Waiting
Elaborazione accesso...

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

Chemistry

הכנת דגימות מזון באמצעות הומוגניזציה ועיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל לקביעת רב-אלמנטים עם 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

הפרוטוקול המוצג מתאר הומוגניזציה של דגימות עם מערבל מעבדה, עיכול חומצה של דגימות מזון באמצעות תערובת של 68 wt% HNO3 ו- 30 wt% H2O2 באמצעות עיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל, וקביעה מרובת אלמנטים המבוצעת עם ספקטרומטריית מסות פלזמה מצומדת אינדוקטיבית.

Abstract

הכנת הדגימה חיונית לקביעת יסודות, וקיימות טכניקות שונות, שאחת מהן כוללת הומוגניזציה ואחריה עיכול חומצה. טיפול מיוחד נדרש במהלך הטיפול בדגימה בשלב ההכנה כדי למנוע או למזער זיהום פוטנציאלי ולנתח אובדן. הומוגניזציה היא תהליך שמקטין בו זמנית את גודל החלקיקים ומפיץ באופן אחיד את רכיבי הדגימה. לאחר הומוגניזציה, הדגימה עוברת עיכול חומצי, שבו היא מתעכלת עם חומצות וכימיקלים עזר בטמפרטורות גבוהות, והופכת דגימות מוצקות למצב נוזלי. בתהליך זה, מתכות במדגם המקורי מגיבות עם חומצות ליצירת מלחים מסיסים במים. דגימות שהוכנו באמצעות עיכול חומצה מתאימות לאנליזה יסודית באמצעות טכניקות כגון ספקטרומטריית מסה פלזמה מצומדת אינדוקטיבית, ספקטרוסקופיית פליטה אופטית פלזמה מצומדת אינדוקטיבית, ספקטרוסקופיית בליעה אטומית, שיטות אלקטרוכימיות וטכניקות אנליטיות אחרות. עבודה זו מפרטת את הכנת דגימות המזון לקביעה רב-אלמנטית באמצעות ספקטרומטריית מסות פלזמה מצומדת אינדוקטיבית. התהליך שלב אחר שלב כולל את תהליך ההומוגניזציה באמצעות מיקסר בגודל מעבדה עם להבים קרמיים, ואחריו עיכול חומצה בכלי סגור באמצעות עיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל. תערובת של 5.0 מ"ל של 68 wt% HNO3 ו 1.0 מ"ל של 30 wt% H2O2 משמש מגיב עזר. מדריך זה מספק הסבר על התהליכים המעורבים בשני השלבים.

Introduction

ניתוח אלמנטלי הוא תהליך אנליטי לקביעת הרכב היסוד של דגימות שונות. ניתן להשתמש בו כדי לשלוט בצריכת מתכות לגוף האדם (במיוחד מתכות כבדות1) מכיוון שהריכוזים הגבוהים שלהן עלולים לגרום לבעיות בריאותיות לא רצויות. מתכות כבדות הן גם אחד המזהמים הסביבתיים העיקריים, ולכן יש צורך בבקרה על נוכחותן בסביבה2. יתר על כן, ניתוח יסודי יכול לשמש כדי לקבוע את המקור הגיאוגרפי של מוצרי מזון3 ולשלוט על איכות משאבי המזון והמים4. בנוסף, הוא משמש לקביעת מיקרונוטריאנטים ומקרונוטריאנטים בקרקעות5 ולקבלת תובנות על תהליכים גיאולוגיים לאורך ההיסטוריה על ידי בחינת ההרכב הכימי של מינרלים ומשקעים6. כמו כן נעשו מחקרים כדי לקבוע את נוכחותן של מתכות נדירות בפסולת חשמלית ואלקטרונית להתחדשות מתכות נוספת7, להעריך את הצלחת טיפולים תרופתיים8, ולאמת את ההרכב היסודי של שתלי מתכת9.

ספקטרומטריית מסה פלזמה מצומדת אינדוקטיבית (ICP-MS) וספקטרוסקופיית פליטה אופטית פלזמה מצומדת אינדוקטיבית (ICP-OES) הן טכניקות נפוצות לניתוח יסודי של דגימות שונות10. הם מאפשרים קביעה בו זמנית של אלמנטים מרובים עם גבולות זיהוי (LOD) וגבולות כימות (LOQ) נמוכים כמו ng / L. באופן כללי, ל- ICP-MS ערכי LOD נמוכים יותר11 וטווח ריכוז ליניארי רחב יותר בהשוואה ל- ICP-OES12. טכניקות אחרות לקביעת הרכב היסוד הן ספקטרומטריית פליטה אופטית של פלזמה13 הנגרמת על ידי מיקרוגל ומספר גרסאות של ספקטרוסקופיית בליעה אטומית (AAS), כולל ספקטרוסקופיית בליעה אטומית של להבה, ספקטרוסקופיית בליעה אטומית אלקטרותרמית2, ספקטרוסקופיית ספיגה אטומית של אדים קרים, וספקטרוסקופיית בליעה אטומית של יצירת הידריד14. יתר על כן, קביעת יסודות עם LOD נמוך ו- LOQ אפשרית בשיטות אלקטרואנליטיות שונות, במיוחד עם וולטמטריית הפשטה אנודית15,16. כמובן, ישנן שיטות אחרות כדי לקבוע את הרכב היסוד של דגימות, אבל הם לא משמשים לעתים קרובות כמו שיטות הנ"ל.

קביעה יסודית ישירה של דגימות מוצקות אפשרית באמצעות ספקטרוסקופיית פירוק הנגרמת על ידי לייזר ופלואורסצנטיות קרני רנטגן17. עם זאת, עבור קביעת יסודות עם ICP-MS, ICP-OES, ו- AAS יש צורך להמיר דגימות מוצקות למצב נוזלי. לשם כך, עיכול חומצה מבוצע באמצעות חומצות ריאגנטים עזר (ברוב המקרים H2O2). עיכול חומצה מתבצע בטמפרטורה ולחץ גבוהים, המרת החלק האורגני של הדגימה למוצרים גזיים והמרת יסודות המתכת למלחים מסיסים במים, ובכך המסתם בתמיסה18.

ישנם שני סוגים עיקריים של עיכול חומצה, עיכול כלי דם פתוח ועיכול כלי דם סגור. עיכול כלי פתוח הוא חסכוני14 אך יש לו מגבלות, כגון טמפרטורת העיכול המקסימלית, אשר עולה בקנה אחד עם טמפרטורת הרתיחה של חומצות בלחץ אטמוספרי. ניתן לחמם את הדגימה על פלטות חמות, בלוקים לחימום, אמבטיות מים, אמבטיות חולות2, ועל ידי מיקרוגל19. על ידי חימום הדגימה באופן זה, חלק גדול מהחום שנוצר הולך לאיבוד לסביבה20, מה שמאריך את זמן העיכול14. חסרונות אחרים של עיכול כלי פתוח כוללים צריכה כימית גדולה יותר, אפשרות גדולה יותר של זיהום מהסביבה הסובבת, ואובדן אפשרי של אנליטים עקב היווצרות רכיבים נדיפים ואידויים שלהם מתערובת התגובה21.

מערכות כלי סגור נוחות יותר לעיכול דגימות אורגניות ואי-אורגניות בהשוואה למערכות כלים פתוחים. מערכות כלי סגור מנצלות מגוון מקורות אנרגיה לחימום הדגימות, כגון חימום הולכה ומיקרוגל22. שיטות עיכול המשתמשות בגלי מיקרו כוללות בעירה23 הנגרמת על ידי מיקרוגל, מערכות תא תגובה יחיד24, ועיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל (MAWD) 25,26. MAWD מאפשר עיכול בטמפרטורות הפעלה גבוהות יותר, הנעות בין 220°C ל-260°C ולחצים מרביים של עד 200 בר, בהתאם לתנאי העבודה של המכשיר27.

היעילות והקצב של MAWD תלויים במספר גורמים, כולל ההרכב הכימי של הדגימות, הטמפרטורה המקסימלית, שיפוע הטמפרטורה, הלחץ בכלי התגובה, כמות החומצות שנוספו וריכוז החומצות המשמשות28. ב- MAWD, עיכול חומצי מלא יכול להיות מושג תוך מספר דקות בשל תנאי התגובה הגבוהים בהשוואה לעיכול ארוך טווח במערכות כלי דם פתוחים. נפחים וריכוזים נמוכים יותר של חומצות נדרשים ב- MAWD, אשר עולה בקנה אחד עם הנחיות הכימיה הירוקה הנוכחיות29. ב MAWD, כמות קטנה יותר של דגימה לעומת עיכול כלי דם פתוח נדרש לבצע עיכול חומצי, בדרך כלל עד 500 מ"ג של מדגם מספיק 30,31,32. כמויות דגימה גדולות יותר עשויות להתעכל, אך הן דורשות כמות גדולה יותר של כימיקלים.

מכיוון שמכשיר MAWD שולט אוטומטית בתנאי התגובה והאדם אינו בא במגע ישיר עם הכימיקלים במהלך החימום, MAWD בטוח יותר לתפעול מאשר עיכול כלי דם פתוחים. עם זאת, האדם צריך תמיד להמשיך בזהירות בעת הוספת כימיקלים לכלי התגובה כדי למנוע מהם לבוא במגע עם הגוף ולגרום נזק. כלי תגובה גם צריכים להיפתח לאט כמו הלחץ נבנה בתוכם במהלך עיכול חומצה.

למרות עיכול חומצה היא טכניקה שימושית להכנת דגימות לקביעת יסוד, האדם המבצע את זה צריך להיות מודע למגבלות האפשריות שלה. עיכול חומצה עשוי שלא להתאים לכל הדגימות, במיוחד אלה עם מטריצות מורכבות ואלה שהן תגובתיות מאוד או יכולות להגיב בפיצוץ. לכן, הרכב מדגם תמיד צריך להיות מוערך כדי לבחור את הכימיקלים המתאימים ואת תנאי התגובה לעיכול מלא הממיס את כל האלמנטים הרצויים בתמיסה. חששות אחרים שעל המשתמש לקחת בחשבון, ולטפל בהם הם זיהומים ואובדן אנליטים בכל שלב של הכנת הדגימה. עיכול חומצה חייב להתבצע תמיד על פי כללים ספציפיים או באמצעות פרוטוקולים.

הפרוטוקול המתואר להלן מספק הוראות להומוגניזציה של דגימות מזון במיקסר בגודל מעבדה, הליך לניקוי רכיבי המיקסר, שקילה נכונה של הדגימה, הוספת כימיקלים, ביצוע עיכול חומצה על ידי MAWD, ניקוי כלי התגובה לאחר השלמת העיכול, הכנת הדגימות לקביעת יסודות, וביצוע קביעה כמותית מרובת אלמנטים עם ICP-MS. על ידי ביצוע ההוראות המפורטות להלן, יש להיות מסוגל להכין דגימה המתאימה לקביעת היסוד ולבצע את המדידות של דגימות מעוכלות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הומוגניזציה לדוגמה

  1. בעזרת סכין קרמית נקייה, חתכו ידנית את דגימות המזון (ברוקולי, פטריות, נקניקיות ואטריות) לחתיכות קטנות יותר כדי לזרז את תהליך הייבוש. להכין מספיק דגימות עבור מינימום של 6 עותקים משוכפלים של עיכול חומצה (להבטיח כי המסה המינימלית של דגימות יבשות הוא 1500 מ"ג).
    הערה: הגדלת שטח הפנים של הדגימה חושפת חלק גדול יותר של הדגימה לאוויר המחומם שמסביב, ומגדילה את קצב אידוי המים.
  2. הניחו את הדגימה בכוס זכוכית בנפח 250 מ"ל וייבשו אותה בטמפרטורה של 105°C למשקל קבוע באמצעות מייבש.
  3. מוציאים את הזכוכית עם הדגימה מהמייבש ומכניסים אותה לייבוש.
  4. תנו לדגימה להתקרר לטמפרטורת החדר.
    הערה: יש לשקול דגימות בטמפרטורה קבועה כדי להבטיח שהמשקל משקף במדויק את המסה. שינויי טמפרטורה יכולים להשפיע על נפח וצפיפות הדגימות שנמדדו.
  5. פתח את מייבש הזכוכית והעבר את הזכוכית עם הדגימה על האיזון האנליטי. מדוד את משקל הזכוכית עם הדגימה.
  6. לאחר סיום השקילה, החזירו את הדגימה למייבש.
    הערה: אם הדגימה התכווצה משמעותית במהלך הייבוש, ניתן להעביר אותה לכוס זכוכית קטנה יותר באמצעות מרית פלסטיק לשקילה נוחה יותר.
  7. חזור על התהליך כמתואר בשלבים 1.3-1.6 עד לקבלת משקל קבוע של הדגימה.
  8. הכניסו את הדגימה ההטרוגנית המיובשת לכוס המיקסר (ראו טבלת חומרים), וודאו שהיא לא תחרוג מהנפח המרבי של המיקסר.
  9. הכניסו את המיקסר למיקסר וסגרו את דלת השמירה (איור 1).
  10. לחץ על לחצן התחל כדי להפעיל את הלהבים לטחינה וערבוב הדגימה.
  11. מבצעים את הטחינה עד שהדגימה הופכת לאבקה דקה או לעיסה הומוגנית. כדי להשיג מוצר כזה, חזור על תהליך השחיקה מספר פעמים.
  12. כאשר הדגימה הומוגנית, כבו את המיקסר, פתחו את דלת השמירה והוציאו את כד המיקסר.
  13. הוציאו את הדגימה ההומוגנית מכוס המיקסר והעבירו אותה לכוס זכוכית נקייה של 50 מ"ל באמצעות מרית פלסטיק נקייה (איור 2).
    הערה: אם הדגימה קשה מדי ועלולה לגרום נזק לרכיבי המיקסר, כגון הלהבים וכוס המיקסר, ניתן ליצור הומוגניות באמצעים אחרים, כגון ריסוקה בטיט. מיקסרים בדרך כלל אינם מתאימים להומוגניזציה של חומרים קשים, דגימות קפואות או דגימות דליקות בקלות, מה שעלול לפגוע ברכיבי המיקסר. השימוש בממיסים אורגניים במיקסר אינו מומלץ.
    זהירות: יש להשתמש בציוד בטיחות ולוודא שדלת המיקסר סגורה כראוי כאשר להבי המיקסר מסתובבים במהירויות גבוהות.

2. ניקוי מיקסר

  1. הוסיפו מים טהורים במיוחד (ראו טבלת חומרים) לסימון של המיקסר הריקה.
  2. הכניסו את המיקסר למיקסר ובצעו את הליך הערבוב הסטנדרטי.
  3. מוציאים את הכד מהמיקסר ויוצקים את השפכים. במידת הצורך, חזור על התהליך עם מים טהורים במיוחד מספר פעמים עד שהמים נשארים נקיים גם לאחר הערבוב.
  4. הסר את הלהבים המזוהמים ואת אטם הסרעפת מהמיקסר ונקה אותם ביסודיות עם מים טהורים במיוחד.
    הערה: השתמש בדטרגנטים ניטרליים כדי לשפר את יעילות הניקוי, במיוחד כאשר מתמודדים עם דגימות עם תכולת שומן גבוהה, מכיוון שהשומן נדבק בקלות לפני השטח של מלאי המעבדה.
    אזהרה: יש ללבוש ציוד מגן מתאים, כגון כפפות, בעת הסרה וניקוי של הלהבים כדי להפחית את הסיכון לפציעות אפשריות מהקצוות החדים שלהם.
  5. יבשו את הרכיבים המנוקים במייבש בטמפרטורה של 105°C והכניסו אותם מחדש למיקסר.
    הערה: ודא שרכיבי המיקסר יבשים לחלוטין לפני התקנתם מחדש במיקסר, כדי למנוע סחבת של המים לדגימה הבאה.

3. שקילת מדגם

  1. הסר את מכסה הכיסוי מכלי התגובה TFM-PTFE 100 מ"ל trifluoromethoxyl-polytetrafluoroethylene TFM-PTFE33.
  2. הניחו את כלי התגובה הפתוח על האיזון האנליטי וודאו שהאיזון מפולס ומתאפס לפני כל מדידה (איור 3).
    הערה: השקילה חייבת להתבצע בטמפרטורת החדר. הימנע מאזורים שבהם תנודות טמפרטורה חמורות וזרימת אוויר עלולות להשפיע על המשקל הנמדד. יש לוודא שאזור השקילה נקי ונקי ממזהמים.
  3. מעבירים את הדגימה ההומוגנית לכלי התגובה באמצעות מרית פלסטיק ושוקלים 250 מ"ג מהדגימה. אין לשקול את הדגימה מתחת למגבלת המשקל המינימלית של האיזון האנליטי.
  4. לאחר השלמת השקילה, הניחו את מכסה הכיסוי על כלי התגובה כדי להגן על הדגימה מפני זיהום.
    הערה: חריגה ממגבלת המשקל של הליך העיכול עלולה לגרום לעיכול לא שלם. טפל בכלי הדגימה והתגובה בזהירות כדי למנוע זיהום חיצוני.

4. תוספת חומצה

  1. יוצקים כ 40.0 מ"ל של 68 wt% HNO3 ו 5.0 מ"ל של 30 wt% H2O2 לתוך כוסות זכוכית נפרדות 50 מ"ל, בהתאמה.
    הערה: כימיקלים חייבים להיות בעלי טוהר גבוה עם זיהומים של עקבות מתכת של פחות מ-1.0 מיקרוגרם/ליטר (ppb), באופן אידיאלי בטווח ה-ng/L (ppt). זיהומים מתכתיים עקבות משפיעים על הדיוק והחזרתיות של קביעת היסוד.
  2. מניחים את כלי התגובה במכסה אדים, פותחים את מכסי הכיסוי ומוסיפים את הכרכים המוזכרים להלן של 68 wt% HNO3 ו- 30 wt% H2O2 עם פיפטות אוטומטיות של 1 מ"ל או 5 מ"ל, בהתאם למפרט הבא:
    1. ברוקולי, פטריות, נקניקיות ואטריות; עבור 250 מ"ג של מדגם להוסיף 5.0 מ"ל 68 wt% HNO3 ו 1.0 מ"ל 30 wt% H2O2. הכינו שלושה עותקים משוכפלים לכל דגימה.
    2. כדי לקבוע את דיוק השיטה (במונחים של התאוששות, Rec), השתמש בהליך המתואר בשלב 4.2.1 והוסף 37.5 μL של 100 מ"ג / ליטר ICP פתרון סטנדרטי רב אלמנטים (ראה טבלה של חומרים) לתוך כלי התגובה באמצעות פיפטה אוטומטית 200 μL. עבור כל מדגם, להכין שלושה עותקים משוכפלים.
      הערה: הנפח של 37.5 μL נבחר מכיוון שהוא מתאים לעלייה של 15.0 מיקרוגרם / ליטר עבור תמיסות ספייק של דגימות בהשוואה לריכוז בתמיסות שאינן ספייק של דגימות. יתר על כן, העלייה בריכוז עבור תמיסה ספייק של דגימות תואמת את הריכוז הסופי כי הוא עדיין בטווח ריכוז ליניארי עבור כל analyte נמדד.
    3. הכן דגימה ריקה באותו נפח של 68 wt% HNO3 ו- 30 wt% H2O2 המשמש לעיכול דגימות מזון בשלב 4.2.1. עבור דגימה ריקה, אל תוסיף את הדגימה לכלי התגובה.
      אזהרה: HNO3 המשמש לעיכול הוא מאכל ומייצר אדים. מסיבה זו, תוספת חומצה חייבת להתבצע במכסה אדים. יש להשתמש בציוד מגן מעבדה סטנדרטי (כפפות, משקפי מגן ומעיל מעבדה). אם יש מגע עם חומצה, האזור הפגוע צריך להיות שטוף מיד תחת זרם של מים קרים, ועזרה רפואית יש לחפש.
  3. הניחו את מכסה הכיסוי על כלי התגובה ואפשרו לדגימות להגיב עם תוספת של 68% HNO3 ו-30 wt% H2O2 למשך 2-3 דקות.
  4. הברג את מכסה החוט על הכלי והדק את מכסי הכיסוי.
  5. נערו את כלי התגובה באמצעות תנועות ידיים קלות כדי לשלב את הדגימות במלואן בכימיקלים.
    הערה: אין להשאיר את הדגימות על הקירות או המכסים של כלי התגובה, שכן קיימת אפשרות שהם לא יעוכלו לחלוטין.

5. עיכול חומצה רטובה בעזרת מיקרוגל

  1. הפעילו את מערכת המיקרוגל (ראו טבלת חומרים) לעיכול חומצה על-ידי לחיצה על כפתור ההתחלה (איור 4).
  2. פתחו את דלת תנור המיקרוגל והוציאו את המתלה.
  3. פזרו את כלי התגובה הסגורים באופן סימטרי בארון התקשורת כדי להבטיח הקרנה אחידה של הדגימות על ידי גלי מיקרו.
  4. הכניסו את המדף לתא המיקרוגל והרכיבו אותו על מחזיק (איור 5).
  5. סגרו את דלת תנור המיקרוגל.
  6. הגדר תוכנית עיכול מתאימה על מסך המגע של תנור המיקרוגל באמצעות כלי בצורת עט. בחרו שיפוע טמפרטורה מתאים, את הטמפרטורה הסופית ואת מספר הדגימות שיש לעכל. תוכנית העיכול המומלצת לדגימות מזון שונות מפורטת להלן:
    1. ברוקולי, פטריות, נקניקיות ואטריות: עלייה של 10 דקות ל-160°C, עלייה של 10 דקות ל-200°C, 15 דקות ב-200°C, הספק מרבי 900°C.
  7. הפעל את תוכנית העיכול ועקוב אחר השינוי בתנאי התגובה על המסך. עצור את תהליך העיכול אם הטמפרטורה אינה עולה על פי התוכנית שנקבעה.
    הערה: במהלך העיכול ניתן לראות קפיצות פתאומיות בטמפרטורה על מסך תנור המיקרוגל. הם מתרחשים כאשר הדגימות מגיבות באופן אקסותרמי עם הכימיקלים. מערכת המיקרוגל תווסת באופן אוטומטי את הטמפרטורה על ידי התאמת הספק היציאה.
  8. המתן עד להשלמת העיכול בעזרת מיקרוגל וטמפרטורת הדגימה יורדת.
  9. פתחו את דלת תנור המיקרוגל והוציאו את המתלה מתא תנור המיקרוגל. סגור את הדלת וכבה את המכשיר.
  10. הסר את כלי התגובה מהמדף והמתן עד שיתקררו לטמפרטורת החדר.
  11. פתח לאט את מכסה המכסה באופן ידני כדי לשחרר את הגזים שנוצרו במהלך עיכול חומצה. סובבו את כלי התגובה לכיוון מכסה האדים (איור 6).
  12. להסיר לחלוטין את הכיסוי ולשטוף את הכיסוי ואת הקירות של כלי התגובה עם כמות קטנה של מים טהורים במיוחד.
  13. מעבירים כמותית את תכולת כלי התגובה לבקבוק נפחי נקי מזכוכית בנפח 25 מ"ל דרך משפך זכוכית על ידי שטיפה חוזרת ונשנית של הכיסוי וכלי התגובה במים טהורים במיוחד.
  14. לדלל את הדגימה עם מים טהורים במיוחד לסימן של בקבוק נפחי. סגור את הבקבוק הנפחי עם פקק ומערבב את התוכן של בקבוק נפחי.
    הערה: יש לבצע דילול נוסף של הדגימות המעוכלות עם מים אולטרה-טהורים מכיוון שהן צריכות להכיל פחות מ-5% (V/V) של חומצה שיורית34 ופחות מ-2 גרם לליטר של יסודות מומסים, המכונים גם מוצקים מומסים35.
  15. קח מזרק פלסטיק 20 מ"ל וחבר אותו עם מסנן מזרק פוליאמיד (קוטר 25 מ"מ, גודל נקבוביות 0.20 מיקרומטר). מלא את מזרק הפלסטיק בדגימה המדוללת וסנן את תכולתו לצינור צנטריפוגת פלסטיק של 50 מ"ל על ידי הפעלת לחץ. השתמש מזרק פלסטיק חדש מסנן מזרק עבור כל דגימה כדי למנוע כל זיהום צולב.
    הערה: יש לסנן דגימות כדי להסיר חומרים בלתי מסיסים או חלקיקים מוצקים שעשויים להישאר לא מעוכלים לאחר MAWD. חלקיקים אלה עלולים להפריע למדידות קביעת יסודות על ידי סתימת רכיבי המכשיר. בעת סינון הדגימות, הקפד להשליך את שתי הטיפות הראשונות. השתמש מסננים הידרופיליים (עשוי פוליאמיד) עבור תמיסות מימיות. מסננים הידרופוביים (PTFE) אינם מתאימים לסינון של תמיסות מימיות מכיוון שהם דורשים לחץ מופעל גבוה יותר, מה שעלול לגרום לקרע קרום36.
  16. סגור את צינור צנטריפוגת הפלסטיק 50 מ"ל עם מכסה בורג ושים את הדגימה במקרר עד המדידות.
    הערה: דגימות מעוכלות מאוחסנות במקרר בטמפרטורות נמוכות יותר כדי לשמר אותן ולהאריך את זמן האחסון שלהן.

6. ניקוי כלי תגובה

  1. לאחר שהדגימות המעוכלות הועברו לצלוחיות נפחיות של 50 מ"ל, הוסף 5.0 מ"ל של 68 wt% HNO3 ו- 5.0 מ"ל של מים טהורים במיוחד עם פיפטות אוטומטיות של 5 מ"ל לכלי התגובה.
  2. סגור את כלי התגובה עם מכסי הכיסוי והכנס אותם למתלה. מעבירים את המדף לתא תנור המיקרוגל.
  3. החל את תוכנית המיקרוגל הבאה: 15 דקות להגדיל ל 160 ° C, 10 דקות להגדיל ל 180 ° C, הספק מרבי 900 W.
  4. נטרו את תנאי התגובה במהלך החימום. לאחר השלמת החימום, תן לכלי התגובה להתקרר.
  5. פתחו את תנור המיקרוגל, הוציאו את כלי התגובה מהמדף ופתחו אותם באיטיות במכסה האדים.
  6. השליכו את תכולת כלי התגובה למיכלי פסולת פלסטיק.
  7. שטפו את כלי התגובה במים טהורים במיוחד כדי להסיר עודפי חומר או כימיקלים.
  8. יבשו את כלי התגובה במייבש בטמפרטורה של 105°C לפני השימוש הבא.
    הערה: אותו הליך מיקרוגל (זמן, הספק, שיפוע טמפרטורה ונפח של כימיקלים) המשמש לעיכול חומצה של דגימות עשוי לשמש לניקוי כלי התגובה. לחלופין, ניתן לנקות את כלי התגובה ללא מערכת המיקרוגל על ידי טבילתם ב- HNO3 או HCl מרוכזים למשך מספר שעות ושטיפתם במים טהורים במיוחד.

7. קביעה מרובת אלמנטים עם ICP-MS

  1. קחו את צינורות צנטריפוגות הפלסטיק בנפח 50 מ"ל המכילות את הדגימות המעוכלות מהמקרר ואפשרו להן להתחמם לטמפרטורת החדר.
  2. לדלל את הדגימות פי 10 כדי להקטין את ריכוז החומצה במדגם המעוכל ולהקטין את ריכוז הרכיב במטריצת הדגימה. באמצעות פיפטה אוטומטית, להעביר 2.50 מ"ל של הדגימה לתוך בקבוק נפח זכוכית 25 מ"ל ולאחר מכן למלא אותו עד הסימן עם מים טהורים במיוחד.
  3. מעבירים את הדגימות המדוללות לתוך צינורות פלסטיק 15 מ"ל ומניחים אותם במקומות המתאימים בדוגם האוטומטי.
  4. הכן את מכשיר ICP-MS (ראה טבלת חומרים) למדידות:
    1. הפעל את האוורור ואת הצ'ילר המספק ל- ICP-MS מי קירור ומקרר את רכיביו.
    2. השתמש בתוכנה התואמת כדי להבטיח שתמיסת השטיפה (1 wt% HNO3) תזרום ברציפות מהדוגם האוטומטי ל- ICP-MS מבלי לפעום.
    3. בלוני גז Open Ar (99.999% טוהר) ו-He (99.999% טוהר) כדי לספק ל-ICP-MS את שני הגזים. בדוק את זרימת הגז בתוכנה והתאם אותה במידת הצורך.
      הערה: השתמש בתא התנגשות עם גז He כאשר צפויות הפרעות ספקטרליות עקב היווצרות יונים פוליאטומיים (למשל, 40Ar16O+ המפריעים ל- 56Fe+)37.
    4. הפעל את הפלזמה וכייל את המכשיר באמצעות פתרון הכוונון (ראה טבלת חומרים).
    5. לאחר כיול המכשיר (מיקום לפיד, מתח הגברה, מתח עדשה, מסה/רזולוציה, כיול פולס/אנלוגי (P/A), כיול מסד נתונים (DB) ותיקוף), בחר את שיטת המדידה הרצויה ובצע את המדידות.
  5. בעת עבודה עם דגימות לא ידועות, לבצע קביעה כמותית למחצה כדי לקבל מידע על אילו אלמנטים נמצאים במדגם ואת הריכוז המשוער שלהם.
    הערה: מומלץ גם לדלל את הדגימות לקביעה כמותית למחצה מכיוון שלגלאים יש גבול לריכוז האלמנטים שהם יכולים לזהות בבת אחת. ריכוזי דגימה נמוכים יותר יכולים להאריך את חיי רכיבי המכשיר.
  6. לאחר קבלת הנתונים על הריכוזים המשוערים של האלמנטים בדגימות, צור שיטה לקביעת היסוד הכמותי בתוכנה. בחר את תנאי ההפעלה של ICP-MS (טבלה 1) ובחר את האלמנטים הרצויים (במקרה הנוכחי Cu, Fe, MN ו- Zn). קבע את מספר וריכוזי התמיסות של התקן הדרוש ליצירת עקומת כיול (המכונה לעתים עקומה אנליטית או עקומת עבודה) (טבלה 1).
    הערה: הכינו לפחות שישה ריכוזים שונים כנקודות כיול לעקומת הכיול.
  7. הכינו פתרונות סטנדרטיים לעקומת הכיול. באמצעות פיפטות אוטומטיות, פיפטה את הנפח הנדרש של 100 מ"ג / ליטר תמיסות סטנדרטיות מרובות אלמנטים לתוך 25 מ"ל זכוכית צלוחיות נפחיות, כדי להכין תמיסות של תקנים עם הריכוזים הבאים: 1.0 מיקרוגרם / ליטר, 2.5 מיקרוגרם / L, 5.0 מיקרוגרם / L, 10.0 מיקרוגרם / L, 20.0 מיקרוגרם / L, 30.0 מיקרוגרם / L, 40.0 מיקרוגרם / L ו 50.0 מיקרוגרם / ליטר. מלא את הצלוחיות עד לסימן עם 1 wt% HNO3. בנוסף, הכן כיול ריק באמצעות פתרון HNO3 של 1 wt%.
  8. העבר את התמיסות המוכנות של תקן ודגימות לתוך צינורות פלסטיק 15 מ"ל, מקם אותם לתוך autosampler, ולהתחיל את המכשיר בעקבות ההליך המתואר בשלב 7.4.
  9. בצע את המדידה הכמותית של האלמנטים שנבחרו באמצעות מתודולוגיית עקומת הכיול.
  10. לאחר השלמת המדידות, כבה את הפלזמה, סגור את אספקת הגז Ar ו- He, כבה את צ'ילר ICP-MS וכבה את מערכת האוורור.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

הומוגניזציה
כל הדגימות יובשו למסה קבועה עם מייבש המעבדה כדי לסלק כל לחות. העברת הדגימה למייבש אפשרה לה להתקרר לטמפרטורת החדר מבלי לקשור לחות מהסביבה. דגימות המזון עברו הומוגניות באמצעות מערבל המעבדה כדי לקבל אבקה דקה. החלקיקים ההומוגניים שהתקבלו היו אחידים בגודלם והתפזרו באופן שווה, מה שהבטיח כי תת-דגימות (דגימות שנלקחו ממדגם גדול יותר) המשמשות לעיכול חומצה היו מייצגות. הדגימות נשלפו בקלות מכוס המיקסר בעזרת מרית פלסטיק, למעט דגימת הבשר המיובש, שהיה מאתגר יותר להסרה בשל תכולת השומן הגבוהה שלו. תכולת שומן גבוהה יותר גרמה לדגימה להיצמד חלקית לדפנות הזכוכית של המיקסר. ההשוואה בין דגימות טריות, מיובשות והומוגניות מוצגת באיור 2.

היה צורך לנקות את רכיבי המכשיר מספר פעמים במים טהורים במיוחד כדי לחסל את כל חלקיקי המזון שנותרו במיקסר.

חיוני להבטיח כי המסה השקולה של המדגם אינה עולה על הערך המרבי המותר בכלי התגובה. השקילה בוצעה באמצעות איזון אנליטי בטמפרטורה קבועה, ומרית פלסטיק שימשה למניעת זיהום במתכות שעלולות לנבוע מריות מתכת.

עיכול חומצה
כל הדגימות ששימשו בפרוטוקול היו דגימות מזון שהכילו כמויות שונות של פחמימות, חלבונים ושומנים. HNO3, בשילוב עם H2O2, מתאים לעיכול של מולקולות אלה, ואין צורך בכימיקלים אחרים. הכימיקלים טופלו במנדף מאחר ו-HNO3 יוצר אדים. לאחר הוספת הכימיקלים לכלי התגובה TFM-PTFE, מכסי כיסוי הותקנו בחלק העליון של כלי התגובה ואטמו היטב כדי למנוע זיהום אפשרי ואובדן אנליטי. כלי התגובה פוזרו באופן סימטרי במדף כדי להבטיח הקרנת מיקרוגל אחידה בתוך מערכת המיקרוגל.

במהלך העיכול החומצי, הדלת של מערכת המיקרוגל הייתה סגורה, ולא ניתן היה לפתוח את הדלת עד סוף הפרוטוקול. ניתן לעקוב אחר כל תהליך עיכול החומצה על מסך המכשיר, ולהראות את שינוי הטמפרטורה עם הזמן (איור 7).

לאחר שהושלם עיכול החומצה והתמיסות של הדגימות המעוכלות התקררו לטמפרטורת החדר, כלי התגובה נפתחו במכסה האדים. הם נפתחו לאט ככל האפשר. אם הלחץ משתחרר מהר מדי, אפילו טיפות קטנות של תערובת התגובה עלולות לברוח, וכתוצאה מכך לאבד את האנליט. כאשר כלי התגובה נפתחו, גז צהוב או צהוב-כתום שוחרר (איור 8). ניתן לייחס את צבע האדים ל-NO2, היוצר אדים כתומים בטמפרטורות גבוהות יותר. עליית הלחץ בכלי התגובה נבעה מחמצון דגימות מזון עם HNO3, וכתוצאה מכך היווצרות גזים כגון CO2, H2O, NO וכו '. לאחר שכלי התגובה נוטרלו, תמיסה צהובה בהירה או חסרת צבע של הדגימה המעוכלת נשארה בכלי התגובה, מה שמצביע על כך שהושג עיכול חומצי כולל על ידי MAWD. זה אושר עוד יותר על ידי היעדר חלקיקים גלויים שנותרו בתמיסה.

השלב האחרון של הכנת הדגימה כלל דילול הדגימות המעוכלות במים טהורים במיוחד כדי להפחית את החומציות השיורית (RA). ערכי RA גבוהים מפריעים למדידות על ידי הגדלת אות הרקע. דילול גם מקטין את ריכוז יוני המתכת בדגימה הנוזלית26. בעת העברת הפתרון של דגימות מעוכלות לתוך צלוחיות volumetric, המרכיבים של כלי התגובה נשטפו ביסודיות עם מים טהורים במיוחד כדי להעביר לחלוטין את האנליטי. בעיה אחת המתרחשת היא כי טיפות קטנות של מים טהורים במיוחד, אשר עשוי להכיל את האנליטי של עניין, לדבוק הקירות של כלי תגובה. לאחר דילול עם מים טהורים במיוחד לסימן 25 מ"ל, כל הדגימות הפכו חסרות צבע. התמיסות הסופיות של הדגימות המעוכלות הכילו מלחים מסיסים במים, שכן יסודות המתכת שהיו נוכחים בדגימה הגיבו עם HNO3 ליצירת חנקות מסיסות מאוד. טכניקות ניתוח אלמנטליות יכולות לקבוע את יוני המתכת היוצרים מלחים מסיסים במים. בעת סינון התמיסות המדוללות, חשוב להשליך את הטיפות הראשונות כדי להבטיח שכל החלקיקים או המזהמים יוסרו. לאחר הסינון, התמיסות נאטמו היטב כדי למנוע דליפה ולאחר מכן אוחסנו במקרר.

המגבלה העיקרית של הליך העיכול חומצה היא תפוקת הדגימה. מערכת MAWD יכולה לעכל רק מספר מוגבל של דגימות בכל פעם. בנוסף, כל עיכול ושלב הכנת הדגימה הבאים יכול להימשך מספר שעות. יתר על כן, ניקוי כלי תגובה הוא גם זמן רב, אבל זה חיוני כדי למזער את הסיכון של זיהום צולב בין דגימות.

קביעה מרובת אלמנטים עם ICP-MS
עבור כל אלמנט נבנתה עקומת כיול. הם הושגו על-ידי שרטוט העוצמה כפונקציה של ריכוזי אנליטים (איור 9). טווחי הריכוז הליניארי של כל היסודות שנמדדו היו בטווח שבין 1.0 מיקרוגרם/ליטר ל-50.0 מק"ג/ליטר.

LOD ו- LOQ עבור כל רכיב חושבו באמצעות משוואה 1 ומשוואה 2, בהתאמה. בשתי המשוואות, sblank מייצג את סטיית התקן של מספר מדידות של כיול ריק (10 עותקים משוכפלים)38,39, בעוד b1 מייצג את שיפוע עקומת הכיול.

Equation 1(1)

Equation 2(2)

ה- LODs שהתקבלו היו 0.5 ng/L, 2.8 ng/L, 2.8 ng/L ו- 3.2 ng/L עבור Mn, Cu, Fe ו- Zn, בהתאמה. ה-LOQs שהתקבלו היו 1.6 ng/L, 9.2 ng/L, 9.5 ng/L ו-10.8 ng/L עבור Mn, Cu, Fe ו-Zn, בהתאמה.

בוצעו שישה עיכול משוכפל של כל דגימה. שלושה עיכול משוכפל של כל דגימה בוצעו מבלי להקפיץ את הדגימה בתמיסות סטנדרטיות, ושלושה עיכול משוכפל בוצעו בתוספת תמיסה של כמות ידועה של תקן אנליטי כדי לבדוק את הדיוק (בדיקת התאוששות ספייק40) ואת הדיוק של המתודולוגיה כולה. לצורך קביעת דיוק לפני הליך העיכול, 37.5 מיקרוליטר של תמיסה סטנדרטית רב-אלמנטית ICP של 100 מ"ג/ליטר ICP הוחדרו לכלי התגובה המכילים את הדגימה, מה שהביא לעלייה בריכוז של 15.0 מיקרוגרם/ליטר בדגימות ספייק שדוללו פי 10. זה גם התאים לעלייה של 15.0 מיקרוגרם לגרם דגימה עבור כל יון מתכת שנמדד. הדיוק והדיוק נקבעו באמצעות Rec וסטיית תקן יחסית (RSD), בהתאמה.

ניתן להעריך את הדיוק של שיטה אנליטית על ידי מבחן התאוששות ספייק. לשם כך מתווספת לדגימה, תמיסה של כמות ידועה של תקן אנליטי, אשר מתעכל לאחר מכן באותם תנאי תגובה כמו דגימות שאינן מעוגלות41. ה- Rec מחושב באמצעות משוואה 3, כאשר γi הוא הריכוז הנמדד של הדגימות המתוסרטות לאחר העיכול, בעוד γt מייצג את הריכוז שנקבע של הדגימה הלא מעוקמת על ידי התחשבות בהגדלת התמיסה הנוספת של תקן אנליטי. γi ו-γt הם ממוצעים של שלושת העותקים המשוכפלים. השיטה האנליטית נחשבת מדויקת כאשר Rec נמצא בטווח של 80.00%-120.00%42.

Equation 3(3)

הדיוק של שיטה אנליטית מוערך עם RSD. הוא מתאר את סמיכות ההסכמה בין תוצאות בלתי תלויות, שהתקבלו באמצעות מספר מדידות משוכפלות. RSD מחושב באמצעות משוואה 4, כאשר sm מייצג את סטיית התקן של המדידות המשוכפלות עבור קביעת הריכוז, בעוד Equation 4 מייצג את הערך הממוצע של הריכוזים שנקבעו. השיטה האנליטית נחשבת מדויקת אם ערך ה- RSD נמוך מ- 20.00%43.

Equation 5(4)

כל הדגימות דוללו במים אולטרה-טהורים פי 10 לפני מדידות ICP-MS (עבור קבוצת המדידות הראשונה). הדילול הפחית את ריכוז רכיבי המטריצה שהוכנסו למנתח. יתר על כן, על ידי דילול המדגם, RA פוחתת. RA גבוה עלול לפגוע ביעילות היינון של הפלזמה או לגרום לבעיות הפרעה במטריצה. אם ריכוז האנליטים לאחר קבוצת המדידות הראשונה נמוך מה- LOQ, גורם הדילול צריך להיות נמוך מ -10. כימות יוני המתכת בוצע באמצעות עקומת כיול. ערכי התוצאות המחושבות צריכים להיות בעלי דיוק זהה (אותו מספר של דמויות משמעותיות) כמו הפתרון של התקן המשמש לכיול. תכולת יוני המתכת בדגימה בוטאה כמק"ג לגרם משקל (מק"ג/גרם). זה הושג על ידי הכפלת ריכוז המסה הנמדד של המדגם מנותח עם גורם דילול כדי לקבל את הריכוז במדגם המקורי מעוכל. ריכוז מסה זה הוכפל אז בנפח הדגימה המעוכלת (25 מ"ל) ולאחר מכן חולק במסה השקולה הראשונית של הדגימה ההומוגנית (המסה המשוקללת הראשונית היא מסת הדגימה המשוקללת בכלי התגובה של ה- MAWD). כל הערכים מדווחים כממוצע של שלושה עותקים משוכפלים.

התוכן המדווח של האלמנטים להלן ניתן כ Equation 4 - ± sm. התוכן של Cu, MN ו-Zn בדגימת הברוקולי היה 5.9 ±-0.5 מק"ג/גרם, 32.5 ±-2.7 מק"ג/גרם ו-42.8 ±-0.2 מק"ג/גרם, בהתאמה. ריכוז המסה שנקבע של Fe בדגימות ברוקולי חרג מהגבול העליון של טווח הריכוז הליניארי של עקומת הכיול (כלומר, 50.0 מיקרוגרם/ליטר). לפיכך, הפתרון של המדגם היה מדולל עם מים טהורים במיוחד על ידי גורם של 2, ואת מדידת ICP-MS של פתרון זה בוצעה. התוצאות הראו כי הברוקולי הכיל 63.0 ± 1.9 מק"ג/גרם Fe.

עבור הפטרייה, התוכן של Zn, Fe, Cu ו- Mn היה 35.6 ± 1.4 מיקרוגרם/גרם, 30.4 ± 1.3 מיקרוגרם/גרם, 18.5 ± 1.0 מיקרוגרם/גרם ו-5.4 ± 0.3 מיקרוגרם/גרם, בהתאמה. נקניקיות הכילו 42.2 ± 0.9 מיקרוגרם/גרם של Fe, 25.1 ± 2.6 מיקרוגרם/גרם של Zn, ו-1.0 ± 0.1 מיקרוגרם/גרם של Cu. הקביעה הרב-אלמנטית עם ICP-MS של התמיסה המעוכלת, אשר דוללה 10 פעמים, הראתה כי ריכוז Mn היה נמוך מהגבול התחתון של טווח הריכוז הליניארי (כלומר, 1.0 מיקרוגרם / ליטר). לפיכך, הפתרון המקורי של מדגם הנקניק דולל רק על ידי גורם של 5, ואת הקביעה מרובת אלמנטים עם ICP-MS חזר על עצמו. התוכן של Mn בדגימות נקניק נקבע להיות 0.9 ± 0.3 מיקרוגרם / גרם. האטריות הכילו 5.4 ± 2.8 מיקרוגרם/גרם של Zn, 10.3 ±-1.2 מיקרוגרם/גרם של Fe, 1.6 ±-0.3 מיקרוגרם/גרם של Cu ו-7.5 ± 0.2 מיקרוגרם/גרם של Mn.

ה- Rec עבור כל האנליטים שנמדדו בכל ארבע הדגימות היה בטווח של 80.00%-120.00%, המציין את דיוק השיטה האנליטית. החישובים הראו כי השיטה האנליטית הייתה מדויקת, שכן ערכי ה- RSD היו מתחת ל- 20.00%, מלבד RSD עבור Zn בדגימות אטריות. התוצאות מדווחות בטבלה 2.

Figure 1
איור 1: מערבל מעבדה המשמש להומוגניזציה של דגימות מזון. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: השוואה בין דגימות טריות, מיובשות והומוגניות. (A-D) דוגמאות טריות של ברוקולי, פטריות, נקניקיות ואטריות. (E-H) דגימות מיובשות של ברוקולי, פטריות, נקניקיות ואטריות. (I-L) דגימות הומוגניות של ברוקולי, פטריות, נקניקיות ואטריות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: שקילת הדגימה על מאזן אנליטי. פעולה זו מתבצעת מלמעלה על ידי פתיחת הדש העליון. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: מערכת מיקרוגל. מערכת מיקרוגל לעיכול חומצה עם מסך מגע צדדי לבחירת תנאי תגובה ומעקב אחר תהליך עיכול החומצה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: רכיבים המשמשים לעיכול חומצה בסיוע מיקרוגל. (A) מדף עם 14 כלי תגובה לעיכול חומצה בתוך תא תנור המיקרוגל. (B) כלי התגובה TFM-PTFE מורכבים משלושה חלקים. ברגע שהכלים סגורים עם מכסים, לא הדגימה ולא הגזים יכולים לברוח או להיכנס לכלי התגובה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: פנים כלי התגובה כשהם נפתחים במכסה האדים. (A) הצבע הצהוב-כתום של האדים נובע מ-NO2 שנוצר במהלך עיכול חומצי. (B) הצבע הצהוב של התמיסה של הדגימה המעוכלת לאחר שרוב הגזים ברחו מכלי התגובה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: שינוי הטמפרטורה עם הזמן. תרשים המציג את שינוי הטמפרטורה כפונקציה של הזמן במהלך עיכול חומצה עם MAWD. T2 מייצג את הטמפרטורה של תערובת התגובה בתוך כלי התגובה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: פתיחת כלי התגובה מתחת למכסה המנוע, שם משתחררים גזים צהובים-כתומים. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 9
איור 9: דוגמה לעקומת כיול עבור Mn. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 10
איור 10: מכשיר ICP-MS המשמש לקביעה מרובת אלמנטים. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

טבלה 1: תנאי ההפעלה של מכשיר ICP-MS. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

טבלה 2: ערכי Rec ו-RSD של ברוקולי, פטריות, נקניקיות ואטריות. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הומוגניזציה
כדי להבטיח תוצאות ניתנות לשחזור בקביעת יסוד, יש צורך הומוגניזציה של דגימות לפני עיכול חומצה בשל המבנה המורכב והלא הומוגני שלהם והרכבם. הומוגניזציה נועדה לחסל את ההטרוגניות החוקתית והחלוקתית. ערבוב המדגם ממזער את ההטרוגניות החלוקתית על ידי חלוקה מחדש של רכיבים באופן שווה לאורך המדגם. באופן דומה, על ידי הורדת גודל החלקיקים לגודל אחיד, ההטרוגניות החוקתית מצטמצמת44. תת-הדגימות המתקבלות מההומוגנט חייבות להכיל את אותו יחס רכיבים כמו המדגם המקורי כדי להיות מייצגות45.

הומוגניזציה מושגת על ידי הפעלת כוח לפירוק הדגימה לחלקיקים קטנים יותר46. הדגימות עשויות להיות הומוגניות על ידי חיתוך, קיצוץ, גזירה, ריסוק, טחינה או ערבוב. עם זאת, השיטה המתאימה חייבת לקחת בחשבון את מידת הקשיות, השבירות, השחיקה, הגמישות, הצורה והיכולת של הדגימה להיצמד למרכיבי ההומוגנייזר שיטה47.

את הדגימה ניתן לרסק ידנית עם מזיק וטיט או טחון במגוון טחנות (טחנת סכין, טחנת חיתוך, טחנת כדורים, טחנת מיקסר וכו '), וצורות אחרות של הומוגנייזרים48. מערבלים קטנים בגודל מעבדה עם להבי קרמיקה או מתכת משמשים בדרך כלל להומוגניזציה מכיוון שהם מקטינים במהירות את גודל החלקיקים על ידי פירוק וערבוב בו זמנית של הדגימה. טחינת דגימות לחלקיקים הומוגניים קטנים יותר מגדילה את שטח הפנים הספציפי, מה שמאיץ את עיכול החומצה על ידי MAWD.

עם זאת, יש להקפיד להימנע מכל זיהום עקב שחיקה במהלך השחיקה. דגימות לא צריך להיות הומוגני עם להבים המכילים את אותן מתכות כמו אלמנטים להיקבע לאחר עיכול חומצה. כתוצאה מכך, להבים קרמיים משמשים לעתים קרובות יותר בהשוואה ללהבי מתכת. הומוגניזציה היא לעתים קרובות גורם תורם מרכזי לזיהום צולב, בדרך כלל ממלאי ורכיבי מכשירים שנוקו בצורה לא נכונה, וכתוצאה מכך טעויות שיטתיות. לאחר השימוש, כל רכיב של המיקסר צריך להיות ניקה היטב שטף עם מים טהורים במיוחד.

טחינה קריוגנית משמשת בעת הומוגניזציה של דגימות שקשה יותר לשבור. הדגימה מוקפאת, באמצעות חנקן נוזלי (בעל 196°C-), מה שהופך אותה לפריכה וקלה יותר להומוגניזציהשל 49,50.

עיכול חומצה
אחת החומצות המחמצנות הנפוצות ביותר בהליכי עיכול חומצה היא HNO3. זה משמש בדרך כלל בשילוב עם כמות נמוכה של H2O2, אשר מגביר את כוח חמצון של החומצה, ובכך לשפר את יעילות העיכול20. תערובת של שני כימיקלים אלה משמשת לעתים קרובות לעיכול דגימות אורגניות, כולל דגימות מזון51. עיכול דגימות אורגניות ב- MAWD מתבצע בלחץ גבוה ובטמפרטורות העולות על נקודת הרתיחה (121 מעלות צלזיוס) של אזוטרופ HNO3 בלחץ אטמוספרי27. ב MAWD נקודת הרתיחה של HNO3 עולה ל 176 ° C כאשר הלחץ גדל ל 5 אטמ'27. הטמפרטורה שבה מתבצע עיכול חומצה ב-MAWD אינה יכולה להיות מושגת במערכות פתוחות מכיוון שה-HNO3 יתאדה, מה שיפחית את יעילות העיכול החומצי.

במהלך העיכול בכלי סגור על ידי MAWD, HNO3 מגיב עם הדגימה האורגנית בתנאי תגובה קשים, ויוצר תוצרים גזיים כגון CO2, H2O ו- NO (משוואה 5)52,53. היתרון בשימוש בכלי תגובה סגורים הוא הנפח והריכוז הנמוכים יותר של החומצה הדרושה לעיכול, שכן HNO3 מתחדש כל הזמן. תהליך התחדשות זה מתרחש כל עוד O2 נמצא בכלי התגובה. המקור העיקרי של O2 הוא H2O2, שאינו יציב תרמית ומתפרק ל- H2O ו- O2 (משוואה 6). בכלי התגובה, NO מגיב עם O2 ליצירת NO2 (משוואה 7). נוצר NO2 ואז מתמוסס ב- H2O, וכתוצאה מכך נוצרות HNO3 ו- HNO2 (משוואה 8). HNO2 המיוצר מתפרק לאחר מכן ל- H2O, NO2 ו- NO (משוואה 9), ומשלים את מנגנון ההתחדשות53,54. ה- NO וה- NO2 החדשים שנוצרו מגיבים אז על ידי התהליכים שהוזכרו לעיל.

Equation 6(5)

כאשר n מייצג את מספר אטומי הפחמן.

Equation 7(6)

Equation 8(7)

Equation 9(8)

Equation 10(9)

כאשר דגימות אורגניות מגיבות עם HNO3, המתכות הקיימות במבנה הכימי שלהן יוצרות חנקות מסיסות במים55. מכיוון שמטרתה של MAWD היא להמיר מוצקים לנוזלים, רצוי ליצור מלחים מסיסים במים.

עבור דגימות שונות, שילובים שונים של חומצות ניתן להשתמש בשל המורכבות של הרכב המדגם. מכיוון שלא ניתן להמיס דגימות אורגניות מתכלות פחות בקלות ובמיוחד אנאורגניות אך ורק עם HNO3, חומצות אחרות כגון HCl, HF, HClO4 ו- H2SO4 משמשות גם הן21,56.

HCl לא מחמצן בטמפרטורות גבוהות משמש לעיכול מלחים כגון קרבונטים, פוספטים, תחמוצות, בוראטים, סולפידים ופלואורידים28,55. כאשר HCl משולב עם HNO3 ביחס מולארי של 3:1, נוצר אקווה רג'יה, אשר משפר את יכולות החמצון בהשוואה ל- HCl ו- HNO3 בלבד עקב היווצרות ניטרוזיל כלוריד (NOCl), Cl2 ו- H2O (משוואה 10)57. Aqua regia מסוגל להמיס מתכות אצילות כגון Au, Pt, Pd28.

Equation 11(10)

עבור העיכול של סיליקטים, HF משמש לעתים קרובות, שכן הוא שובר קשרים חזקים בין Si ו O. כאשר HF מקיים אינטראקציה עם דגימות סיליקט (מינרלים, אדמה), נוצרת חומצה הקספלואורוסיליצית (H2SiF6) (משוואה 11)19,58. עם זאת, למרות יכולתו של HF לעכל סיליקטים, הוא מציג מספר חסרונות, כולל היווצרות מלחי פלואוריד בלתי מסיסים6, היווצרות מוצרים נדיפים עם מתכות כבדות19, ו SiF427 נדיף. יתר על כן, HF לא יכול לשמש עם כלי זכוכית וכלי תגובה קוורץ כפי שהוא ממיס אותם18.

Equation 12(11)

כלי תגובה לעיכול חומצה
כלי התגובה המשמשים ב- MAWD מתוכננים לעמוד בטמפרטורות גבוהות ובלחצים גבוהים במהלך עיכול חומצי. כלי תגובה אלה מפגינים גם חדירות טובה למיקרוגל, מה שמאפשר לגלי מיקרו לעבור דרכם מבלי להיספג20. גלי מיקרו העוברים דרך כלי התגובה יגיעו למולקולות מים, אשר יספגו אותן ביעילות מכיוון שהן קוטביות, ובכך יחממו את התמיסה המכילה את הדגימה59. רק הפאזה הנוזלית בכלי התגובה סופגת את קרינת המיקרוגל ואילו הפאזה הגזית לא, וכתוצאה מכך עלייה גבוהה בטמפרטורה עם עלייה קלה בלחץ18.

כדי למזער זיהום ולנתח אובדן, כלי התגובה אטומים הרמטית, ומונעים מחומרים לברוח או להיכנס לכלי.

החומרים הנפוצים ביותר עבור כלי תגובה הם polytetrafluoroethylene סינתטי (PTFE), PTFE קופולימרי המכונה TFM, perfluoroalkoxy alkane (PFA), קוורץ52,60. חומרים אלה אינרטיים מבחינה כימית לרוב הכימיקלים המשמשים לעיכול חומצה, למעט כלי קוורץ, בהם HF מתמוסס. שימוש רק בסוג אחד של כלי תגובה בכל ניסוי הוא חיוני, שכן שימוש בסוגים שונים של כלי דם עלול לגרום לתנאי תגובה שונים כאשר הם נתונים לחימום במיקרוגל. בטמפרטורות תגובה נמוכות יותר משתמשים בכלי תגובה מסוג PTFE, PFA ו-TFM-PTFE, ואילו בטמפרטורות מעל 300 מעלות צלזיוס מומלץ להשתמש בכלי קוורץ52. הסיבה לכך היא שפולימרים מתפרקים ומתפרקים בטמפרטורות גבוהות יותר.

הערכת היעילות של עיכול חומצה
ישנן מספר דרכים להעריך את היעילות של עיכול חומצה. צבע הפתרון יכול לשמש כדי להעריך אם עיכול מלא או חלקי של המדגם התרחש. בדרך כלל, צבע חסר צבע או צהוב מעט של התמיסה הוא אינדיקטור לעיכול מוצלח, בעוד שהצבע הצהוב, הכתום, הירוק או החום הכהה יותר של התמיסה מצביע על כך שתהליך העיכול לא הצליח, כלומר העיכול החלקי התרחש61. במקרים מסוימים, חלקיקים אורגניים או אנאורגניים לא מעוכלים עשויים להיות נוכחים בתערובת התגובה לאחר העיכול, הדורשים סינון לפני שניתן להכניס את הדגימה למכשיר לקביעת יסודות. הסרת חלקיקים לא מעוכלים מונעת סתימת מערכת וחוסר יציבות פלזמה במקרה של ICP-OES ו- ICP-MS31.

ניתן להעריך באופן ניסיוני את יעילות העיכול החומצי גם באמצעות מדידות של תכולת פחמן שיורי (RCC) ו-RA. RCC מייצג את כמות הפחמן האורגני שנותרה בתמיסה שלא הומרה ל-CO2 במהלך העיכול62. ערך נמוך יותר של RCC עדיף כדי להפחית הפרעות לא ספקטרליות וספקטרליות (למשל, 40Ar12C+) בקביעת היסוד63,64. מדידות RCC מבוצעות באמצעות ICP-OES. תכולת הפחמן נקבעת באורך גל פליטה של 193.091 ננומטר 65,66,67. יעילות העיכול החומצי קשורה לצריכת כימיקלים. ככל שצורכים יותר חומצה, ערכי RCC נמוכים יותר ייקבעו25.

החומצה נצרכת ללא הרף במהלך העיכול כשהיא מגיבה עם הדגימה. ברוב המקרים, כמות קטנה של חומצה נשארת ללא תגובה. כמות RA ניתן לקבוע על ידי טיטרציה עם NaOH10 או KOH 25,54. ערכים נמוכים יותר של RA עדיפים, שכן ריכוז חומצה גבוה יותר בתמיסה המעוכלת הסופית יכול להגדיל את אות הרקע בטכניקות אנליטיות כגון ICP-MS25 ו- ICP-OES68. ערכי RA גבוהים יותר עשויים גם להצביע על שימוש בריכוז חומצה ראשוני נמוך יותר לעיכול69.

קביעה מרובת אלמנטים עם ICP-MS
ICP-MS מורכב ממספר רכיבים. המשאבה הפריסטלטית שואבת את תמיסת הדגימה מהדוגם האוטומטי לנבולייזר. הדגימה הנוזלית מומרת לאחר מכן לתרסיס על ידי נבולייזר על ידי ערבובו עם גז Ar. לאחר מכן, תא התרסיס מסנן טיפות אירוסול, ובכך מאפשר החדרה של חלק טיפות התרסיס המשובח ביותר לתוך פלזמה70. פלזמה Ar נוצרת ומתוחזקת בתוך הלפיד על ידי סליל גלי רדיו, וכתוצאה מכך טמפרטורות של כ 10,000 K70. התרסיס אטום ומיונן בפלזמה Ar. לאחר מכן היונים ממשיכים דרך הממשק לאזור הריק הגבוה. אופטיקת יונים מנחה את היונים דרך תא ההתנגשות, שם זרם גז He מתנגש עם היונים המונואטומיים של האנליטים והיונים הפוליאטומיים. מכיוון שיונים פוליאטומיים גדולים יותר מאנליטים בעלי אותה מסה נומינלית, הם מתנגשים בתדירות גבוהה יותר עם He, מאבדים יותר אנרגיה קינטית ולכן מוסרים ביעילות71. בשלב הבא, היונים מגיעים למנתח המסה (במקרה הנוכחי, quadrupole). במנתח המסות, היונים מופרדים בהתבסס על יחס המסה למטען שלהם (m/z)72. לאחר ההפרדה ב-m/z, היונים מגיעים לגלאי (במקרה הנוכחי, מכפיל אלקטרונים) (איור 10).

שלבים ומגבלות קריטיים
ישנם מספר שלבים קריטיים וכמה מגבלות בתוך הפרוטוקול. הקפדה על יבשות הדגימות לפני המשך התהליך והימנעות מזיהום הם שלבים חיוניים בהומוגניזציה. כדי למנוע זיהום, יש לעשות מאמץ לשמור על כל כלי הזכוכית נקיים במהלך כל התהליך73, שכן זה עלול להשפיע על דיוק הניתוח. במקרה של זיהום, יש להשליך את הדגימה, ולחזור על תהליך ההכנה, אשר יכול להיות זמן רב. בעת החלת פרוטוקול זה על דגימות אחרות שאינן מתוארות בפרוטוקול זה, ייתכן שלא יושג עיכול מלא, מכיוון שדגימות מסוימות עשויות לדרוש טמפרטורות גבוהות יותר וכימיקלים שונים כדי להמיס לחלוטין את כל המתכות הקיימות בדגימה. לעיכול חומצי, יש צורך בכימיקלים בעלי טוהר גבוה, שיכולים להיות יקרים. שימוש בכימיקלים בעלי טוהר גבוה מסייע למזער הפרעות, ומבטיח אמינות, דיוק ודיוק משופרים של מדידות המבוצעות על ידי ICP-MS. תהליך הכנת הדגימה גוזל זמן ובעל תפוקת דגימה נמוכה מכיוון שההכנה יכולה להימשך מספר ימים (ייבוש, הומוגניזציה, עיכול חומצה), מה שמגביל את מספר הדגימות שניתן להכין ביום אחד.

בעת ביצוע קביעה מרובת אלמנטים עם ICP-MS, ניתן להיתקל בהפרעות ספקטרליות (פוליאטומיות ואיזובריות). הפרעות פוליאטומיות, המתרחשות בדרך כלל בפלזמה, משלבות לפחות שני איזוטופים, בעוד שהפרעות איזובריות מייצגות איזוטופים של יסודות אחרים בעלי m/z זהים לאנליטותהנמדדות 74. סילוק הפרעות אלה (למשל, עם תא התנגשות) הוא חשוב. בנוסף להפרעות ספקטרליות, התוצאות מושפעות גם מהפרעות לא ספקטרוסקופיות הכוללות החדרת דגימה למכשיר ICP-MS, פיזור גודל טיפות אירוסול, יציבות פלזמה, העברת יונים דרך הממשק וכו '.75.

לפרוטוקול המתואר כאן יש פוטנציאל ליישומים אחרים מלבד זה עבור דגימות המזון. עם שינויים קלים בשלבי ההומוגניזציה ועיכול החומצה, ניתן להתאים אותו להכנת דגימות אנאורגניות, אדמה76, פסולת אלקטרונית28 וכו '. ההתאמות יכולות לכלול שימוש בכימיקלים שונים, שינוי נפחם ושינוי טמפרטורת העיכול כך שתתאים לסוגי דגימות שונים. יתר על כן, ככל שהטכנולוגיה והמתודולוגיות מתפתחות, שיפורים נוספים ואוטומציה יכולים להיות משולבים בפרוטוקול, להגדיל את יעילותו ולהפחית את זמן הכנת הדגימה הכולל.

לסיכום, פרוטוקול זה מדגים הומוגניזציה של דגימות מזון במערבל מעבדה, עיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל באמצעות תערובת של 68 wt% HNO3 ו- 30 wt% H2O2 בטמפרטורה ולחץ גבוהים, וקביעת יסודות עם ICP-MS. ניתן להשתמש בפרוטוקול כדי להכשיר כוח אדם בהכנת דגימות לקביעת יסודות, שכן הפרוטוקול מספק הוראות שלב אחר שלב ומסביר את התיאוריה מאחורי הומוגניזציה, עיכול חומצה וקביעת יסודות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

המחברים מודים על התמיכה הכספית של סוכנות המחקר הסלובנית (מענק מס' P2-0414, P2-0118, J1-2470, NK-0001 ו-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

כימיה גיליון 202 הומוגניזציה עיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל הכנת דגימות דגימות מזון קביעת יסודות
הכנת דגימות מזון באמצעות הומוגניזציה ועיכול חומצה רטובה בסיוע מיקרוגל לקביעת רב-אלמנטים עם 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