JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. 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
, ,
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.

Protocol

1. הומוגניזציה לדוגמה 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).?…

Representative Results

הומוגניזציהכל 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 באופ…

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 באו?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים מודים על התמיכה הכספית של סוכנות המחקר הסלובנית (מענק מס’ P2-0414, P2-0118, J1-2470, NK-0001 ו-J1-4416).

Materials

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, &. #. 1. 9. 3. ;., Bódi, &. #. 2. 0. 1. ;., 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., Holland, H. D., Turekian, K. K. . Treatise on geochemistry (second edition). , 87-109 (2014).
  19. Ojeda, C. B., Rojas, F. S., Worsfold, P., Poole, C., Townshend, A., Miró, M. . Encyclopedia of analytical science (third edition). , 85-97 (2019).
  20. Bizzi, C. A., Nóbrega, J. A., Barin, J. S., Flores, &. #. 2. 0. 1. ;. M. d. M. . Microwave-assisted sample preparation for trace element analysis. , 179-204 (2014).
  21. Twyman, R. M., Worsfold, P., Townshend, A., Poole, C. . Encyclopedia of analytical science (second edition). , 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, &. #. 2. 0. 1. ;. M. M., Flores, &. #. 2. 0. 1. ;. M. d. M. . Microwave-assisted sample preparation for trace element analysis. , 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. . Membrane filtration: How to choose the appropriate filter material for every sample Available from: 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. , (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. , (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., Pawliszyn, J. . Comprehensive sampling and sample preparation. , 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., Bhandari, B., Bansal, N., Zhang, M., Schuck, P. . Handbook of food powders. , 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, 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. 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. Available from: 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. , (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. The 30-minute guide to ICP-MS. Perkin Elmer, Shelton CT Available from: https://resources.perkinelmer.com/corporate/cmsresources/images/44-74849tch_icpmsthirtyminuteguide.pdf (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

Food Sample PreparationHomogenizationMicrowave-assisted Wet Acid DigestionMulti-element DeterminationICP-MSICP-OESAtomic Absorption SpectroscopyIon ChromatographyX-ray Photoelectron SpectroscopyTOF-SIMSSample ThroughputSample ContaminationSample HandlingParticle Size ReductionSample DissolutionWater-soluble Salts

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image