FAAS og GFAAS

Omkring 80 % af alle de data om sporstofsammensætning i fødevarer, der er tilgængelige i øjeblikket, er resultatet af FAAS-analyser efter forbehandling af prøverne med enten våd- eller tørforaskning. FAAS er et enkelt, robust og let at implementere værktøj til analyse af fordøjelsesprodukter, og kalibrering kan typisk udføres ved hjælp af vandige standarder. Detektionsgrænserne ligger i sub-ppm-området, hvilket gør denne metode velegnet til en lang række grundstoffer (herunder Ca, Cu, Fe, Mg, Mn og Zn) i forskellige prøvematricer. Bemærk, at Na og K oftest bestemmes ved hjælp af flammeemissionsspektroskopi snarere end absorption på et AAS-system.

GFAAS giver mulighed for sub-ppb-detektion med μL-store prøveinjektioner i et grafitrør, der indeholder en platform, som opvarmes resistivt til høje temperaturer (f.eks. 2700 °C) for prøveforstøvning. I 1990’erne blev de såkaldte STPF-betingelser (stabilized temperature platform furnace), der blev fastlagt af Slavin, næsten universelt anvendt. STPF-betingelserne kræver anvendelse af (1) platformforstøvning, (2) matrixmodifikation, (3) hurtig opvarmning (1500 °C s-1 eller mere), (4) pyrolytisk belagte rør, (5) hurtig digital elektronik, (6) integrerede absorbansmålinger (peakareal), (7) argon (stop-flow under forstøvning) og (8) Zeeman- (eller Smith-Hieftje-) baggrundskorrektion. Metoder, der er udviklet på grundlag af disse kriterier, vil gøre det lettere at foretage en ukompliceret kvantificering ved hjælp af vandige standarder til fremstilling af eksterne kalibreringskurver, hvilket i de fleste tilfælde minimerer matrixinterferensvirkningerne og mindsker behovet for at anvende additionsmetoden. Analytiske tal af betydning er bl.a. følsomhed/karakteristisk masse, detektionsgrænse, nøjagtighed og præcision.

Feltet for sporstofanalyser i ernæring er et af de mest interessante områder. Sporstoffer tjener som strukturelle komponenter i enzymer, vitaminer, hormoner og proteinholdige væv. Sporstoffet selen bidrager til forsvarsmekanismen mod sygdomme og miljørisici. Selen er det mest lovende sporstof, der potentielt er involveret i immunforsvaret. Chrom er en cofaktor for flere enzymsystemer og er nødvendigt for insulinreceptorinteraktion. Derfor blev der gennemført forskning ved hjælp af FAAS til vurdering af Se- og Cr-indholdet i otte fødevarekategorier (korn, bønner, grøntsager, grønt, frugt, krydderier og krydderier, tørret frugt og spiselige blomster). Prøverne blev vådasket ved hjælp af en kombination af tre syrer, og prøverne blev analyseret ved hjælp af FAAS ved 196 nm (Se) og 425 nm (Cr) ved hjælp af en luft-acetylenflamme. I alt 190 prøver blev analyseret, og undersøgelsen viste, at tørrede frugter har det højeste Cr-indhold (15-43,5 μg pr. 100 g), og at bønner har det højeste Se-indhold (48,7-02,5 μg pr. 100 g). FAAS har også for nylig vist sig nyttig til overvågning af Pb i spisestel, hvor for høje niveauer kan medføre en øget risiko for fostre, børn og voksne. I alt 0,9 % af importeret keramisk spisestel og 2,5 % af indenlandsk keramisk spisestel, der blev vurderet i løbet af to måneder i 1992, havde niveauer over den tilladte grænseværdi på 3 ppm for tallerkener, underkopper og bestik. I forbindelse med dette arbejde blev der anvendt den officielle metode 973.32 fra Association of Official Analytical Chemists. FAAS blev anvendt af forskere på Behrend College (Erie, PA) til at vurdere kogegrej af rustfrit stål som en væsentlig kilde til Ni, Cr og Fe, der kan indtages. Indtagelse af nikkel er potentielt farligt, da Ni er involveret i sundhedsproblemer i forbindelse med allergisk dermatitis. Omvendt er Cr og Fe vigtige næringsstoffer, og rustfrit stål (typisk 18 % Cr, 8 % Ni og 70-73 % Fe) kan udgøre en betydelig kilde. Prøveforberedelsen omfattede tilsætning af 5% eddikesyre (Fisher), både koldt og kogt, i hver beholder i 5 minutter. Derefter blev eddikesyren analyseret ved hjælp af FAAS og producenternes standardbetingelser. Der blev bestemt målelige niveauer af alle tre grundstoffer, og kun Ni var højt nok (0,0-0,1 mg Ni pr. dag) til at udgøre en sundhedstrussel, hvilket førte til en anbefaling om, at Ni-følsomme patienter undgår kogegrej af rustfrit stål, og at industrien skifter til en formulering uden Ni.

Som det fremgår af de foregående eksempler, er FAAS en effektiv teknik, men den giver måske ikke altid den nødvendige følsomhed til bestemmelse af sporstoffer, der findes i ekstremt lave koncentrationer. Dette blev tydeligt, da den svenske fødevarestyrelse satte sig for at udvikle en metode til bestemmelse af Pb, Cd, Zn, Cu, Fe, Cr og Ni i tørre levnedsmidler efter tørforaskning ved 450 °C. Da man var klar over, at kontaminering med elementer som Pb, Cr og Ni er sandsynlig, blev der sørget for at syrevaske alt plastikudstyr i forbindelse med analyserne. Der blev valgt FAAS for Zn (213,9 nm luft-acetylen, oxiderende), Cu (324,7 nm luft-acetylen, oxiderende) og Fe (Fe 248,3 nm nitrogenoxid-acetylen, oxiderende). På grund af de lavere koncentrationer blev der anvendt GFAAS til Pb, Cd, Cr og Ni. Betingelserne blev optimeret på grundlag af anvendelsen af den relevante resonanslinje, men der var ikke ét sæt instrumentelle betingelser, der viste sig at være acceptable for alle fire grundstoffer. Bly blev analyseret ved hjælp af platformforstøvning, mens Cd blev målt i et ubelagt rør, og Cr og Ni blev målt i et standard pyrolitisk rør. Desværre begrænsede det, at der ikke blev anvendt STPF-betingelser, metodens muligheder, og de fleste samarbejdende laboratorier krævede additionsmetoden for at få nogenlunde nøjagtige resultater.

GFAAS tjener som en fremragende metode til direkte bestemmelse af Pb i afgasede coladrikke. Nylige rapporter viser imidlertid, at GFAAS-analyser af cola, der er fortyndet med en lanthanopløsning for at reducere chlorider og andre matrixinterferenser, krævede anvendelse af additionsmetoden for at opnå nøjagtige resultater. Hvis forfatterne havde foretaget in situ-syreforaskning og anvendt Pd eller Pd kombineret med magnesiumnitrat som matrixmodifikator, kunne alle matrixinterferensvirkninger være blevet fjernet. Det er sandsynligt, at det største problem med baggrunden skyldtes sukker (kulstof), som kunne være blevet fjernet under den termiske forbehandling ved hjælp af iltforaskning – hvilket ville have gjort det muligt at anvende vandige kalibreringsstandarder i stedet for at anvende tilsætningsmetoden. Sukker og sirup er blevet analyseret direkte efter fortynding af ∼1 g sukker pr. 10 mL 5% salpetersyre og anvendelse af iltforaskning i det termiske forbehandlingstrin. Instrumenternes GFAAS-detektionsgrænser (DL) var 10 pg, hvilket svarer til en metode-DL på 0,9 ng g-1. Forskere anvender ofte opfindsomme metoder til at forbedre GFAAS-præstationen. Dette var tilfældet ved udviklingen af en strategi til bestemmelse af La i fødevare- og vandprøver. Problemet er, at La har en stærk affinitet for grafit, hvilket fører til karbiddannelse og hukommelseseffekter. Selv om grafit er blevet forbedret for at reducere dette, kan foring af røret med tantal- eller wolframfolie eliminere fysisk kontakt med grafit og føre til øget følsomhed. Det wolframbeklædte rør gav en detektionsgrænse på 7,8 ng og en karakteristisk masse på 8,1 ng for La. Præcisionen var bedre end 10% RSD, og den gennemsnitlige nøjagtighed var 90±10%. GFAAS er blevet anvendt af forskere fra den amerikanske Food and Drug Administration til at bestemme Se i modermælkserstatning og enteralformler med succes. Ved metoden anvendes prøvefordøjelsen på en varmeplade efter tilsætning af magnesiumnitrat-saltsyre. Efter opvarmning blev fordøjelserne inddampet til tørhed og anbragt i en 500 °C muffel i 30 minutter for at fuldføre askningen. Alt Se omdannes til Se4+ ved at opløse asken i HCl (5:1) og holde opløsningen ved 60 °C i 20 minutter. Se4 + blev efterfølgende reduceret til Se0 med ascorbinsyre og opsamlet på et membranfilter, som blev opbrudt i salpetersyre ved hjælp af mikrobølgeopbrydning. Efter opbrydning og fortynding blev Se bestemt ved hjælp af GFAAS. Genfindingsområdet for Se var 85-127 %, og de analyserede referencematerialer lå inden for det certificerede område for Se. Arbejdet blev udført på et kommercielt system, der kun var udstyret med en deuteriumbaggrundskorrektion. Peakhøjde- og peakarealmålinger gav begge nøjagtige resultater, når der blev anvendt nikkelnitrat til matrixmodifikation. Endelig har GFAAS vist sig at være nyttig til bestemmelse af Cr og Mo i medicinske fødevarer. Både vådforaskning og tørforaskning viste sig at være acceptable, og detektionsgrænserne var 0,24 ng mL-1 for Cr og 0,67 ng mL-1 for Mo. Begge grundstoffer kunne bestemmes direkte fra hylden, og ingen af dem krævede brug af en matrixmodifikator. Der blev fundet optimale asketemperaturer på henholdsvis 1650 og 1600 °C for Mo og Cr. De ideelle forstøvningstemperaturer var henholdsvis 2400 og 2650 °C, og alle analyserede standardreferencematerialer gav resultater inden for det certificerede koncentrationsområde.