظيم درجة الحرارة عن طريق ضبط طاقة الإخراج.
  8. انتظر حتى يكتمل الهضم بمساعدة الميكروويف وتنخفض درجة حرارة العينة.
  9. افتح باب فرن الميكروويف وأخرج الرف من حجرة فرن الميكروويف. أغلق الباب وأطفئ الجهاز.
  10. قم بإزالة أوعية التفاعل من الحامل وانتظر حتى تبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
  11. افتح أغطية الغطاء ببطء يدويا لتحرير الغازات المتكونة أثناء الهضم الحمضي. أدر أوعية التفاعل في اتجاه غطاء الدخان (الشكل 6).
  12. قم بإزالة الغطاء تماما وشطف الغطاء وجدران وعاء التفاعل بكمية صغيرة من الماء عالي النقاء.
  13. انقل محتويات وعاء التفاعل كميا إلى دورق حجمي زجاجي نظيف سعة 25 مل من خلال قمع زجاجي عن طريق الشطف المتكرر للغطاء ووعاء التفاعل بماء عالي النقاء.
  14. تمييع العينة بالماء عالي النقاء إلى علامة القارورة الحجمية. أغلق القارورة الحجمية بسدادة وامزج محتوى الدورق الحجمي.
    ملاحظة: يجب إجراء مزيد من التخفيف للعينات المهضومة بالماء عالي النقاء حيث يجب أن تحتوي على أقل من 5٪ (V / V) من الحمض المتبقي34 وأقل من 2 جم / لتر من العناصر الذائبة ، والتي يشار إليها أيضا باسم المواد الصلبة الذائبةالكلية 35.
  15. خذ حقنة بلاستيكية سعة 20 مل وقم بتوصيلها بفلتر حقنة من مادة البولي أميد (قطر 25 مم ، حجم مسام 0.20 ميكرومتر). املأ المحقنة البلاستيكية بالعينة المخففة وقم بتصفية محتواها في أنبوب طرد مركزي بلاستيكي سعة 50 مل عن طريق الضغط. استخدم حقنة بلاستيكية جديدة وفلتر حقنة لكل عينة لتجنب أي تلوث متبادل.
    ملاحظة: يجب ترشيح العينات لإزالة أي مواد غير قابلة للذوبان أو جزيئات صلبة قد تظل غير مهضومة بعد MAWD. قد تتداخل هذه الجسيمات مع قياسات تحديد العناصر عن طريق انسداد مكونات الجهاز. عند تصفية العينات ، تأكد من التخلص من أول قطرتين. استخدم مرشحات محبة للماء (مصنوعة من مادة البولي أميد) للمحاليل المائية. المرشحات الكارهة للماء (PTFE) ليست مناسبة لترشيح المحاليل المائية لأنها تتطلب ضغطا أعلى ، مما قد يؤدي إلى تمزق الغشاء36.
  16. أغلق أنبوب الطرد المركزي البلاستيكي سعة 50 مل بغطاء لولبي وضع العينة في الثلاجة حتى القياسات.
    ملاحظة: يتم تخزين العينات المهضومة في الثلاجة في درجات حرارة منخفضة للحفاظ عليها وإطالة وقت تخزينها.

6. تنظيف وعاء التفاعل

  1. بعد نقل العينات المهضومة إلى قوارير حجمية سعة 50 مل ، أضف 5.0 مل من 68٪ بالوزن HNO3 و 5.0 مل من الماء عالي النقاء مع ماصات أوتوماتيكية سعة 5 مل في أوعية التفاعل.
  2. أغلق أوعية التفاعل بأغطية الغطاء وأدخلها في الحامل. انقل الرف إلى حجرة فرن الميكروويف.
  3. قم بتطبيق برنامج الميكروويف التالي: زيادة 15 دقيقة إلى 160 درجة مئوية ، زيادة 10 دقائق إلى 180 درجة مئوية ، أقصى طاقة 900 واط.
  4. مراقبة ظروف التفاعل أثناء التسخين. بعد اكتمال التسخين ، اترك أوعية التفاعل تبرد.
  5. افتح فرن الميكروويف ، وأزل أوعية التفاعل من الرف ، وافتحها ببطء في غطاء الدخان.
  6. تخلص من محتوى أوعية التفاعل في حاويات النفايات البلاستيكية.
  7. اشطف أوعية التفاعل بماء عالي النقاء لإزالة أي مواد أو مواد كيميائية زائدة.
  8. جفف أوعية التفاعل في المجفف عند 105 درجة مئوية قبل الاستخدام التالي.
    ملاحظة: يمكن استخدام نفس إجراء الميكروويف (الوقت والطاقة وتدرج درجة الحرارة وحجم المواد الكيميائية) المستخدم في الهضم الحمضي للعينات لتنظيف أوعية التفاعل. بدلا من ذلك ، يمكن تنظيف أوعية التفاعل بدون نظام الميكروويف عن طريق غمرها في HNO3 أو HCl المركز لعدة ساعات وشطفها بماء فائق النقاء.

7. تحديد متعدد العناصر مع ICP-MS

  1. خذ أنابيب الطرد المركزي البلاستيكية سعة 50 مل التي تحتوي على العينات المهضومة من الثلاجة واتركها تسخن إلى درجة حرارة الغرفة.
  2. خفف العينات بمعامل 10 لتقليل تركيز الحمض في العينة المهضومة وتقليل تركيز مكون مصفوفة العينة. باستخدام ماصة أوتوماتيكية ، انقل 2.50 mL من العينة إلى دورق حجمي زجاجي سعة 25 mL ثم املأه حتى العلامة بماء عالي النقاء.
  3. انقل العينات المخففة إلى أنابيب بلاستيكية سعة 15 مل وضعها في المواضع المناسبة في جهاز أخذ العينات الآلي.
  4. قم بإعداد أداة ICP-MS (انظر جدول المواد) للقياسات:
    1. قم بتشغيل التهوية والمبرد الذي يزود ICP-MS بمياه التبريد ويبرد مكوناته.
    2. استخدم البرنامج المتوافق لضمان تدفق محلول الشطف (1 بالوزن HNO3) باستمرار من أخذ العينات التلقائي إلى ICP-MS دون نبض.
    3. افتح أسطوانات الغاز Ar (نقاء 99.999٪) و He (نقاء 99.999٪) لتزويد ICP-MS بكلا الغازين. تحقق من تدفق الغاز في البرنامج واضبطه إذا لزم الأمر.
      ملاحظة: استخدم خلية تصادم مع غاز He عندما يكون من المتوقع حدوث تداخلات طيفية بسبب تكوين أيونات متعددة الذرات (على سبيل المثال ، 40Ar16O + تتداخل مع 56Fe +) 37.
    4. ابدأ تشغيل البلازما وقم بمعايرة الجهاز باستخدام محلول الضبط (انظر جدول المواد).
    5. بمجرد معايرة الجهاز (موضع الشعلة ، جهد الكسب ، جهد العدسة ، الكتلة / الدقة ، معايرة النبض / التناظرية (P / A) ، معايرة قاعدة البيانات (DB) ، والتحقق من الصحة) ، حدد طريقة القياس المطلوبة وقم بإجراء القياسات.
  5. عند العمل مع عينات غير معروفة ، قم بإجراء تحديد شبه كمي للحصول على معلومات حول العناصر الموجودة في العينة وتركيزها التقريبي.
    ملاحظة: ينصح بتخفيف العينات بشكل إضافي للتحديد شبه الكمي لأن أجهزة الكشف لها حد لتركيز العناصر التي يمكنها اكتشافها مرة واحدة. يمكن أن تؤدي تركيزات العينة المنخفضة إلى إطالة عمر مكونات الجهاز.
  6. بعد الحصول على البيانات المتعلقة بالتركيزات التقريبية للعناصر في العينات ، قم بإنشاء طريقة لتحديد العناصر الكمية في البرنامج. حدد ظروف تشغيل ICP-MS (الجدول 1) وحدد العناصر المطلوبة (في الحالة الحالية Cu و Fe و Mn و Zn). تحديد عدد وتركيزات حلول المعيار المطلوب لإنشاء منحنى معايرة (يشار إليه أحيانا باسم منحنى تحليلي أو منحنى عمل) (الجدول 1).
    ملاحظة: قم بإعداد ستة تركيزات مختلفة على الأقل كنقاط معايرة لمنحنى المعايرة.
  7. إعداد حلول قياسية لمنحنى المعايرة. باستخدام الماصات الأوتوماتيكية ، ماصة الحجم المطلوب من 100 مجم / لتر من المحاليل القياسية متعددة العناصر في قوارير زجاجية حجمية سعة 25 مل ، لإعداد حلول للمعايير بالتركيزات التالية: 1.0 ميكروغرام / لتر ، 2.5 ميكروغرام / لتر ، 5.0 ميكروغرام / لتر ، 10.0 ميكروغرام / لتر ، 20.0 ميكروغرام / لتر ، 30.0 ميكروغرام / لتر ، 40.0 ميكروغرام / لتر ، و 50.0 ميكروغرام / لتر. املأ القوارير بالعلامة ب 1٪ بالوزن٪ HNO3. بالإضافة إلى ذلك، قم بإعداد فراغ معايرةباستخدام محلول HNO 3 1٪ بالوزن.
  8. انقل المحاليل المحضرة من المعايير والعينات إلى الأنابيب البلاستيكية سعة 15 مل ، وضعها في أخذ العينات الأوتوماتيكية ، وابدأ تشغيل الجهاز باتباع الإجراء الموضح في الخطوة 7.4.
  9. إجراء القياس الكمي للعناصر المحددة باستخدام منهجية منحنى المعايرة.
  10. بمجرد الانتهاء من القياسات ، قم بإيقاف تشغيل البلازما ، وأغلق إمدادات غاز Ar و He ، وأوقف تشغيل مبرد ICP-MS ، وأوقف تشغيل نظام التهوية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

التجانس
تم تجفيف جميع العينات إلى كتلة ثابتة باستخدام مجفف المختبر للتخلص من أي رطوبة. سمح نقل العينة إلى مجفف بالتبريد إلى درجة حرارة الغرفة دون ربط الرطوبة من البيئة المحيطة. ثم تم تجانس عينات الطعام باستخدام خلاط المختبر للحصول على مسحوق ناعم. كانت الجسيمات المتجانسة الناتجة موحدة الحجم وموزعة بالتساوي ، مما يضمن أن العينات الفرعية (العينات المأخوذة من عينة أكبر) المستخدمة في الهضم الحمضي كانت تمثيلية. كانت العينات قابلة للإزالة بسهولة من دورق الخلاط بمساعدة ملعقة بلاستيكية ، باستثناء عينة اللحوم المجففة ، والتي كانت أكثر صعوبة في إزالتها بسبب محتواها العالي من الدهون. جعل المحتوى العالي من الدهون العينة تلتصق جزئيا بالجدران الزجاجية لدورق الخلاط. يوضح الشكل 2 مقارنة بين العينات الطازجة والمجففة والمتجانسة.

كان لا بد من تنظيف مكونات الجهاز عدة مرات بماء عالي النقاء للتخلص من جميع جزيئات الطعام المتبقية في الخلاط.

من الضروري التأكد من أن الكتلة الموزونة للعينة لا تتجاوز القيمة القصوى المسموح بها في أوعية التفاعل. تم إجراء الوزن باستخدام ميزان تحليلي عند درجة حرارة ثابتة ، وتم استخدام ملعقة بلاستيكية لتجنب التلوث بالمعادن التي قد تنشأ من الملاعق المعدنية.

الهضم الحمضي
جميع العينات المستخدمة في البروتوكول كانت عينات غذائية تحتوي على كميات مختلفة من الكربوهيدرات والبروتينات والدهون. HNO3 ، بالاشتراك مع H2O2 ، مناسب لهضم هذه الجزيئات ، والمواد الكيميائية الأخرى غير مطلوبة. تمت معالجة المواد الكيميائية في غطاء دخان لأن HNO3 يشكل أبخرة. بعد إضافة المواد الكيميائية إلى أوعية تفاعل TFM-PTFE ، تم تركيب أغطية الغطاء على الجزء العلوي من أوعية التفاعل وتم إغلاقها جيدا لتجنب التلوث المحتمل وفقدان المادة المراد تحليلها. تم توزيع أوعية التفاعل بشكل متماثل في الحامل لضمان تشعيع ميكروويف موحد داخل نظام الميكروويف.

أثناء الهضم الحمضي ، تم إغلاق باب نظام الميكروويف ، ولا يمكن فتح الباب حتى نهاية البروتوكول. يمكن مراقبة عملية الهضم الحمضي بأكملها على شاشة الجهاز ، مع إظهار تغير درجة الحرارة بمرور الوقت (الشكل 7).

بعد اكتمال الهضم الحمضي وتبريد محاليل العينات المهضومة إلى درجة حرارة الغرفة ، تم فتح أوعية التفاعل في غطاء الدخان. تم فتحها ببطء قدر الإمكان. إذا تم تحرير الضغط بسرعة كبيرة، فقد تتسرب حتى قطرات صغيرة من خليط التفاعل، مما يؤدي إلى فقدان المادة المراد تحليلها. عندما تم فتح أوعية التفاعل ، تم إطلاق غاز أصفر أو أصفر برتقالي (الشكل 8). يمكن أن يعزى تلوين الأبخرة إلى NO2 ، الذي يشكل أبخرة برتقالية في درجات حرارة أعلى. كانت زيادة الضغط في أوعية التفاعل بسبب أكسدة عينات الطعام باستخدام HNO3 ، مما أدى إلى تكوين غازات مثل CO2 ، H2O ، NO ، إلخ. بعد تفريغ أوعية التفاعل ، بقي محلول أصفر فاتح أو عديم اللون للعينة المهضومة في وعاء التفاعل ، مما يشير إلى أن الهضم الحمضي الكلي بواسطة MAWD قد تحقق. تم تأكيد ذلك أيضا من خلال عدم وجود جزيئات مرئية متبقية في المحلول.

تضمنت الخطوة الأخيرة من تحضير العينة تخفيف العينات المهضومة بالماء عالي النقاء لتقليل الحموضة المتبقية (RA). تتداخل قيم RA العالية مع القياسات عن طريق زيادة إشارة الخلفية. يقلل التخفيف أيضا من تركيز أيونات المعادن في العينة السائلة26. عند نقل محلول العينات المهضومة إلى قوارير حجمية، تشطف مكونات وعاء التفاعل جيدا بالماء عالي النقاء لنقل المادة المراد تحليلها بالكامل. إحدى المشكلات التي تحدث هي أن قطرات صغيرة من الماء فائق النقاء، والتي قد تحتوي على المادة المراد تحليلها محل الاهتمام، تلتصق بجدران أوعية التفاعل. بعد التخفيف بالماء عالي النقاء إلى علامة 25 مل ، أصبحت جميع العينات عديمة اللون. احتوت المحاليل النهائية للعينات المهضومة على أملاح قابلة للذوبان في الماء ، حيث تفاعلت العناصر المعدنية الموجودة في العينة مع HNO3 لتكوين نترات عالية الذوبان. يمكن لتقنيات تحليل العناصر تحديد أيونات المعادن التي تشكل أملاح قابلة للذوبان في الماء. عند تصفية المحاليل المخففة ، من المهم التخلص من القطرات القليلة الأولى لضمان إزالة أي جزيئات أو ملوثات. بعد الترشيح ، تم إغلاق المحاليل بإحكام لمنع أي تسرب ثم تخزينها في الثلاجة.

القيد الرئيسي لإجراء الهضم الحمضي هو إنتاجية العينة. يمكن لنظام MAWD هضم عدد محدود فقط من العينات في المرة الواحدة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تستغرق كل عملية هضم وخطوة تحضير العينة اللاحقة عدة ساعات حتى تكتمل. علاوة على ذلك ، فإن تنظيف أوعية التفاعل يستغرق وقتا طويلا أيضا ، ولكن من الأهمية بمكان تقليل مخاطر التلوث المتبادل بين العينات.

تحديد متعدد العناصر مع ICP-MS
لكل عنصر ، تم إنشاء منحنى معايرة. تم الحصول عليها عن طريق رسم الشدة كدالة لتركيزات المادة المراد تحليلها (الشكل 9). كانت نطاقات التركيز الخطي لجميع العناصر المقاسة في النطاق من 1.0 ميكروغرام / لتر إلى 50.0 ميكروغرام / لتر.

تم حساب LOD و LOQ لكل عنصر باستخدام المعادلة 1 والمعادلة 2 ، على التوالي. في كلتا المعادلتين ، يمثل sblank الانحراف المعياري للعديد من قياسات المعايرة الفارغة (10 مكررات)38,39 ، بينما يمثل b1 ميل منحنى المعايرة.

Equation 1(1)

Equation 2(2)

كانت LODs التي تم الحصول عليها 0.5 نانوغرام / لتر ، 2.8 نانوغرام / لتر ، 2.8 نانوغرام / لتر ، و 3.2 نانوغرام / لتر ل Mn و Cu و Fe و Zn على التوالي. كانت LOQs التي تم الحصول عليها 1.6 نانوغرام / لتر ، 9.2 نانوغرام / لتر ، 9.5 نانوغرام / لتر ، و 10.8 نانوغرام / لتر ل Mn و Cu و Fe و Zn على التوالي.

تم إجراء ستة عمليات هضم متماثلة لكل عينة. تم إجراء ثلاث عمليات هضم مكررة لكل عينة دون زيادة العينة بالمحاليل القياسية ، وتم إجراء ثلاث عمليات هضم متماثلة مع إضافة محلول بكمية معروفة من معيار التحليل لاختبار الدقة (اختبار استرداد السنبلة40) ودقة المنهجية بأكملها. لتحديد الدقة قبل إجراء الهضم ، تم سحب 37.5 ميكرولتر من محلول قياسي متعدد العناصر 100 مجم / لتر ICP في أوعية التفاعل التي تحتوي على العينة ، مما أدى إلى زيادة التركيز بمقدار 15.0 ميكروغرام / لتر في العينات المسننة التي تم تخفيفها بعامل 10. وهذا يتوافق أيضا مع زيادة قدرها 15.0 ميكروغرام لكل جرام من العينة لكل أيون فلز مقاس. تم تحديد الدقة والدقة باستخدام Rec والانحراف المعياري النسبي (RSD) ، على التوالي.

يمكن تقييم دقة الطريقة التحليلية من خلال اختبار استرداد الارتفاع. لهذا الغرض ، يضاف محلول بكمية معروفة من معيار المادة المراد تحليلها إلى العينة ، والذي يتم هضمه بعد ذلك في نفس ظروف التفاعل مثل العينات التي لا يتم تسديدها41. يتم حساب Rec باستخدام المعادلة 3 ، حيث γi هو التركيز المقاس للعينات المسننة بعد الهضم ، بينما يمثل γt التركيز المحدد للعينة غير المسننة من خلال النظر في زيادة المحلول المضاف لمعيار التحليل. γi و γt هي متوسطات النسخ المتماثلة الثلاثة. تعتبر الطريقة التحليلية دقيقة عندما يكون Rec في حدود 80.00٪ -120.00٪ 42.

Equation 3(3)

يتم تقييم دقة الطريقة التحليلية باستخدام RSD. يصف قرب الاتفاق بين النتائج المستقلة ، والتي تم الحصول عليها من خلال العديد من القياسات المكررة. يتم حساب RSD باستخدام المعادلة 4 ، حيث يمثل sm الانحراف المعياري للقياسات المكررة لتحديد التركيز ، بينما Equation 4 يمثل متوسط قيمة التركيزات المحددة. تعتبر الطريقة التحليلية دقيقة إذا كانت قيمة RSD أقل من 20.00٪ 43.

Equation 5(4)

تم تخفيف جميع العينات بالماء عالي النقاء بمعامل 10 قبل قياسات ICP-MS (للمجموعة الأولى من القياسات). قلل التخفيف من تركيز مكونات المصفوفة التي تم إدخالها في المحلل. علاوة على ذلك ، من خلال تخفيف العينة ، ينخفض RA. قد يؤدي ارتفاع التهاب المفاصل الروماتويدي إلى الإضرار بكفاءة تأين البلازما أو يؤدي إلى مشاكل تداخل المصفوفة. إذا كان تركيز المواد المراد تحليلها بعد المجموعة الأولى من القياسات أقل من LOQ ، فيجب أن يكون عامل التخفيف أقل من 10. تم إجراء القياس الكمي لأيونات المعادن باستخدام منحنى المعايرة. يجب أن يكون لقيم النتائج المحسوبة نفس الدقة (نفس عدد الأرقام المعنوية) مثل حل المعيار المستخدم للمعايرة. تم التعبير عن محتوى أيونات المعادن في العينة على أنه ميكروغرام لكل جرام من الوزن (ميكروغرام / جم). تم تحقيق ذلك بضرب تركيز الكتلة المقاس للعينة التي تم تحليلها بعامل التخفيف للحصول على التركيز في العينة الأصلية المهضومة. ثم تم ضرب تركيز الكتلة هذا في حجم العينة المهضومة (25 مل) ثم قسمته على الكتلة الأولية الموزونة للعينة المتجانسة (الكتلة المرجحة الأولية هي كتلة العينة التي تم ترجيحها في وعاء التفاعل ل MAWD). يتم الإبلاغ عن جميع القيم كمتوسط لثلاث نسخ متماثلة.

ويرد المحتوى المبلغ عنه للعناصر الواردة أدناه على أنه Equation 4 ± sm m. كان محتوى Cu و Mn و Zn في عينة البروكلي 5.9 ± 0.5 ميكروغرام / جم ، 32.5 ± 2.7 ميكروغرام / جم ، و 42.8 ± 0.2 ميكروغرام / جم ، على التوالي. تجاوز تركيز الكتلة المحدد للحديد في عينات البروكلي الحد الأعلى لنطاق التركيز الخطي لمنحنى المعايرة (أي 50.0 ميكروغرام / لتر). وبالتالي ، تم تخفيف محلول العينة بماء فائق النقاء بعامل 2 ، وتم إجراء قياس ICP-MS لهذا المحلول. أظهرت النتائج أن البروكلي يحتوي على 63.0 ± 1.9 ميكروغرام / غرام من الحديد.

بالنسبة للفطر ، كان محتوى الزنك والحديد والنحاس والمنغنيز 35.6 ± 1.4 ميكروغرام / جم ، 30.4 ± 1.3 ميكروغرام / جم ، 18.5 ± 1.0 ميكروغرام / جم ، و 5.4 ± 0.3 ميكروغرام / جم ، على التوالي. تحتوي النقانق على 42.2 ± 0.9 ميكروغرام / غرام من الحديد ، و 25.1 ± 2.6 ميكروغرام / غرام من الزنك ، و 1.0 ± 0.1 ميكروغرام / غرام من النحاس. أظهر التحديد متعدد العناصر باستخدام ICP-MS للمحلول المهضوم ، الذي تم تخفيفه 10 مرات ، أن تركيز Mn كان أقل من الحد الأدنى لنطاق التركيز الخطي (أي 1.0 ميكروغرام / لتر). وبالتالي ، تم تخفيف المحلول الأصلي لعينة النقانق فقط بعامل 5 ، وتكرر التحديد متعدد العناصر باستخدام ICP-MS. تم تحديد محتوى Mn في عينات النقانق ليكون 0.9 ± 0.3 ميكروغرام / غرام. تحتوي المعكرونة على 5.4 ± 2.8 ميكروغرام / غرام من الزنك ، و 10.3 ± 1.2 ميكروغرام / غرام من الحديد ، و 1.6 ± 0.3 ميكروغرام / غرام من النحاس ، و 7.5 ± 0.2 ميكروغرام / غرام من Mn.

كان Rec لجميع التحليلات المقاسة في جميع العينات الأربع في حدود 80.00٪ -120.00٪ ، مما يشير إلى دقة الطريقة التحليلية. أظهرت الحسابات أن الطريقة التحليلية كانت دقيقة ، حيث كانت قيم RSD أقل من 20.00٪ ، باستثناء RSD للزنك في عينات المعكرونة. وترد النتائج في الجدول 2.

Figure 1
الشكل 1: خلاط مختبر يستخدم لتجانس عينات الأغذية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 2
الشكل 2: مقارنة بين العينات الطازجة والمجففة والمتجانسة. (أ-د) عينات طازجة من البروكلي والفطر والنقانق والمعكرونة. (E-H) عينات مجففة من البروكلي والفطر والنقانق والمعكرونة. (I-L) عينات متجانسة من البروكلي والفطر والنقانق والمعكرونة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: وزن العينة على ميزان تحليلي. يتم تنفيذ ذلك من الأعلى عن طريق فتح الغطاء العلوي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: نظام الميكروويف. نظام الميكروويف لهضم الحمض مع شاشة لمس جانبية لاختيار ظروف التفاعل ومراقبة عملية الهضم الحمضي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: المكونات المستخدمة في الهضم الحمضي بمساعدة الميكروويف. (أ) رف به 14 وعاء تفاعل للهضم الحمضي داخل حجرة فرن الميكروويف. (ب) تتكون أوعية تفاعل TFM-PTFE من 3 أجزاء. بمجرد إغلاق الأوعية بأغطية ، لا يمكن للعينة أو الغازات الهروب من أوعية التفاعل أو دخولها. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: الجزء الداخلي من أوعية التفاعل عند فتحه في غطاء الدخان. (أ) يرجع اللون الأصفر البرتقالي للأبخرة إلى NO2 الناتج أثناء الهضم الحمضي. ب: اللون الأصفر لمحلول العينة المهضومة بعد خروج معظم الغازات من وعاء التفاعل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 7
الشكل 7: تغير درجة الحرارة مع مرور الوقت. مخطط يوضح التغير في درجة الحرارة كدالة للوقت أثناء الهضم الحمضي باستخدام MAWD. T2 تعني درجة حرارة خليط التفاعل داخل أوعية التفاعل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 8
الشكل 8: فتح أوعية التفاعل تحت غطاء الدخان؛ حيث تنطلق الغازات الصفراء البرتقالية. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 9
الشكل 9: مثال على منحنى معايرة ل Mn. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 10
الشكل 10: أداة ICP-MS المستخدمة لتحديد العناصر المتعددة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الجدول 1: ظروف تشغيل جهاز ICP-MS. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

الجدول 2: قيم Rec و RSD للبروكلي والفطر والنقانق والمعكرونة. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

التجانس
لضمان نتائج قابلة للتكرار في تحديد العناصر ، من الضروري تجانس العينات قبل الهضم الحمضي بسبب هيكلها وتكوينها المعقد وغير المتجانس. يهدف التجانس إلى القضاء على عدم التجانس الدستوري والتوزيعي. يقلل خلط العينة من عدم التجانس التوزيعي عن طريق إعادة توزيع المكونات بالتساوي في جميع أنحاء العينة. وبالمثل ، من خلال خفض حجم الجسيمات إلى حجم موحد ، يتم تقليل عدم التجانس الدستوري44. يجب أن تحتوي العينات الفرعية التي تم الحصول عليها من التجانس على نفس نسبة المكونات مثل العينة الأصلية لتكون ممثلة45.

يتم تحقيق التجانس من خلال تطبيق قوة لتكسير العينة إلى جزيئات أصغر46. يمكن تجانس العينات عن طريق القطع أو التقطيع أو القص أو التكسير أو الطحن أو الخلط. ومع ذلك ، يجب أن تأخذ الطريقة المناسبة في الاعتبار درجة صلابة العينة ، وهشاشتها ، وكشطها ، ومرونتها ، وشكلها ، وقدرتها على الالتزام بطريقة مكونات الخالط47.

يمكن سحق العينة يدويا باستخدام مدقة وملاط أو مطحون في مجموعة متنوعة من المطاحن (مطحنة السكاكين ، مطحنة القطع ، مطحنة الكرة ، مطحنة الخلاط ، إلخ) ، وأشكال أخرى من المجانسات48. تستخدم الخلاطات الصغيرة ذات الحجم المختبري ذات الشفرات الخزفية أو المعدنية بشكل شائع للتجانس لأنها تقلل بسرعة من حجم الجسيمات عن طريق تفكك العينة وخلطها في نفس الوقت. يؤدي طحن العينات إلى جزيئات متجانسة أصغر إلى زيادة مساحة السطح المحددة ، مما يسرع عملية الهضم الحمضي بواسطة MAWD.

ومع ذلك ، يجب توخي الحذر لتجنب أي تلوث بسبب التآكل أثناء الطحن. يجب عدم تجانس العينات باستخدام شفرات تحتوي على نفس المعادن مثل العناصر التي سيتم تحديدها بعد الهضم الحمضي. وبالتالي ، يتم استخدام شفرات السيراميك بشكل متكرر مقارنة بالشفرات المعدنية. غالبا ما يكون التجانس عاملا رئيسيا يساهم في التلوث المتبادل ، عادة من المخزون ومكونات الأدوات التي تم تنظيفها بشكل غير صحيح ، مما يؤدي إلى أخطاء منهجية. بعد الاستخدام ، يجب تنظيف كل مكون من مكونات الخلاط جيدا وغسله بماء فائق النقاء.

يستخدم الطحن المبرد عند تجانس العينات التي يصعب تفكيكها. يتم تجميد العينة باستخدام النيتروجين السائل (الذي يحتوي على -196 درجة مئوية) ، مما يجعلها هشة وأسهل في التجانس49,50.

الهضم الحمضي
أحد الأحماض المؤكسدة الأكثر استخداما في إجراءات الهضم الحمضي هو HNO3. وعادة ما يستخدم في تركيبة مع كمية منخفضة من H2O2 ، مما يزيد من قوة مؤكسدة الحمض ، وبالتالي تحسين كفاءة الهضم20. كثيرا ما يستخدم خليط من هاتين المادتين الكيميائيتين لهضم العينات العضوية ، بما في ذلك عينات الطعام51. يتم هضم العينات العضوية في MAWD عند ضغط مرتفع ودرجات حرارة تتجاوز نقطة الغليان (121 درجة مئوية) ل HNO3 azeotrope عند الضغط الجوي27. في MAWD ترتفع نقطة غليان HNO3 إلى 176 درجة مئوية مع زيادة الضغط إلى 5 ضغط جوي27. لا يمكن تحقيق درجة الحرارة التي يتم عندها الهضم الحمضي في MAWD في الأنظمة المفتوحة لأن HNO3 سوف يتبخر ، مما يقلل من كفاءة الهضم الحمضي.

أثناء الهضم في الأوعية المغلقة بواسطة MAWD ، يتفاعل HNO3 مع العينة العضوية في ظل ظروف تفاعل قاسية ، مكونا منتجات غازية مثل CO2 و H2O و NO (المعادلة 5) 52,53. تتمثل فائدة استخدام أوعية التفاعل المغلقة في انخفاض حجم وتركيز الحمض المطلوب للهضم ، حيث يتم تجديد HNO3 باستمرار. تحدث عملية التجديد هذه طالما أن O2 موجود في وعاء التفاعل. المصدر الأساسي ل O2 هو H2O2 ، وهو غير مستقر حراريا وينقسم إلى H2O وO 2 (المعادلة 6). في وعاء التفاعل ، يتفاعل NO مع O2 لتكوين NO2 (المعادلة 7). يتكون NO2 ثم يذوب في H2O ، مما يؤدي إلى تكوين HNO3 و HNO2 (المعادلة 8). يتحلل HNO2 المنتج لاحقا إلى H2O و NO2 و NO (المعادلة 9) ، ليكمل آلية التجديد53,54. ثم يتفاعل NO وNO 2 المشكلان حديثا من خلال العمليات المذكورة أعلاه.

Equation 6(5)

حيث n تعني عدد ذرات الكربون.

Equation 7(6)

Equation 8(7)

Equation 9(8)

Equation 10(9)

عندما تتفاعل العينات العضوية مع HNO3 ، فإن المعادن الموجودة في تركيبها الكيميائي ستشكل نترات قابلة للذوبان في الماء55. نظرا لأن MAWD يهدف إلى تحويل المواد الصلبة إلى سوائل ، فإن تكوين أملاح قابلة للذوبان في الماء أمر مرغوب فيه.

بالنسبة للعينات المختلفة ، يمكن استخدام مجموعات مختلفة من الأحماض بسبب تعقيد تكوين العينة. نظرا لأنه لا يمكن إذابة العينات العضوية الأقل قابلية للتحلل وخاصة العينات غير العضوية فقط باستخدام HNO3 ، فإن الأحماض الأخرى مثل HCl و HF و HClO4 و H2SO4 تستخدم أيضا21,56.

يستخدم حمض الهيدروكلوريك غير المؤكسد في درجات حرارة مرتفعة لهضم الأملاح مثل الكربونات والفوسفات والأكاسيد والبورات والكبريتيدات والفلورايد28,55. عندما يتم دمج حمض الهيدروكلوريك مع HNO3 بنسبة مولية تبلغ 3: 1 ، يتم تشكيل ريجيا المائية ، مما يحسن قدرات الأكسدة مقارنة بحمض الهيدروكلوريك و HNO3 وحدهما بسبب تكوين كلوريد النيتروسيل (NOCl) و Cl2 و H2O (المعادلة 10) 57. أكوا ريجيا قادر على إذابة المعادن النبيلة مثل Au ، Pt ، Pd28.

Equation 11(10)

لهضم السيليكات ، يتم استخدام HF بشكل متكرر ، لأنه يكسر الروابط القوية بين Si و O. عندما يتفاعل HF مع عينات السيليكات (المعادن والتربة) ، يتشكل حمض سداسي فلورو سيليسيك (H2SiF6) (المعادلة 11)19,58. ومع ذلك ، على الرغم من قدرة HF على هضم السيليكات ، إلا أنها تظهر العديد من العيوب ، بما في ذلك تكوين أملاح الفلورايد غير القابلة للذوبان6 ، وتشكيل المنتجات المتطايرة مع المعادن الثقيلة19 ، و SiF427 المتطايرة. علاوة على ذلك ، لا يمكن استخدام HF مع الأواني الزجاجية وأوعية تفاعل الكوارتز لأنها تذوبها18.

Equation 12(11)

أوعية التفاعل للهضم الحمضي
تم تصميم أوعية التفاعل المستخدمة في MAWD لتحمل درجات الحرارة العالية والضغوط المرتفعة أثناء الهضم الحمضي. تظهر أوعية التفاعل هذه أيضا نفاذية جيدة للميكروويف ، مما يسمح بمرور الموجات الدقيقة دون امتصاصها20. ستصل الموجات الميكروية التي تمر عبر أوعية التفاعل إلى جزيئات الماء ، والتي تمتصها بشكل فعال لأنها قطبية ، وبالتالي تسخين المحلول الذي يحتوي على العينة59. فقط الطور السائل في أوعية التفاعل يمتص إشعاع الميكروويف بينما لا يمتص الطور الغازي ، مما يؤدي إلى زيادة عالية في درجة الحرارة مع زيادة طفيفة في الضغط18.

لتقليل التلوث وفقدان التحليل ، يتم إغلاق أوعية التفاعل بإحكام ، مما يمنع أي مواد من الهروب أو دخول الأوعية.

المواد الأكثر استخداما لأوعية التفاعل هي بولي تترافلورو إيثيلين الاصطناعي (PTFE) ، و PTFE المبلمر المعروف باسم TFM ، وألكاني ألكوكسي بيرفلورو ألكوكسي (PFA) ، والكوارتز52,60. هذه المواد خاملة كيميائيا لمعظم المواد الكيميائية المستخدمة في الهضم الحمضي ، باستثناء أوعية الكوارتز ، التي يذوب فيها HF. يعد استخدام نوع واحد فقط من أوعية التفاعل في كل تجربة أمرا بالغ الأهمية ، لأن استخدام أنواع مختلفة من الأوعية قد يؤدي إلى ظروف تفاعل مختلفة عند تعرضها لتسخين الميكروويف. في درجات حرارة التفاعل المنخفضة ، يتم استخدام أوعية تفاعل PTFE و PFA و TFM-PTFE ، بينما في درجات حرارة أعلى من 300 درجة مئوية ، يوصى باستخدام أوعية الكوارتز52. وذلك لأن البوليمرات تتدهور وتتحلل عند درجات حرارة أعلى.

تقييم كفاءة الهضم الحمضي
هناك عدة طرق لتقييم كفاءة الهضم الحمضي. يمكن استخدام لون المحلول لتقييم ما إذا كان الهضم الكامل أو الجزئي للعينة قد حدث. عادة ما يكون لون المحلول عديم اللون أو الأصفر قليلا مؤشرا على نجاح عملية الهضم ، بينما يشير اللون الأصفر أو البرتقالي أو الأخضر أو البني الداكن للمحلول إلى أن عملية الهضم لم تنجح ، مما يعني أن الهضم الجزئي حدث61. في بعض الحالات ، قد توجد جسيمات عضوية أو غير عضوية غير مهضومة في خليط التفاعل بعد الهضم ، مما يتطلب الترشيح قبل إدخال العينة في الأداة لتحديد العنصر. إزالة الجسيمات غير المهضومة يمنع انسداد النظام وعدم استقرار البلازما في حالة ICP-OES و ICP-MS31.

يمكن أيضا تقييم كفاءة الهضم الحمضي تجريبيا من خلال قياسات محتوى الكربون المتبقي (RCC) والتهاب المفاصل الروماتويدي. يمثل RCC كمية الكربون العضوي المتبقية في المحلول الذي لم يتم تحويله إلى CO2 أثناء الهضم62. يفضل استخدام قيمة أقل من RCC لتقليل التداخلات غير الطيفية والطيفية (على سبيل المثال ، 40Ar12C +) في تحديد العناصر63,64. يتم إجراء قياسات RCC باستخدام ICP-OES. يتم تحديد محتوى الكربون عند طول موجة انبعاث يبلغ 193.091 نانومتر65،66،67. ترتبط كفاءة الهضم الحمضي باستهلاك المواد الكيميائية. كلما زاد استهلاك الحمض ، سيتم تحديد قيم RCC الأقل25.

يستهلك الحمض باستمرار أثناء عملية الهضم لأنه يتفاعل مع العينة. في معظم الحالات ، تظل كمية صغيرة من الحمض غير متفاعلة. يمكن تحديد مقدار RA عن طريق المعايرة باستخدام NaOH10 أو KOH 25,54. يفضل انخفاض قيم التهاب المفاصل الروماتويدي ، حيث أن التركيز الحمضي العالي في المحلول المهضوم النهائي يمكن أن يزيد من إشارة الخلفية في التقنيات التحليلية مثل ICP-MS25 و ICP-OES68. قد تشير قيم RA الأعلى أيضا إلى استخدام تركيز حمض أولي أقل للهضم69.

تحديد متعدد العناصر مع ICP-MS
يتكون ICP-MS من عدة مكونات. تضخ المضخة التمعجية محلول العينة من جهاز أخذ العينات الأوتوماتيكي إلى البخاخات. ثم يتم تحويل العينة السائلة إلى رذاذ بواسطة البخاخات عن طريق مزجها بغاز Ar. بعد ذلك ، تقوم غرفة الرش بتصفية قطرات الهباء الجوي ، مما يسمح بإدخال أفضل جزء من قطرات الهباء الجوي في البلازما70. يتم توليد بلازما Ar والحفاظ عليها داخل الشعلة بواسطة ملف الترددات الراديوية ، مما ينتج عنه درجات حرارة تبلغ حوالي 10000 K70. يتم تفتيت الهباء الجوي وتأينه في بلازما Ar. ثم تستمر الأيونات عبر الواجهة إلى منطقة الفراغ العالية. توجه البصريات الأيونية الأيونات عبر خلية التصادم؛ حيث يصطدم تيار غاز He بالأيونات الأحادية الذرة للتحليلات والأيونات المتعددة الذرات. وبما أن الأيونات المتعددة الذرات أكبر من المواد التحليلية التي لها الكتلة الاسمية نفسها، فإنها تصطدم بشكل متكرر مع هو، وتفقد المزيد من طاقة الحركة، ومن ثم تتم إزالتها بكفاءة71. في الخطوة التالية ، تصل الأيونات إلى محلل الكتلة (في الحالة الحالية ، رباعي القطب). في محلل الكتلة ، يتم فصل الأيونات بناء على نسبة الكتلة إلى الشحنة (m / z) 72. بعد الفصل بواسطة m / z ، تصل الأيونات إلى الكاشف (في الحالة الحالية ، مضاعف الإلكترون) (الشكل 10).

الخطوات والقيود الحرجة
هناك العديد من الخطوات الحاسمة وبعض القيود داخل البروتوكول. يعد ضمان جفاف العينات تماما قبل متابعة العملية وتجنب التلوث من الخطوات الحاسمة في التجانس. لمنع التلوث ، يجب بذل الجهد للحفاظ على نظافة جميع الأواني الزجاجية أثناء العملية برمتها73 ، لأنها قد تؤثر على دقة التحليل. في حالة التلوث ، يجب التخلص من العينة ، وتكرار عملية التحضير ، والتي يمكن أن تستغرق وقتا طويلا. عند تطبيق هذا البروتوكول على عينات أخرى غير موصوفة في هذا البروتوكول ، قد لا يتحقق الهضم الكامل ، لأن بعض العينات قد تتطلب درجات حرارة أعلى ومواد كيميائية مختلفة لإذابة جميع المعادن الموجودة في العينة تماما. للهضم الحمضي ، هناك حاجة إلى مواد كيميائية عالية النقاء ، والتي يمكن أن تكون باهظة الثمن. يساعد استخدام المواد الكيميائية عالية النقاء على تقليل التداخلات ، مما يضمن تحسين الموثوقية والدقة والدقة في القياسات التي يقوم بها ICP-MS. تستغرق عملية تحضير العينة وقتا طويلا ولها إنتاجية منخفضة للعينة حيث يمكن أن يستمر التحضير عدة أيام (التجفيف ، التجانس ، الهضم الحمضي) ، مما يحد من عدد العينات التي يمكن تحضيرها في يوم واحد.

عند إجراء تحديد متعدد العناصر باستخدام ICP-MS ، يمكن مواجهة التداخلات الطيفية (متعددة الذرات ومتساوية الضغط). تجمع التداخلات متعددة الذرات ، التي تحدث عادة في البلازما ، بين نظيرين على الأقل ، بينما تمثل التداخلات متساوية الضغط نظائر العناصر الأخرى التي لها نفس m / z مثل التحليلاتالمقاسة 74. من المهم التخلص من هذه التداخلات (على سبيل المثال ، مع خلية تصادم). وبالإضافة إلى التداخلات الطيفية، تتأثر النتائج أيضا بالتداخلات غير الطيفية التي تتألف من إدخال عينة في جهاز ICP-MS، وتوزيع حجم قطرات الهباء الجوي، واستقرار البلازما، وانتقال الأيونات عبر السطح البيني وما إلى ذلك.75.

البروتوكول الموصوف هنا لديه القدرة على تطبيقات أخرى بصرف النظر عن تلك الخاصة بعينات الطعام. مع تعديلات طفيفة في خطوات التجانس والهضم الحمضي ، يمكن تكييفه لإعداد العينات غير العضوية ، التربة76 ، النفايات الإلكترونية28 ، إلخ. يمكن أن تتضمن التعديلات استخدام مواد كيميائية مختلفة ، وتغيير أحجامها ، وتغيير درجة حرارة الهضم لتناسب أنواع العينات المختلفة. علاوة على ذلك ، مع تطور التكنولوجيا والمنهجيات ، يمكن دمج المزيد من التحسينات والأتمتة في البروتوكول ، وزيادة كفاءته ، وتقليل الوقت الإجمالي لإعداد العينة.

باختصار ، يوضح هذا البروتوكول تجانس عينات الطعام في خلاط المختبر ، وهضم الحمض الرطب بمساعدة الميكروويف باستخدام خليط من 68٪ بالوزن HNO3 و 30٪ بالوزن H2O2 عند درجة حرارة وضغط مرتفعين ، وتحديد العناصر باستخدام ICP-MS. يمكن استخدام البروتوكول لتدريب الموظفين على إعداد العينات لتحديد العناصر حيث يوفر البروتوكول تعليمات خطوة بخطوة ويشرح النظرية الكامنة وراء التجانس وهضم الحمض وتحديد العناصر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgments

ويقر المؤلفان بالدعم المالي المقدم من وكالة البحوث السلوفينية (أرقام المنحة P2-0414 وP2-0118 وJ1-2470 وNK-0001 وJ1-4416).

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

الكيمياء ، العدد 202 ، التجانس ، هضم الحمض الرطب بمساعدة الميكروويف ، تحضير العينات ، عينات الطعام ، تحديد العناصر
تحضير عينات الطعام باستخدام التجانس وهضم الحمض الرطب بمساعدة الميكروويف لتحديد العناصر المتعددة باستخدام ICP-MS
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